悬挂柱安装机器人的设计、分析与实验研究

《Scientific Reports》：Design, analysis, and experimental research on installation robot for hanging column

　　

摘要

为了解决隧道内悬挂柱安装过程中劳动密集型作业、高安全风险和低运营效率的问题，我们提出了一种基于机器人的机械化自动化解决方案。首先，设计了集成的操作设备，用于完成吊装、抓取、提升和安装等任务。接着，通过改进的D-H参数方法建立了机器人连杆坐标系，以获得正向运动学模型并模拟工作空间。为了提高逆运动学求解的准确性，提出了一种结合代数方法和遗传算法的混合方法，并根据最短路径选择最优逆解。此外，为了在实现最佳效率的同时避免冲击和振动，提出了一种基于七次多项式插值的时最优轨迹。最后进行了实验验证。结果表明，机器人的工作空间完全覆盖了所需的操作范围。所提出的方法具有高精度，方向精度优于10^?6，位置精度优于10 × 10^?3。关节的运动平稳无冲击。实验证实了该设备能够高效完成安装任务，验证了所提解决方案的可行性。研究成果为设备设计提供了理论基础，并为后续改进提供了重要参考。