地下空间人防门安装机器人的研发与应用.pdf
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1、102 建筑机械设计计算DESIGN&CALCULATION地下空间人防门安装机器人的研发与应用徐 建,王 鹏,段可璇,佟司淼(北京建筑机械化研究院有限公司,北京 100007)摘要人防门是设置在防空地下室的重要的人防防护设备,其尺寸大,重量大,安装过程复杂,劳动强度大,且具备一定的危险性。在此背景下,研发人员创新研发了针对地下狭小空间作业的人防门安装机器人,并在工程中得到了成功应用。本文介绍了人防门安装机器人的结构组成、系统特点和应用案例。关键词人防门安装;机械手;施工机器人;地下空间中图分类号TP242 文献标识码A 文章编号1001-554X(2023)09-0102-03Researc
2、h and application of a robot for installing civil air defense doors in underground spacesXU Jian,WANG Peng,DUAN Ke-xuan,TONG Si-miao人防门是用于人防工程中的防护门,其尺寸大,重量大,且安装环境是在建筑物地下室的狭小空间中,运输、通行、安装都非常困难。现阶段人防门的安装均依靠人力通过滚杠运送,借助手动葫芦立门并安装,耗费人力,且存在一定的安全隐患。针对上述情况,北京建筑机械化研究院有限公司设计和开发了国内首款人防门安装机器人,该装备尺寸小,负载大,具有六自由度调姿机
3、械手,可实现对多种规格人防门的抓取、运输和安装作业,解决了人防门安装行业的痛点,填补了国内人防安装领域施工机械的空白。该装备还研发了智能动态监控系统,可对负载重量、机械手位置、整机重心和主要运行参数进行实时动态监测,并在异常时根据相应控制策略自动采取安全措施。1 结构组成1.1 整机结构如图1所示,人防门安装机器人由履带底盘、位姿调整机械手、大臂、上平台和可调式配重组成,人防门通过机械手的夹持机构固定。履带底盘是人防门安装机器人的行走部件,通过液压马达驱动,动作平稳,具有灵活的转弯性能,能适应复杂地形。履带上加装橡胶块,对施工现场地面具有良好的保护性。位姿调整机械手是人防门安装机器人的执行机构
4、,将人防门抓取后,对人防门进行多自由度姿态调整,实现人防门的巷道运送、精确定位安装等功能。大臂是机械手的支撑部件,用于调整机械手的高度。上平台集成有动力系统、液压系统和电气系统等。可调式配重可通过调整配重角度平衡不同负载下的整机重量,调整重心位置,保证整机的稳定性。6123451.履带底盘 2.位姿调整机械手 3.大臂 4.上平台 5.可调式配重 6.人防门图1 人防门安装机器人结构图1.2 位姿调整机械手人防门在运输过程中需要穿过窄门框、小巷道,在安装过程中需要根据各种不同的合页销轴位 DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.09.015收稿日期2023-02-10通讯地址徐
5、建,北京市东城区安定门内方家胡同21号CONSTRUCTION MACHINERY 1032023/09总第571期置将人防门姿态调整到位进行安装。通过分析人防门的各种姿态需求,设计了六自由度人防门位姿调整机械手。机械手的姿态调整范围如图2所示,机械手各动作的功能见表1。a 大臂角度范围b 俯仰角度范围c 左右摆动角度范围d 左右翻转角度范围e 人防门固定架自转角度范围f 上平台摆动角度范围26-15601179090909036055图2 设备动作范围表1 机械手动作功能动作功能大臂举升调整人防门高度俯仰动作调整人防门前后方向姿态,辅助调整人防门高度左右摆动调整人防门左右方向角度和位置左右翻
6、转调整人防门垂直度固定架自转 调整人防门沿垂直于自身平面轴的旋转角度上平台摆动人防门安装最后阶段,辅助微调,实现合页销孔对位通过机械手的协调动作,在不同的合页位置中调整人防门安装姿态,如图3所示。其中,当合页在门框背面时,设备主体部分无需穿越门框,只需通过机械手将人防门送入门框内部进行调姿、安装即可,见图3(c)、(d)。a 合页在门框正面左侧b 合页在门框正面右侧c 合页在门框背面左侧d 合页在门框背面右侧图3 人防门安装姿态2 系统设计2.1 动力系统本机设计两种动力系统:燃油动力系统和电机动力系统。燃油动力系统采用发动机驱动,电机动力系统采用380V交流电机驱动。因此本机共有三种动力版本
7、:燃油版、电动版、油电双动力版。两种动力系统采用模块化设计,后期可根据需要进行模块增减,实现不同的动力配置。油电双动力版结合了发动机和电机的优点,日常工作时采用电机动力系统工作,噪音低,无尾气排放;长距离移位或应急状态下采用燃油动力系统工作,移动灵活,安全可靠。两种动力系统共同驱动一套液压系统工作,动力系统通过切换开关进行切换。2.2 液压系统液压系统采用电比例负载敏感控制技术,通过控制比例电磁铁的电流大小对阀口开度进行控制,实现各执行机构速度的线性控制。负载敏感控制技术保证了各复合动作的稳定运行。104 建筑机械设计计算DESIGN&CALCULATION本机既要求在移位、运输时能快速行走,
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