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

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2021.08.020

隧道建设 >

2021 , Vol. 41 >Issue 8: 1422

DOI: https://doi.org/10.3973/j.issn.2096-4498.2021.08.020

施工机械

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

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（中铁工程装备集团有限公司，河南郑州 450016）

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。

网络出版日期: 2021-09-06

基金资助

国家重点研发计划项目（2017YFB1302600）

收起

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

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

Online published: 2021-09-06

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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

本文引用格式

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 . DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2021.08.020

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

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