TBM清渣机器人机构及其轨迹规划方法研究

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2021.08.020

隧道建设（中英文） ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (8): 1422-.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2021.08.020

TBM清渣机器人机构及其轨迹规划方法研究

原晓伟，卓兴建，姜礼杰，孙颜明，杨航

（中铁工程装备集团有限公司，河南郑州 450016）

出版日期:2021-08-20 发布日期:2021-09-06
作者简介:原晓伟（1987—），男，河南安阳人，2014年毕业于中国矿业大学，流体机械及工程专业，硕士，工程师，主要从事隧道掘进机设计研发工作。E-mail： yxwcumt@126.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目（2017YFB1302600）

A New Type of Robotic Structure and Its Trajectory Planning-Method for Tunnel Boring Machine Muck Removal

YUAN Xiaowei, ZHUO Xingjian, JIANG Lijie, SUN Yanming, YANG Hang

（China Railway Engineering Equipment Group Co., Ltd., Zhengzhou 450016, Henan, China）

Online:2021-08-20 Published:2021-09-06

摘要/Abstract

摘要： 隧道底部清渣是TBM施工中钢拱架立拱前的必备环节，针对敞开式TBM智能化、自动化施工需求，为实现隧道底部积渣的高效清理，开发一种新型清渣机器人机构。首先，对其结构及工作原理进行阐述；然后，以清渣机器人铲斗臂为例进行运动学分析及工作空间计算；最后，基于多项式插值和梯形曲线提出一种混合轨迹规划方法。仿真分析结果表明：所设计的清渣机器人参数合理，工作空间能够满足施工作业需求，可作为敞开式TBM施工过程中隧道底部积渣清理的有效解决方案。

关键词: TBM, 清渣机器人, 结构设计, 运动学分析, 轨迹规划

Abstract: Muck removal at the bottom of a tunnel is required before the steel arch erection in tunnel boring machine (TBM) construction. A new type of muck-removal robotic structure (MRRS) is developed to achieve intelligent and automated construction of open TBMs and highly-efficient muck cleaning. Further, the structure and working principle of MRRS is explained; kinematic analysis and workspace calculation are conducted on the bucket arm of the MRRS, and a hybrid trajectory planning method is designed based on polynomial interpolation and trapezoidal curve. The simulation analysis results show that the design parameters of the new type of MRRS are reasonable and the workspace can satisfy the construction and operation requirements, which is an effective solution for muck removal at the bottom of the tunnel during open TBM construction.

Key words: tunnel boring machine, muck-removal robot, structural design, kinematic analysis, trajectory planning

中图分类号:

U 45

原晓伟, 卓兴建, 姜礼杰, 孙颜明, 杨航. TBM清渣机器人机构及其轨迹规划方法研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(8): 1422-.

YUAN Xiaowei, ZHUO Xingjian, JIANG Lijie, SUN Yanming, YANG Hang. A New Type of Robotic Structure and Its Trajectory Planning-Method for Tunnel Boring Machine Muck Removal[J]. Tunnel Construction, 2021, 41(8): 1422-.

[1]	王珩. 岩渣分类边缘终端轻量化算法研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(S1): 161-.
[2]	贾建波, 高广义, 温兴明. 高黎贡山隧道大规模突涌综合治理技术[J]. 隧道建设, 2021, 41(S1): 394-.
[3]	郭志, 唐希刚, 韩丽森, 田斌, 丁绍军, 路效峰. 青岛地铁双护盾TBM负环始发技术研究与实践[J]. 隧道建设, 2021, 41(S1): 425-.
[4]	喻畅英, 钟志全. 土压平衡单护盾TBM双模盾构模式转换施工技术探析[J]. 隧道建设, 2021, 41(S1): 464-.
[5]	王彦杰, 李苍松, 史永跃, 张涛, 王彬. 川藏铁路隧道主要不良地质TBM适应性分析及施工关键技术[J]. 隧道建设, 2021, 41(S1): 470-.
[6]	邓铭江, 许振浩, 刘斌. Establishment and Application of "1 km+100 m+50 m" Geological Prediction System for ExtraLong TBM Tunnels: a Case Study on Water Supply Project Ⅱ in Xinjiang, China(超特长隧洞TBM施工“115”超前地质预报系统创建与实践——以北疆供水二期工程为例) [J]. 隧道建设, 2021, 41(9): 1433-.
[7]	李国良, 向亮, 陈敬军, 朵生君, 刘国庆, 陈绍华. 川藏铁路色季拉山隧道设计方案研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(9): 1451-.
[8]	齐梦学, 杨国清, 曾绍毅. 全断面岩石隧道掘进机（TBM）施工超前处置技术综述与思考[J]. 隧道建设, 2021, 41(9): 1555-.
[9]	洪开荣, 冯欢欢. Development and Thinking of Tunnels and Underground Engineering in China in Recent 2 Years (From 2019 to 2020)(近2年我国隧道及地下工程发展与思考（2019—2020年）)[J]. 隧道建设, 2021, 41(8): 1259-.
[10]	郭志, 曲秋芬, 樊治国, 刘桂涛, 路效峰, 宫迎雷. 青岛地铁1号线双护盾TBM施工技术创新[J]. 隧道建设, 2021, 41(8): 1385-.
[11]	付伟. 取芯水平钻探对川藏铁路隧道施工效率的影响研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(7): 1091-1098.
[12]	杜闯东, 周路军, 朵生君, 贺飞. Consideration of TBM Adaptability and Selection for Sichuan Tibet Railway Tunnels and Countermeasures for Unfavorable Geologies（川藏铁路隧道TBM适应性选型分析及不良地质对策与思考） [J]. 隧道建设, 2021, 41(6): 897-912.
[13]	路振刚, 王建华, 朱安平, 潘福营, 李坤, 陈良武. 适用于超小转弯半径的紧凑型TBM设计关键技术研究及应用——以山东文登抽水蓄能电站排水廊道隧洞工程为例 [J]. 隧道建设, 2021, 41(6): 1047-1057.
[14]	吕建乐. TBM扩挖方式及其对比分析[J]. 隧道建设, 2021, 41(6): 1058-1064.
[15]	张中华, 郑军, 任阳, 何博. 盾构主驱动密封优化研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(6): 1065-1070.

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A New Type of Robotic Structure and Its Trajectory Planning-Method for Tunnel Boring Machine Muck Removal

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