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篇(1)

關鍵詞:機械臂;總體坐標系;附體坐標系;變換矩陣

中圖分類號: TP241.2 文獻標識碼:A 文章編號:1674-0432(2010)-10-0120-1

四自由度采摘機械臂可以看成是由一系列通過活動聯接連接起來的桿件組成的。

1 三維空間中的附體坐標系和總體坐標系

為了便于處理機械臂復雜的幾何參數,機械臂各桿件的運動可在總體坐標系中描述,在每個桿件處建立一個附體坐標系。運動學問題便歸結為尋求聯系附體坐標系和總體坐標系的變換矩陣。如圖1所示,參考坐標系Oxyz是三維空間中的固定坐標系,在機械臂運動學中將其作為總體坐標系,把Ouvω看成是附體坐標系。

圖1 總體坐標系和附體坐標系

2 建立附體坐標系和總體坐標系的規則

Denavit和Hatenberg(1955)提出了一種為關節鏈中的每一桿件建立附體坐標系的D-H矩陣方法。對于每個桿件來說,在關節軸處可建立一個正規的笛卡兒坐標系(xi,yi,zi),i=1,2,3,4,再加上機座坐標系。建立在關節i+1處的坐標(xi,yi,zi)是固聯在桿件i上的。當關節驅動器推動關節i時,桿件i將相對于桿件i-1運動。機座坐標定義為第0號坐標(x0,y0,z0),它也是機械臂的慣性坐標系。確定和建立每個坐標系應根據下面3條規則:

(1)zi-1軸沿著第i關節的運動軸;

(2)xi軸垂直于zi-1軸和zi軸并指向離開zi-1軸的方向;

(3)yi軸按右手坐標系的要求建立。

按照這些規則,第0號坐標系在機座上的位置和方向可任選,只要z0軸沿著第1關節的運動軸運動。

3 四自由度采摘機械臂坐標系的關系參數

根據上述坐標系的定義,描述四自由度采摘機械臂相鄰坐標系之間的關系可歸結為如下4個參數:

θi 繞zi-1軸(右手規則)由xi-1軸向xi軸的關節角;

di 從第i-1坐標系的原點到zi-1軸和xi軸的交點沿zi-1軸的距離;

ai 從zi-1軸和xi的交點到第i坐標系原點沿xi軸的偏置距離;

αi 繞xi軸(右手規則)由zi-1軸轉向zi軸的偏角。

對于四自由度采摘機械臂來說,di,ai,αi是關節參數,θi是關節變量。根據上述三條規則以及各參數的解釋,可以求得四自由度采摘機械臂的四個參數,結果見表1。

4 循環法建立坐標系

除了上述D-H矩陣方法以外,也可以通過以下6個步驟為四自由度采摘機械臂建立一組相容的標準正交坐標系。

(1)建立機座坐標系。在機座上建立右手正交坐標系(x0,y0,z0),使z0軸沿關節1的運動軸,x0和y0軸與z0垂直,但方向可任選;

(2)初始化和循環。對每一個i,i=1,2,3,完成步驟(3)至(6);

(3)建立關節軸。把zi軸與關節i+1的轉動軸對準;

(4)建立第i個坐標系的原點。將第i個坐標系的原點放在zi和zi-1軸的交點處,或放在它們的公垂線與zi軸的交點處;

(5)建立xi軸。使xi=±(zi-1×zi)/||xi=±(zi-1×zi)/||,如果zi-1與zi平行,就使xi沿它們的公垂線;

(6)建立yi軸。令yi=±(zi×xi)/||zi×xi||,使(xi,yi,zi)成為右手坐標系。建立好的坐標系如圖2所示。

圖2 四自由度采摘機械臂連桿坐標系

參考文獻

[1] 朱梅.具有五自由度及張合氣爪的液壓機械手[J].機床與液壓, 2006,1:96-97.

[2] 畢諸明.六自由度操作手的逆運動學問題[J].機器人. 1994,3(16):92-95.

[3] 高銳.草莓收獲機器人的初步研究[D].中國農業大學碩士學位論文,2004.

[4] 郝海青.串聯關節式機械手的控制系統分析與設計[D]. 西安交通大學碩士學位論文,2002.

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關鍵詞:棒材 計數 圖像

棒材自動計數分隔一直是未能徹底解決的問題,目前我國棒材生產企業普遍采用人工計數方法。該方法勞動強度大,工作效率低,系統生產能力有限,而且準確性難以保證。針對這種情況,我們想通過采用現代化手段和技術創新,能否開發出適合我國鋼鐵企業的棒材自動計數系統,以有效提高勞動生產率,把工人從繁重的體力勞動和惡劣環境中解放出來,力求為企業提供高科技設備,現從以下方面論證自動計數系統可行性。

針對軋鋼廠棒材生產工藝現狀,為了實現標準化打捆包裝要求,我們希望利用綜合圖像識別、機械系統、光電檢測和控制技術,實現棒材生產線計數定支環節機械化和自動化操作。

軋鋼廠中,生產線上的棒材在進行打捆包裝之前需要計數,每種規格的每捆數量是不同的,計數必須按不同規格的棒材要求在線完成。當棒材從傳輸輥道上移送到計數鏈條臺架上時,有重疊和交叉現象,尤其是對φ6mm～φ14mm小規模棒材更是如此,這就使棒材的分離工作難度增加,也給計數工作帶來了一定的誤差。所以需要特定的執行機構對棒材進行處理。下面淺談一下棒材自動計數系統的思路和原理。

棒材在線自動計數分隔系統可由振動裝置、阻擋振動平鋪振動裝置、光電計數、分離裝置、圖像處理和控制系統幾部分組成,如圖1所示。

圖像處理系統包括軟件和硬件部分,通過對棒材分散程度進行辨別確定是否符合平鋪前要求。振動裝置用來振動直徑較小的多層棒材的情況。棒材阻擋振動平鋪裝置是一個齒臂結構,其上有主齒臂和副齒臂,可以調整齒形的大小。光電計數利用光纖傳感器檢測棒材通過,可編程控制器進行計數累加。控制系統以目前在工業現場應用。

圖1 棒材在線自動計數分隔系統的組成

阻擋振動平鋪裝置是本系統的一個最重要的組件,安裝在二段傳送鏈之間的軋道上。該裝置為一個齒臂機構放在一個振動平臺上,上有主齒臂和副齒臂,可以調節齒的大小,該裝置結構簡單,并且具有振動功能,能夠適應現場復雜狀況,不會出現堵死現象。此機構在擋住棒材的同時,又進行圖像處理的計數。當計數值超過設定值時,齒臂機構升起,對棒材進行平鋪處理,只有實現了平鋪,后面的光電計數裝置才有意義。其結構簡圖如圖2所示。

設計齒臂時,應考慮以下因素:

(1)齒臂的數量不宜過多或過少。齒臂安置過多,會使整個系統龐大、笨重,并且增加制造成本造成浪費。(2)將齒臂安裝在棒線材平鋪于傳送鏈條上時撓度最大的位置（即兩鏈條的中間處）,以減少棒材可能出現交叉情況的點,同時,也便于安裝。(3)齒形設計。齒的深度應保證棒線材落如齒槽后,高點與齒的上表面在同一水平面上,以減小下滑棒材與齒臂間的摩擦系數,便于棒材滑落。齒槽間距過窄可能導致計數分離環節的分離手無法準確開要分離的棒材,因此,最小齒間距應足夠寬。(4)為了滿足不同直徑棒材批量生產的需要將齒槽寬設計成可調整,可以有效降低系統的生產、安裝成本,并避免由于拆換齒臂造成的生產效率降低。

分離裝置是系統重要的執行機構,是實現棒材自動分離的關鍵設備,也是機械系統設計的另一個重點和難點。

分離系統可以采用汽缸裝置組成。當計數值達到定支數時,可編程控制器發出信號,鏈條停止運動,分離系汽缸升起,以擋住后面的棒材,鏈條運動,把棒材自動分離開來,而前面的棒材由傳送鏈輸送到收集槽中,進行捆扎打包。

圖像采集區:齒臂正上方即為圖像采集區。當傳送鏈將棒材運送致齒臂上方時,齒臂前端的擋板將阻礙棒線材繼續向前運動,從而使棒材處于圖像采集區,便于攝像頭準確采集棒線材端面圖像。

振動平鋪:當圖像處理計數裝置記錄的棒材數目超過設定值時,齒臂將緩慢傾斜至臨界角度,使齒臂上棒材分為兩部分。一部分將落入臂齒;另一部分將沿傾斜的臂齒滑下。

本論文在分析現有棒材計數方法的基礎上,對比國內外目前同類棒材自動計數方法,提出了一種利用圖像處理和識別技術實現工業生產線上棒材自動計數的新方法,對于小直徑棒材,圖像處理方法顯示出其優越性;提出了一種棒材在線自動計數分隔方法,包括機械系統、圖像處理、光電檢測以及控制系統,為棒材計數開辟了一條新途徑;結合工業現場環境,設計了一套機械系統包括振動裝置、阻擋振動平鋪裝置、分離裝置,能夠實現棒材的平鋪和分離,并分析了振動模型的運動仿真,為棒材在線自動計數分隔系統的實現奠定了基礎;通信的可靠實現是系統運行的關鍵。本論文中,從軟、硬件兩方面給出了PLC與變頻器通信設計方案和具體實現。該種通信設計經濟實用,實現方便。

棒材在線計數分隔是一個非常復雜的系統,本文的計數方案是基于現有的圖像處理技術,充分考慮了現場因素對系統的影響,具有很強的實用價值。

參考文獻

[1]章家巖.棒材自動計數系統的設計與應用[J].全國第二屆特種電源與元器件學術年會論文集,2002.

[2]王培珍.圖像邊緣檢測融合方案初探[J].安徽工業大學學報,2001.

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關鍵詞：高空作業車 作業臂 三維設計 有限元

黑龍江八一農墾大學校級"大學生創新創業訓練"項目

引言

高空作業車是一種用來運送工作人員和工作器材到達指定高度進行作業的工程機械，被廣泛用于高層建筑的裝飾、清潔與維護、供電及城市交通設施的安裝與檢修、影視作品的拍攝與現場直播、高空險境的脫困救生等方面。為了確保高空作業人員的人身安全，高空作業車的作業臂應具有更高的安全性和可靠性。然而長期以來，高空作業車作業臂的設計都是采用傳統的力學計算方法，計算復雜，設計周期長，計算精度低，采用有限元分析方法則可以有效地解決這些問題[1]。

本文以GKC20型高空作業車為研究對象，利用三維軟件，建立作業臂三維模型，并分析其結構強度，得出構件應力分布情況，為設計和改造提供理論依據。

1.作業臂結構

GKC20型高空作業車采用折疊式工作臂結構，工作裝置為液壓驅動，360°全回轉。其組成由高空作業臂和起重工作臂兩部分，如圖1所示。高空作業臂包括上臂2和下臂1，上臂頭部有工作平臺6。行駛狀態時，2節工作臂折疊在一起；進行高空作業時，2節工作臂分別由上下臂油缸4舉升伸展至一定角度。上臂和下臂間通過水平銷軸鉸接。起重工作臂由基本臂1和伸縮臂3組成。高空作業時下臂兼做起重基本臂。伸縮臂由伸縮臂油缸5控制，不工作時伸縮臂回縮至基本臂內部；起重作業時，伸縮臂根據需要的起重幅度和起升高度進行伸縮。伸縮臂根部通過銷軸與伸縮臂油缸鉸接，伸縮臂和基本臂間有滑塊，以保證伸縮臂能平穩運動。伸縮臂與油缸、基本臂根部和回轉平臺也通過水平銷軸鉸接。

1.基本臂（下臂） 2.上臂 3.仲縮臂 4.上臂油缸 5.伸縮臂油缸 6.工作臺

2.作業工況分析

高空作業車需根據不同作業高度和起重量調整作業狀態，高空作業時有以下5種典型工況[2]：

工況1 高空作業最大作業幅度

工況2 基本臂水平最大吊重

工況3 基本臂傾斜75°最大吊重

工況4 全升臂水平最大吊重

工況5 全升臂傾斜75°最大吊重

實際作業中，由于上臂體體身端部與兩側的板材在部分處沒有焊接或者加強筋板與圍板沒有施焊，極易引起上臂體體身端部板材斷裂，從而導致事故發生。因此上臂的強度直接影響了工作臂的可靠性。

3.靜力學分析

根據設計圖紙提供的結構尺寸，建立三維實體模型并對工作臂的動作進行運動學模擬仿真，得出仿真曲線如圖2所示。由該曲線可以得出上臂的最大應力出現在小臂完全展開，上臂剛要抬起時（圖3）。

4.上臂有限元分析

分別在無焊接缺陷和存在焊接缺陷兩種情況下使用相同的載荷條件對高空作業車上臂進行應力分析，分析結果如圖4-7所示。

分析表明：無焊接缺陷時上臂端部板與軸套附近的連接處受到的應力最大（639MPa），超出材料HQ60的屈服強度（600MPa），當外載作用于此處時，此處易發生變形，影響整體強度；有焊接缺陷時上臂腹板與上臂箱體的連接處受到的應力最大（2482MPa），遠遠超出材料HQ60的屈服強度（600MPa），此時上臂強度下降，將會使圍板從焊縫處瞬間撕裂下來，導致上臂與下臂脫落，造成事故的發生。

結論

本文分析了高空作業車的作業工況，利用三維軟件對GKC20型高空作業車作業臂上臂在有焊接缺陷和無焊接缺陷兩種情況下進行有限元強度校核，得出了上臂在兩種狀態下的應力分布情況，該分析結果為高空作業車作業臂的結構優化設計奠定了基礎，在設計時應對分析中的高應力區加以特別關注。

參考文獻

[1] 張華，肖小芬.高空作業車作業裝置的優化設計[J].城建機械設備，1993（1）：18～22

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【關鍵詞】諧波齒輪傳動；螺桿泵；增速；柔輪

0.前言

目前，世界蘊藏有巨大的稠油資源，據有關專家估計比常規原油資源高數倍至十余倍，具有替代常規石油能源的戰略地位。稠油資源分布廣泛，幾乎所有產油國都有發現。據調研資料，世界上稠油資源豐富的國家有加拿大、委內瑞拉、美國、前蘇聯等，其稠油資源約為4000～6000x108m3（含預測資源量）[1]。中國大部分含油氣盆地稠油多于常規油，有共存和有規律過渡分布的規律，稠油資源非常豐富，約占總石油資源的25%～30%以上。國內老油田大多處于開發后期，排量小，油層較深的稠油、含砂、含氣的難采油井越來越多，并且常規采油工藝投入大、產出低、短期產出與投入比不經濟，制約了各油田后期開采。針對這種情況，可以采用螺桿泵采油技術加以解決。

1.螺桿泵驅動系統設計設計要求

（1）基本參數：諧波齒輪傳動的增速比大于等于20；諧波齒輪傳動的結構外徑小于等于Ф116cm；（2）總體方案分析及設計；（3）諧波齒輪傳動結構方案及結構設計。

由于井下空間狹小，需要所設計的裝置體積較小。油管轉速為6r/min，螺桿泵轉子的轉速為120r/min，在保證增速比大于等于20的條件下，轉速可以調整。油管轉速低可以實現較長的壽命。

在功能方面，要改變原來采用的采油方式。原來的采油系統在工作時動力源的動力通過減速箱首先減速到合適的轉速然后驅動方卡子，再由旋轉的采油桿柱驅動井下采油螺桿泵轉動，從而實現將井下原油通過采油桿住與油管的環形空間舉升到地面。

2.主要功能實現方法

考慮到增速器結構尺寸較小，傳動比大，所以選擇用少齒差行星輪系。少齒差行星輪系具有體積小，傳動比大，重量輕等優點。由此，有三種增速方案：諧波齒輪傳動，少齒差行星齒輪傳動，擺線針輪傳動。

2.1諧波齒輪傳動增速

諧波齒輪傳動是一種依靠彈性變形運動來實現傳動的新型傳動，它突破了機械傳動采用剛性構件機構的模式，使用了一個柔性構件機構來實現機械傳動。構成諧波齒輪傳動的3個主要部件有：波發生器，柔輪，剛輪。諧波齒輪傳動對運動的傳遞是在波發生器作用下，迫使柔輪產生變形，并與剛輪相勻作用而達到傳動目的。 在未裝配前，柔輪的原始剖面呈圓形，柔輪和剛輪的周節相同，但兩者的齒數不相等。柔輪的齒數Z1，比剛輪的齒數Z2略少，而波發生器的最大直徑比柔輪的內徑略大。一般情況下為了有確定的輸出，都會有一個固定件，一個主動和一個從動。具體哪個固定，哪個主動，哪個從動，需要根據需要實現的功能要求來決定。當波發生器裝入柔輪后，受到一對方向通過橢圓的曲率中心和它的旋轉中心的力的作用。當輸出軸上承受載荷后，柔輪產生變形，這是柔輪對波發生器的作用力方向仍通過橢圓的曲率中心，但不通過發生器的旋轉中心，這就形成了使波發生器旋轉的旋轉矩。當輸出軸上載荷繼續增加時，柔輪作用在波發生器上的作用力和這時作用力之間的力臂也隨之增加。則作用在發生器上的旋轉矩也隨之增加。當此旋轉矩超過發生器的阻矩時，就產生了增速現象。

2.2少齒差行星齒輪傳動增速

少齒差行星齒輪傳動按傳動型式可分為NN型和N型。以N型為例。這種型式的傳動，通常均是采用輸出機構把行星輪的回轉運動傳給低速軸。N型傳動，其轉臂有單偏心和雙偏心兩種。雙偏心的轉臂，兩個偏心相差180度，裝在其上的兩個行星輪也相差180度，這樣由偏心而產生的離心力相互抵消（但這兩個離心力大小相等方向相反，且不在同一直線上，所以不平衡力偶仍然存在）。單偏心的轉臂只有一個方向的偏心，其中裝一個行星輪，必須在偏心的相反方向加上平衡重才能使離心力得到平衡。

N型常用的輸出機構有五種類型，即銷孔式、浮動盤式、滑塊式、零齒差式和雙曲柄式。以零齒差輸出機構為例。主要特點是用標準刀具在普通機床上就可加工，不需要專門的工藝裝備。零齒差輸出機構可內齒輪輸出，也可外齒輪輸出。兩對齒輪中只有一對是少齒差，起增速作用，另一對則是作為平行軸間聯軸器的零齒差內嚙合。轉臂是單偏心，必須裝設平衡重。

這種傳動增速的特點是傳動比大，體積較小，重量輕，運轉平穩，齒形容易加工，裝拆方便。合理地設計、制造及，可使其傳動效率達0.85-0.91。實踐證明，少齒差傳動最適合于大傳動比、小功率的場合，在我國已經被用到很多機械或者齒輪裝置上。但少齒差要考慮變位問題。由于內嚙合和內齒輪加工中，相嚙合雙方的位置關系、幾何關系與外嚙合不同，在設計內嚙合變位齒輪傳動時，齒數的搭配和變位系數的選擇要受到各種干涉條件的限制。為避免干涉要進行驗算，設計時要考慮齒輪根切問題。提高了加工難度，且剛度不夠高。

2.3擺線針輪行星傳動增速

擺線針輪主要由4部分組成：

（1）行星架H由輸入軸1和雙偏心套2組成，偏心套上的兩個偏心方向互成180°。（2）行星輪C齒形通常為短幅外擺線的內側等距曲線。按運動要求，一個行星輪就可傳動，但為使輸入軸達到靜平衡和提高承載能力，對于一齒差針擺傳動，常采用兩個完全相同的奇數齒的行星輪，裝在雙偏心套上，兩輪位置正好相差180°。行星輪和偏心套之間裝有用以減少摩擦的滾子軸承（稱為轉臂軸承）。（3）太陽輪 又稱針輪，針齒殼上裝有一組針齒銷，通常針齒銷上還裝有針齒套，稱為針齒。（4）輸出機構這種常采用銷軸式輸出機構。

3.結論

本次設計針對螺桿泵采油系統做了改進，由于原來用抽油桿的采油方式轉速高、磨損快、壽命低，改為直接用油管驅動螺桿泵采油。螺桿泵采油系統按驅動方式可劃分為地面驅動和井下驅動兩大類，本次設計采用了地面驅動方式。油管轉速較低，螺桿泵轉速較高，所以要設計一個增速器。

由于所設計的結構尺寸小，且傳動比大，故可選擇的螺桿泵增速有三種方式，諧波齒輪增速，擺線針輪增速，少齒差行星齒輪增速。這三種增速方式各有優缺點，也都廣泛應用。通過對三種傳動采油方案的對比分析，選擇基于諧波齒輪傳動的螺桿泵驅傳動系統。

【參考文獻】

[1]萬仁薄.采油技術手冊（修訂版）第四分冊[M].北京：石油工業出版社，2003.

[2]孫俊峰.螺桿泵采油技術在錦州油田的改進及優化[D].哈爾濱：東北石油大學碩士論文，2009.

[3]周衛東.漸開線諧波齒輪傳動齒廓參數優化及動態仿真[D].大連：大連理工大學碩士論文，2008.

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張雨濃：目前來說，人工神經網絡、冗余度機器人學和科學計算與優化是我們科研攻關的三個主要方向，最早當始于導師毛宗源教授主持負責的“仿人腦信息處理與控制的人工系統的研究”，隨后開展了近年來承擔的國家自然科學基金委支持的課題“機器手臂的基于二次規劃的冗余度解析方案”“冗余機器人實時運動規劃的統一理論”等項目。就人工神經網絡、人工智能等相關領域的研究情況而言，我國很多學術前輩、同事甚至是后學不同程度地做出了不少創新性的成果，有些甚至達到世界領先的水準，這一點還是值得我們欣喜的。

以人工神經網絡為例來說，其理論在國內外都已經取得了許多令人矚目的成果，國內也有許多學者相繼提出了不同的人工神經網絡模型，并取得了較為廣泛的應用，且應用范圍在不斷擴展，滲透到了多個領域，如信號處理，智能控制、模式識別、機器視覺、非線性優化、圖像處理等等。我團隊近期拓展的神經網絡模型的連接權值直接確定一項可避開傳統BP(誤差回傳)神經網絡的內在弱點，如冗長的權值迭代計算、局部極小點問題、網絡參數及隱神經元數的選取困難等等，并將遞歸神經網絡應用于冗余度機械臂的運動規劃與控制中，展現出了良好的成果。

筆者：早在2001年，您率先提出變矩陣／向量／優化問題的神經網絡新解法，能否借此機會有針對性地講述幾點其與傳統解析與架構上的不同?

張雨濃：其與傳統梯度方法的不同之處可歸納為如下數點：首先，新型神經網絡解法是基于矩陣／向量形式的誤差函數而設計的，令其每個誤差元素不斷遞減至零而成。與此相對，基于梯度法的傳統神經網絡解法是基于非負或至少下有界的標量形式的能量函數而設計的；值得指出的是，在基于梯度法的神經網絡解法中涉及的參數矩陣等多是探討定常的情況。

其次，新型神經網絡在處理時變問題時，系統地采用變矩陣，向量的時間導數信息，這也是新型神經網絡能夠全局指數收斂到時變問題的準確理論解的原因之一。與此相對，基于梯度法的傳統神經網絡解法因沒有使用如此重要的時間導數信息而難以有效地求解時變矩陣／向量／優化問題。

另外，新型神經網絡通常是用更為普適的隱動力學方程描述的；而基于梯度法的傳統神經網絡則多是采用顯動力學方程描述的。

筆者：在您的科研范圍內，冗余機器人是您科學研究的主項，它顯然代表著高端的科技發展方向，我們想請張教授談一下冗余機器人今天的發展狀況及其特性、優勢，其在未來科技領域內的應用情況，給人類社會所帶來的利好。

張雨濃：就冗余機器人而言，現主要研究的是冗余機械臂，其可廣泛地應用于工業生產之中，包括焊接、油漆，組裝、繪圖、挖掘，送料和其他智能活動等等。冗余機械臂是指末端執行器在執行給定的任務時有比其所必需自由度之上更多的自由度和靈活度的機械臂。在冗余機器人的運動學研究中，正運動學和逆運動學都是研究的核心部分。正運動學指給定關節變量，通過已知的手臂函數映射關系，能夠唯一地確定末端執行器的位姿，而逆運動學是指給定末端執行器的笛卡爾變量，如何來實時求解機械臂的關節變量。兩者剛好相對，但逆運動學的求解卻不容易。后者直接關系到運動分析，離線編程、軌跡規劃等等，是將工作空間內機器人末端的位姿轉化成關節量值的前提。由于機械臂逆運動學問題的復雜性，我們將機械臂逆運動學逆動力學問題都統一地轉化為最優化問題，具體為時變二次規劃問題，這種做法能減少大量矩陣求逆，矩陣相乘等運算，減少計算時間，也更靈活、更加智能化。

這些科研結果能為裝備制造，加工作業乃至空間機器人等領域的運動控制和新型機械臂的研發，制造以及技術提升提供一個更為科學更加有力的理論與實踐基礎。該冗余度解析理論將會在重工制造裝備等方面展露，并帶來廣闊的應用前景和較大的社會經濟效益，如用以改造和提升噴漿機器人、焊接和繪圖機器人、車載機器臂系統等機械設備的運動解析與控制技術、操作模式及其安全性穩定性等。

筆者：2007年您所提出的BP神經網絡權值直接確定理論研究，克服了傳統BP神經網絡所固有的迭代時間長、迭代次數多，易陷入局部極小點和學習精度不高等諸多缺陷。您一直站在科技前沿，在未來您的研究方向還將力求沖破哪些方面的障礙?

張雨濃：我們的一個科研工作重心就是人工神經網絡的權值直接確定法以及外延的新方法新理論，比如在權值直接確定基礎上的隱層神經元數目自適應確定研究等等。就未來在該方面繼續做工作而言，首先我們仍將繼續尋找，挖掘、探討和考察不同的激勵函數、網絡模型，以求從不同的角度更加豐富地證實權值直接確定法的可行性，有效性、普適性以及優異的學習能力等等；其次，我們將(也已經在)探討多輸入多輸出人工神經網絡的權值直接確定法，并同時探研拓撲結構自適應確定算法于其中；另外，也如同我們向中科院某所提交的一個開放課題申請書中所言，應用神經網絡權值與結構直接確定理論處理海量數據同樣值得嘗試與探討，我們以往曾開發出基于Toeplitz矩陣的時間序列高斯過程回歸技術處理了六萬維矩陣求逆和兩萬四千維數據，這一結果或可以借鑒用以開發神經網絡超萬維數據處理技術。

篇(6)

關鍵詞：DX多節擠擴灌注樁，施工技術

 

DX多節擠擴灌注樁（以下簡稱DX樁）是一種獲國家實用新型和發明兩項專利的新型樁，DX樁作為高層建筑、一般工業與民用建筑等多種構筑物的樁基，可用于建筑物抗壓樁、抗拔樁、基坑及邊坡支護樁、復合地基、高承載力錨桿、橋梁樁等工程領域。魯鐵花樣年華商務樓工程建筑面積45000平方米，共三棟，18層框架，在基礎施工中為降低成本、縮短工期、減少施工噪音，采用了DX樁，現結合本人參與該工程基礎施工的經驗，對DX樁的施工特點、施工技術、施工效果作如下介紹。

一、DX多節擠擴灌注樁簡介

1、DX樁概念

DX樁是在原有等截面樁的基礎上，使用一種專用液壓機擴裝置，經高能量擠壓土體，而成型盤、岔腔體,巧妙合理地與現有樁工機械配套使用，灌注混凝土而構造出的一種新型變截面樁。碩士論文，施工技術。

2、DX樁成樁原理

DX樁是在傳統灌注樁施工工藝中增加了一道擠擴工序，他根據各種地層不同的力學指標、選擇了幾個有力地層、采用DX專用擠擴設備在鉆孔的不同深度擠擴，完成側面型腔，然后再澆筑混凝土，使DX樁變成了多層三叉型樁，或多個盤和三岔組成的樁。側面型腔的直徑是主樁徑的2至3倍，從而將摩擦樁變成多端承、多端側摩阻共同作用的新型樁。

3、DX樁可應用的地質條件

DX樁可應用于一般粉性土、粉土、砂土、礫石、卵石層，也可用于軟硬交互層土層。

4、DX樁可應用的建筑部位

DX樁可應用于建筑物抗壓樁、抗拔樁，基坑及邊坡支護樁，復合地基，高承載力錨桿，也可用于橋梁樁等工程領域。

二、DX樁施工特點

1、DX樁徑小而短，而且能夠滿足承載力較大要求的深樁基礎。

2、DX樁技術應用范圍廣，在許多地質條件復雜工程中均能順利的應用并受到良好的效果，單方混凝土承載力較普通鉆孔樁提高1-2倍。

3、采用DX樁有利于建筑物上部結構的優化，使之省工，省料，因此經濟效益十分顯著，基礎工程造價可降低20%-40%。

4、施工簡單，工期比常規節省三分之一左右，機械化程度高，對外界壞境即相鄰建筑無干擾。

三、DX樁施工技術工藝

根據該工程的地址勘察報告及設計要求，選擇正循環泥漿護壁回轉成孔，采用雙向液壓、三岔雙向等長弓壓臂擠擴灌注樁專利擠擴設備DX-450型擠擴機擠擴成盤，導管水下灌注混凝土形成柱身與擴徑體共同承載的DX柱。

1、測量定位

使用JII經緯儀定向，配合鋼尺量距的極坐標法測放樁位，個別樁亦可以采用方向交匯法測放定位。樁位復核之后，報監理驗收同意，方可進行下一道工序。

2、成孔

（1）護筒埋設

護筒以不小于3mm厚的鋼板卷制，內徑不小于700mm。護筒坑開挖前先依據已定好的樁位布設十字護樁，并做好保護，以免樁位產生較大偏差。護筒坑內徑比護筒外徑大100mm以上。護筒坑挖好后，拉上十字線，放好護筒并調整，使護筒中心相對樁位偏移不超過50mm，筒壁傾斜不超過1% 。

(2) 鉆機就位

鉆機底座就位必須穩固平整，確保施工中不發生位移、傾斜。天車、游動滑車、轉盤中心三點一線，位于同一鉛垂線，鉆機對位偏差不超過2cm，鉆機就位結束后，經驗收方可開鉆施工。碩士論文，施工技術。碩士論文，施工技術。

（3）鉆進成孔

針對場地土層多為粘土、粉質粘土的特點，開孔采取輕壓慢轉，待鉆進一定深度（超過鉆頭扶正圈）后，方可適當增大鉆壓，增加鉆速，但要防止增壓過火。鉆速以能夠平穩鉆進，減小鉆具晃動為宜，以防造成人為孔斜或坍孔。

當地層出現較大變化或軟硬換層鉆進時，注意減少鉆壓，提調保直。碩士論文，施工技術。

3、擠擴成盤

（1）工程開工前，須對DX擠擴裝置進行檢測調試，并填寫《DX液壓擠擴裝置現場監測記錄》：直徑、盤高、空載壓力、行程時間等。

（2）擠擴機采用汽車吊吊放。

（3）擠擴機入孔前必須檢查設備可靠性，包括法蘭連接、螺栓、油管、液壓裝置及弓壓臂分合情況。

（4）擠擴機吊放入孔，檢查樁孔垂直度、孔徑。

4、擴底

采用四翼壓張式擴底鉆頭擴底。擠擴結束立即進行擴底施工。

5、鋼筋籠制作與安放

6、混凝土攪拌與運輸

本工程使用商品砼，混凝土塌落度宜為160-220mm。

7、灌注成樁

混凝土灌注采取導管水下灌注混凝土成樁。

四、DX樁施工效果

1、DX樁的主要優點

（1）可充分利用樁身上下各部分好土層的承載能力，單樁承載能力高。

（2）擠擴腔穩定，不易塌崩。

（3）成孔成樁工藝適用范圍廣。

（4）成本低，工期短，并且施工時噪音低、震動小，泥漿排放量少，有利于保護環境。

（5）施工過程中可監控測試，擠擴效率高，

2、DX樁與其他樁的區別

（1）DX樁不同于支盤樁，DX多功能液壓擠擴裝置獨有的三岔雙向液壓和上下等長弓壓臂設計，是其他擠擴盤、支設備所沒有的。

（2）DX樁與普通等截面混凝土灌注樁相比，單樁承載能力明顯提高，沉降量顯著降低，單方承載力可提高1-2倍以上。碩士論文，施工技術。

（3）DX樁承載力的提高主要原因在于擴徑體支撐力的發揮。

（4）擴徑體的存在使得DX樁的承載機理與普通樁不同。碩士論文，施工技術。

（5）DX樁身下部的護徑體為DX樁提供了承載潛力。

篇(7)

關鍵詞:掘進 遠程控制 懸臂 煤巖識別

1、引言

我國是一個產煤大國。到2010年底,全國年產120萬噸及以上大型煤礦661處,產量18.8億噸,占全國的58%,巷道掘進工程量巨大。煤礦要實現可持續健康發展,采掘平衡至關重要,但我國煤炭企業管理上依然存在著嚴重的“重采輕掘”問題。掘進機是實現煤礦機械化掘進的關鍵設備。掘進技術、裝備和工藝水平,直接關系到煤礦生產的采掘接續、生產能力、經濟效益。正因如此,我國綜合機械化掘進程度正逐步提高,綜合機械化掘進已成為我國煤炭生產和安全高效礦井建設必不可少的技術支撐。近年來,我國煤礦掘進技術裝備得到了突飛猛進的發展,適應煤巷及半煤巖巷的掘進范圍越來越廣,并開始研制巖巷掘進機,機型種類齊全,并向著連續切割、框架結構、控制模塊化方向發展。

2、掘進技術裝備新進展

2.1 掘進機遠程控制技術

目前普通掘進機還是主要靠人工操作,操作者勞動強度大和安全保障性較差。國家“863計劃”重點項目“掘進機遠程控制技術及監測系統”課題,綜合應用自動化、智能化和信息化等高新技術,研制了掘進機任意斷面自動截割成形控制系統,可自動截割出任意巷道形狀的規整斷面,提高了巷道成形質量;提出了掘進機機身位姿絕對誤差檢測原理及方法,實現了高精度定向掘進;研制了掘進機遠程監控系統與遠程無線遙控系統,實現了掘進機遠程控制、遙控和狀態監測;研制了掘進機遠程監測診斷系統,實現了對掘進機運行狀態參數的實時監測與顯示,并具有遠程故障診斷和報警等功能。該項目的研制成功,填補了國內采掘監控技術空白,帶動了我國掘進裝備整體技術的提高,對我國實現煤礦井下無人工作面開采具有深遠意義。

2.2 巖石掘進機

巖巷掘進,就是在巖石層開掘巷道。在以前,開掘巖巷只能采用先打眼放炮,再人工清理渣石的辦法,不僅效率極低,而且放炮產生的粉塵對職工的健康造成極大危害。石煤機公司于2009年向市場推出了系列巖石掘進機,該類掘進機截割巖石過程中不用放松動炮就可直接進行截割,具有性能穩定、故障率低、智能全遙控功能、可實現巷道的自動截割成形等特點,可有效保證礦工安全、降低礦工勞動強度、有效提高掘進機的掘進速度。解決了我國煤巷掘進巖石硬度高、開采難度大、相關設備落后、依賴進口等難題,填補了我國大功率、橫軸、智能化截巖掘進機的空白。EBH300(A)型巖石掘進機在開灤集團東歡坨礦井下進行巖巷掘進中,創造了22個工作日進尺200.2米的佳績,巖巷掘進速度屬于國內領先。該型掘進機在新汶礦業集團、鶴崗礦業集團、內蒙長城集團等公司中使用良好。新礦集團協莊煤礦自主研發設計、自主制造生產、擁有完全自主知識產權的EBZ230大功率硬巖綜掘機在＋24°的2202回風巷一舉創出了月進尺800米的驚人佳績,大大提高了該礦井的掘進機械化水平。

2.3 多功能掘進機

中煤集團所屬石煤機公司自主研發的國內首臺多功能掘進機可實現一機兩用。在巷道掘進過程中,能夠根據巖石硬度決定采取機掘作業還是鉆孔炮掘作業,并能快速實現兩種功能的互換。不僅有效降低了勞動強度,提高了巷道掘進速度及工作效率,而且降低了對作業空間的要求,擴大了巷道適用范圍,為煤礦巷道掘進作業提供了一種安全高效的新型煤機裝備,為國內掘進機產品首創。

2.4 懸臂式掘進機

開灤集團與上?？泼簷C電有限公司共同研發的EBH120懸臂式掘進機采用了分節可折轉切割臂型式的創新技術,結構新穎、設計合理、切割斷面大、切割效率高,裝煤效果好,有利于煤巷、半煤巖巷單進效率的提高,適用于硬度f≤6的煤巷與半煤巖巷掘進。解決了鏟板與切割臂干涉、切割臂挑頂、臥底、挖支架柱窩、擺動不靈活、司機視野不開闊、裝煤效果差等主要技術難題。

2.5 煤巷自動化快速掘進自動糾偏與煤巖識別技術

潞安集團王莊煤礦聯合國內有關科研院所、煤機廠家等單位合作完成的國家863重點科技項目“煤巷自動化快速掘進自動糾偏與煤巖識別技術研究與實踐”,先進可靠、自動化程度高,達到了國際領先水平。該技術應用后,掘進機平均月進尺達670米,最高月進尺達690米,工作面用人每班由10人減少到5人,掘進工作效率比原來提高了一倍,原煤品質也得到了改善,年掘進經濟效益可增加1300多萬元。