道路管道施工輔助機(jī)器人設(shè)計(jì)及控制

劉曉??

摘要：基于實(shí)際需求設(shè)計(jì)了一種道路管道施工輔助機(jī)器人，用于非開(kāi)挖鋪設(shè)管道施工。首先依據(jù)挖掘機(jī)器人要求，以串聯(lián)構(gòu)型為參考，提出了一種適用于非開(kāi)挖機(jī)器人的新構(gòu)型；基于構(gòu)型設(shè)計(jì)了機(jī)器人系統(tǒng)各主要構(gòu)件，包括切削刀頭、螺旋輸送裝置、滾珠絲杠等，并利用Adams軟件進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真；最后，研究機(jī)器人系統(tǒng)的電氣控制部分，搭建了主/控電路，并利用PLC編制了相應(yīng)的控制程序。

關(guān)鍵詞：非開(kāi)挖；道路管道施工；機(jī)器人；電氣控制

中圖分類號(hào)：U416.02 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： A kind of auxiliary robot was designed for road pipeline construction based on practical needs. According to the requirements of excavation robot， a new configuration for trenchless construction was put forward based on serial robot. Main components of the robot system were designed， including cutting cutter， screw conveyer and ball screw. The virtual prototype simulation was conducted by ADAMS. The electrical control part of the robot system was researched， and the main/control circuit was set， and corresponding control program was compiled based on PLC.

Key words： trenchless； road pipeline construction； robot； electrical control

0 引 言

機(jī)器人技術(shù)是一門迅速發(fā)展起來(lái)的新學(xué)科，它在科技領(lǐng)域和生產(chǎn)生活中得到了廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的生產(chǎn)發(fā)生變革，對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義。隨著中國(guó)人民生活水平的提高、環(huán)境保護(hù)力度的加大，傳統(tǒng)的開(kāi)挖鋪設(shè)管道越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需求，非開(kāi)挖鋪設(shè)管道正得到各方面的大力支持，如何將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到非開(kāi)挖工程管道施工中，成為國(guó)內(nèi)外研究人員十分關(guān)注的課題。

非開(kāi)挖鋪設(shè)地下管線有頂管法、定向鉆進(jìn)和導(dǎo)向鉆進(jìn)法、微型隧道施工法、夯管施工法、水平螺旋鉆進(jìn)法以及沖擊矛鋪管技術(shù)等十幾種方法[1-2]。1896年美國(guó)北太平洋鐵路鋪設(shè)工程的頂管法是最早使用的非開(kāi)挖施工方法，1967年美國(guó)Schamm公司生產(chǎn)了第一臺(tái)沖擊式微型頂管機(jī)，1975年日本推出第一臺(tái)微型隧道鋪設(shè)設(shè)備[3]，推動(dòng)了該技術(shù)在國(guó)外的廣泛應(yīng)用。隨著1953年北京的人工手掘式頂管出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)開(kāi)始使用這項(xiàng)技術(shù)，但設(shè)備相當(dāng)簡(jiǎn)陋。20世紀(jì)80年代中后期，隨著工程的增多及需求的增大，中國(guó)引進(jìn)并開(kāi)發(fā)了不少機(jī)械式非開(kāi)挖鋪管設(shè)備，但是在施工裝備設(shè)計(jì)和制造工藝上，中國(guó)仍處于較落后的狀態(tài)，一些大型的非開(kāi)挖管道鋪設(shè)工程仍然需要引進(jìn)國(guó)外設(shè)備[4]。

到目前為止，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出這樣一種設(shè)備，能夠?qū)⒐I(yè)機(jī)器人同非開(kāi)挖鋪設(shè)管道緊密結(jié)合起來(lái)，通過(guò)遙控和自動(dòng)控制技術(shù)的結(jié)合進(jìn)行道路管道鋪設(shè)。

本文介紹一種新型道路管道施工輔助機(jī)器人，用于城市非開(kāi)挖鋪設(shè)管道施工。首先依據(jù)挖掘機(jī)器人的要求，提出一種適用于非開(kāi)挖機(jī)器人的新構(gòu)型?；谶@種新構(gòu)型設(shè)計(jì)機(jī)器人系統(tǒng)中的主要構(gòu)件，例如切削刀頭、螺旋輸送裝置、滾珠絲杠等。對(duì)選取的零部件進(jìn)行造型，并利用ADAMS進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真。最后，設(shè)計(jì)設(shè)備的控制系統(tǒng)，并利用PLC編制相應(yīng)的控制程序。

1 機(jī)器人綜合構(gòu)型

根據(jù)實(shí)際工況，要使設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序?qū)崿F(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)，整個(gè)機(jī)構(gòu)需滿足以下要求。

（1）所需精度低。機(jī)構(gòu)的主要作用是挖掘土壤，預(yù)鋪設(shè)的管道直徑是0.8～1.6 m，所以機(jī)構(gòu)不需要很高的工作精度。

（2）所占空間較小。由于整個(gè)機(jī)車在地面以下進(jìn)行切削工作，所以只有當(dāng)機(jī)車的體積小于切削刀具的體積時(shí)，才能使整個(gè)機(jī)車工作。

（3）負(fù)荷較小。機(jī)構(gòu)的負(fù)荷由自身的重量和工作負(fù)載組成，而切削土壤所需的工作負(fù)荷比較小。

（4）工程造價(jià)低。機(jī)車用于一般的工程機(jī)械，主要是非開(kāi)挖鋪設(shè)管道，它的工程造價(jià)同開(kāi)挖鋪設(shè)比相差不大，這樣才能體現(xiàn)出本機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)并得到廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)以及要設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，選擇串聯(lián)機(jī)構(gòu)較為合適，理由如下：串聯(lián)機(jī)構(gòu)就能保證工程機(jī)械施工所需的較低精度；負(fù)載是切削土壤的阻力，比較小，不需要并聯(lián)機(jī)構(gòu)的高負(fù)載能力；本機(jī)械用于一般的工程施工，為了能夠得到廣泛應(yīng)用，造價(jià)不能太高，故選用空間桿系串聯(lián)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)桿件末端基點(diǎn)具有3個(gè)自由度，通過(guò)改變桿件長(zhǎng)度、繞基點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)和沿基點(diǎn)移動(dòng)3種方式來(lái)加以實(shí)現(xiàn)[5]。通過(guò)以上3種基本運(yùn)動(dòng)形式就能夠設(shè)計(jì)初步模型，下面給出2種設(shè)計(jì)方案。

1.1 方案一

圖1是對(duì)方案一的描述。機(jī)構(gòu)由3個(gè)部分組成，平板是整個(gè)機(jī)構(gòu)的載體，行走裝置安裝于它的下方；與平板連接的桿件起固定手臂的作用，它與平板組成轉(zhuǎn)動(dòng)副；手臂的一端與桿件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，另一端是用來(lái)安裝切削刀具的。這樣的機(jī)構(gòu)在工作時(shí)，行走部分將機(jī)車運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢煤螅直勰┒说牡毒唛_(kāi)始切削土壤，通過(guò)2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的相互轉(zhuǎn)動(dòng)，刀具可以做圓周運(yùn)動(dòng)，這樣用較小的刀具就能夠切削出很大的孔，而且機(jī)車的體積不受刀具影響。

1.2 方案二

圖2是對(duì)方案二的描述，機(jī)構(gòu)由4個(gè)部分組成，底板是整個(gè)機(jī)構(gòu)的載體，下方安裝行走裝置；與底板連接的是桿件1，與方案一不同的是，它們之間不是轉(zhuǎn)動(dòng)副而是固定的；桿件2與桿件1通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接；手臂末端與桿件2組成移動(dòng)副，另一端安裝切削刀具。機(jī)構(gòu)工作時(shí)，機(jī)車到達(dá)工作區(qū)域后停止行走，刀頭轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)移動(dòng)副向前切削土壤，移動(dòng)一段距離后返回到初始位置，然后機(jī)車再向前一段距離，刀頭繼續(xù)工作，如此反復(fù)。這個(gè)機(jī)構(gòu)是直接工作的，所以刀頭只能挖掘一種尺寸的孔，機(jī)車的體積也受到刀具體積的限制。

比較上述2個(gè)方案，本次設(shè)計(jì)選用方案二的串聯(lián)機(jī)構(gòu)，理由如下。

（1）切削工作時(shí)，方案一是機(jī)車一邊行走，刀頭一邊切削土壤，這樣定位比較困難；而方案二是機(jī)車停止后通過(guò)移動(dòng)副向前工作。

（2）方案一中刀頭體積不限制機(jī)車的體積，刀頭通過(guò)2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副繞曲線轉(zhuǎn)動(dòng)，但控制起來(lái)比較困難；而方案二的刀頭只繞自身轉(zhuǎn)動(dòng)，控制比較方便，同時(shí)這使機(jī)車的體積受到限制。

（3）由于方案一必須控制2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)才能使切削刀頭按指定的軌跡切削土壤，這樣控制起來(lái)比較困難；而方案二需要控制的只有移動(dòng)副的伸縮，比較簡(jiǎn)單。

綜上所述，選用方案二的串聯(lián)機(jī)構(gòu)作為本次設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)。

2 機(jī)器人機(jī)械部分設(shè)計(jì)

2.1 切削刀頭

首先，設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)管道的直徑為0.8～1.6 m，相對(duì)較大，所需要的刀頭也較大，故不能采用一體設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際要求，將切削刀頭分為3個(gè)部分（圖3）：第一部分是鉆孔部分，主要用來(lái)引導(dǎo)刀頭前進(jìn)；第二部分主要起過(guò)渡和擴(kuò)孔的作用；第三部分是切削主體部分。

第一部分是在參考鉆頭結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，在切削土壤時(shí)，主要用來(lái)定位、鉆孔，使得后面的切削刀頭部分能夠正常工作，由于重量、體積等限制，這部分體積應(yīng)較小。

第二部分是設(shè)計(jì)類似錐齒輪，主要是連接刀頭的前后2個(gè)部分，起過(guò)渡作用，同時(shí)，在第一部分鉆孔的基礎(chǔ)上，對(duì)孔進(jìn)行擴(kuò)大。

第三部分是挖掘部分，切削葉片主要的作用是對(duì)土壤進(jìn)行切削，它的結(jié)構(gòu)類似葉輪葉片，由于葉片的形狀特殊，整個(gè)葉片逐漸進(jìn)入土壤中，這樣可以避免刀頭受到很大的切削阻力，同時(shí)，切削下來(lái)的土壤不會(huì)滯留在葉片上，減少一部分切削阻力。

2.2 螺旋輸土裝置

機(jī)車底部的輸送土壤裝置仿照造紙工業(yè)中的螺旋輸送機(jī)，如圖4所示。該結(jié)構(gòu)由裝有螺旋葉片的轉(zhuǎn)軸和料槽組成，通過(guò)軸承將轉(zhuǎn)軸裝在機(jī)車底板的軸承座上，轉(zhuǎn)軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其工作原理是：土料從進(jìn)料口進(jìn)入，隨著轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，土料受到來(lái)自葉片的法向推力，土料在葉片法向推力的軸向分力作用下，沿著料槽軸向移動(dòng)[6]。

2.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

設(shè)備需要3個(gè)電機(jī)，分別用來(lái)驅(qū)動(dòng)螺旋裝置、切削葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)以及與滾珠絲杠相連的移動(dòng)板的移動(dòng)。在機(jī)車工作時(shí)，這3個(gè)電機(jī)的相互運(yùn)動(dòng)規(guī)律較簡(jiǎn)單，所以采用異步電機(jī)作驅(qū)動(dòng)源。初步選取Y系列（IP44）三相異步電機(jī)。IP44類電機(jī)為封閉自扇冷式鼠輪型三相異步電動(dòng)機(jī)，與其他系列相比有效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、震動(dòng)小、運(yùn)動(dòng)安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，還能防止鐵屑或其他雜物侵入電機(jī)內(nèi)部；更重要的一點(diǎn)是，IP44類電機(jī)除了具有與Y系列（IP23）相同的用途外，還適用于灰塵多、水土飛濺的場(chǎng)所，如球磨機(jī)、碾米機(jī)、磨粉機(jī)、脫谷機(jī)及其他農(nóng)業(yè)機(jī)械、食品機(jī)械、礦山機(jī)械等。

2.4 傳動(dòng)連接部分

本次設(shè)計(jì)中，電機(jī)與切削葉片之間采用齒輪傳動(dòng)，在起減速作用的同時(shí)，減小了電動(dòng)機(jī)承受的挖掘阻力矩，又因?yàn)橥诰蜉S向力由滾珠絲杠承受，所以采用直齒圓柱齒輪。

采用滾珠絲杠傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)板與導(dǎo)軌之間的相對(duì)移動(dòng)。滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橐苿?dòng)板的直線運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到機(jī)車工作所需要的運(yùn)動(dòng)形式。絲杠的一端與電機(jī)相連接，位置是固定的；另一端在移動(dòng)板上，位置是變化的。故將滾珠絲杠的支撐選擇為一端固定一端自由，其固定端采用2個(gè)角接觸軸承支撐。

用軸來(lái)支撐回轉(zhuǎn)零件，傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。在一般情況下，軸的工作能力取決于它的強(qiáng)度和剛度，對(duì)于高轉(zhuǎn)速軸，有時(shí)還取決于它的震動(dòng)穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)軸時(shí)，在按上述要求進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)還要滿足運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)要求、特殊處理要求等。

3 虛擬樣機(jī)仿真

在設(shè)計(jì)階段，采用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以使生產(chǎn)的產(chǎn)品滿足要求，并有效地縮短開(kāi)發(fā)周期，提高開(kāi)發(fā)效率，節(jié)省開(kāi)發(fā)費(fèi)用。本文采用ADAMS軟件建立運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行虛擬樣機(jī)仿真。

ADAMS具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)仿真能力，但它建模的能力相對(duì)比較弱，所以本次設(shè)計(jì)中，用Solidworks對(duì)形狀復(fù)雜的零件進(jìn)行建模，然后導(dǎo)入ADAMS中，建立簡(jiǎn)單的模型并添加一定的約束和動(dòng)力仿真。將上面的零件導(dǎo)入ADAMS中，設(shè)定零件材料，找到零件重心，利用ADAMS的建模能力，在這些零件的基礎(chǔ)上，建立軸、軸承、軸承座、移動(dòng)板等模型，再將這些零件裝配起來(lái)[7]。

本管道施工輔助機(jī)器人由多個(gè)構(gòu)件組成，且它們之間存在約束關(guān)系，即通常所說(shuō)的運(yùn)動(dòng)副或鉸鏈。為了模擬其運(yùn)動(dòng)情況，需要在構(gòu)件間定義運(yùn)動(dòng)副的同時(shí)，在構(gòu)件之間和運(yùn)動(dòng)副上添加載荷，并在運(yùn)動(dòng)副上加以驅(qū)動(dòng)，以使機(jī)構(gòu)可以模擬仿真運(yùn)動(dòng)。

考慮機(jī)車實(shí)際工作中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，將其抽象為各種運(yùn)動(dòng)副，并在零件上定義這些約束副，在轉(zhuǎn)動(dòng)副處添加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，建立仿真模型，如圖5所示。

通過(guò)仿真可以看出，機(jī)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，所以預(yù)先設(shè)計(jì)的各個(gè)零件在機(jī)車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生運(yùn)動(dòng)學(xué)干涉。

4 電氣部分設(shè)計(jì)

前面已經(jīng)選擇了電機(jī)的型號(hào)，本節(jié)主要介紹控制三相異步電動(dòng)機(jī)的電路，電路擬采用PLC控制。設(shè)計(jì)中機(jī)車需要完成的運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下。

（1）閉合開(kāi)機(jī)開(kāi)關(guān)，螺旋排土裝置運(yùn)行。

（2）機(jī)車由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)0.3 m后停止。

（3）切削葉片開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。

（4）葉片轉(zhuǎn)動(dòng)3 s后，滾珠絲杠開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)板向前運(yùn)動(dòng)3 min（0.3 m）。

（5）移動(dòng)板快退回到初始位置，這個(gè)過(guò)程用時(shí)10 s。

（6）切削葉片停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這是機(jī)車工作的第一個(gè)循環(huán)過(guò)程，然后繼續(xù)重復(fù)（2）～（6）的步驟。

以上每個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)引起的，所以通過(guò)設(shè)計(jì)電路控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)就能夠得到所需的運(yùn)動(dòng)。采用軟、硬件結(jié)合組成控制電路，主/控電路分別如圖6、7所示。

4.1 主電路圖的設(shè)計(jì)

主電路圖由以下6個(gè)部分組成。

（1）機(jī)車行走分支。從三相線出來(lái)通過(guò)繼電器KM1的常開(kāi)觸點(diǎn)連接到電機(jī)1上，觸點(diǎn)的開(kāi)閉控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與否，從而控制機(jī)車的啟停，繼電器KM1在控制電路中連接。

（2）刀頭轉(zhuǎn)動(dòng)分支。由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速比較快，依靠一級(jí)齒輪減速很困難，所以采用變頻調(diào)速，利用變頻器的作用使電機(jī)降低到理想的轉(zhuǎn)速，同樣通過(guò)KM2常開(kāi)觸點(diǎn)的斷開(kāi)和閉合控制電機(jī)2的轉(zhuǎn)停，從而控制切削葉片的轉(zhuǎn)停。

（3）導(dǎo)軌移動(dòng)分支。移動(dòng)板在滾珠絲杠的作用下前后移動(dòng)，切削土壤時(shí)移動(dòng)板以較慢的速度向前移動(dòng)，相反，切削完畢后移動(dòng)板以較快的速度返回到初始的位置。這一過(guò)程由一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制，將三相中的任意兩相對(duì)換就能夠使電機(jī)的轉(zhuǎn)向發(fā)生變化，所以繼電器KM3、KM4 的2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)的斷開(kāi)和閉合就能控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。因?yàn)橐苿?dòng)板前后移動(dòng)速度不一樣，所以應(yīng)連接2個(gè)不同的變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的不同轉(zhuǎn)速。

（4）螺旋排土分支。螺旋排土裝置主要是利用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)螺旋葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將切削下來(lái)的土壤排到機(jī)車的后面，它的控制原理同刀頭轉(zhuǎn)動(dòng)分支的控制。

（5）交直流轉(zhuǎn)化電路。由于控制電路選用PLC的電源電壓是直流24 V，為了使供電方便，設(shè)計(jì)這樣的電路能夠?qū)⑷嗑€的交流380 V轉(zhuǎn)化為直流24 V。

（6）指示燈。每個(gè)指示燈通過(guò)對(duì)應(yīng)繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)連接到電路中，以表示每個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行與否。指示燈之間是并聯(lián)的，互不影響，它們分別指示的內(nèi)容為：電源供電與否、機(jī)車前進(jìn)與停止、刀頭轉(zhuǎn)動(dòng)、導(dǎo)軌前進(jìn)、導(dǎo)軌后退以及排土裝置的運(yùn)行。

4.2 控制電路的設(shè)計(jì)

以上介紹了主電路圖的設(shè)計(jì)過(guò)程，下面設(shè)計(jì)控制電路，將預(yù)先設(shè)計(jì)的程序輸入PLC中控制主電路的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)要求的運(yùn)動(dòng)形式。

控制電路的核心元件是FX1N系列微型可編程控制器，此PLC的供電電壓是+24V，通過(guò)主電路交直流轉(zhuǎn)化電路可得到這一電壓。控制電路由軟硬件同時(shí)組成。

將PLC的X0端作為輸入端，當(dāng)閉合開(kāi)機(jī)開(kāi)關(guān)時(shí)，PLC得電，通過(guò)事先存儲(chǔ)的程序控制繼電器得電，近而控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣由程序自動(dòng)控制機(jī)車工作，而不需要人的干涉。PLC的輸出點(diǎn)Y0、Y1、Y2、Y3、Y4分別與繼電器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5連接，這5個(gè)繼電器控制著主電路的5個(gè)電機(jī)。也就是說(shuō)，PLC的5個(gè)輸出點(diǎn)控制著整個(gè)機(jī)車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。由于KM2、KM3控制著移動(dòng)板的正反運(yùn)動(dòng)，即電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，為了避免損壞電機(jī)，應(yīng)該使用軟、硬件同時(shí)進(jìn)行互瑣，確保KM2、KM3不同時(shí)得電。硬件的互鎖措施是將繼電器常閉觸點(diǎn)KM2、KM3與繼電器KM3、KM2串聯(lián)。

將KM5的常開(kāi)觸點(diǎn)與開(kāi)機(jī)開(kāi)關(guān)并聯(lián)，因?yàn)槔^電器KM5控制排土裝置的電機(jī)，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，工作時(shí)排土裝置是一直運(yùn)行的，所以當(dāng)按下開(kāi)機(jī)開(kāi)關(guān)時(shí)KM5得電，它的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使得控制電路閉合[8]。當(dāng)需要關(guān)機(jī)時(shí)，按下關(guān)機(jī)開(kāi)關(guān)，各繼電器都失電，開(kāi)關(guān)KM5斷開(kāi)，電路中斷。

通過(guò)GX Developer Version 7 軟件繪制設(shè)備的控制梯形圖，生成指令語(yǔ)句并寫入PLC中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)實(shí)際工況，以串聯(lián)機(jī)器人基本構(gòu)型為基礎(chǔ)，結(jié)合虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)了道路管道施工輔助機(jī)器人，對(duì)機(jī)器人的工作條件、工作性能、電氣控制進(jìn)行了研究，得到如下結(jié)論。

（1）傳統(tǒng)的非開(kāi)挖設(shè)備只能鋪設(shè)直徑很小的管道，而本次設(shè)計(jì)的設(shè)備能夠鋪設(shè)直徑為0.8～1.6 m的比較大的管道，改善過(guò)去鋪設(shè)大管道時(shí)先開(kāi)挖后填埋的現(xiàn)象。

（2）設(shè)計(jì)了切削刀頭和螺旋排土裝置，經(jīng)過(guò)理論分析，這2個(gè)部分的設(shè)計(jì)都是合理的。

（3）機(jī)車各部分的電機(jī)都由PLC控制，通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的程序能夠?qū)崿F(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)，機(jī)車自動(dòng)控制一方面能夠保證施工的效率和速度，另一方面，這樣的非開(kāi)挖自動(dòng)施工與傳統(tǒng)的開(kāi)挖施工相比，不僅施工過(guò)程變得簡(jiǎn)單，而且成本降低。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何 江.非開(kāi)挖鋪設(shè)地下管線技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2003（2）：21-24.

[2] 薛 健.大口徑管材長(zhǎng)距離頂進(jìn)技術(shù)在西北地區(qū)的首次應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2006，23（11）：44-46.

[3] 金國(guó)海. 采用定向鉆機(jī)穿越高速公路路基鋪設(shè)拱橋拉索套管施工技術(shù)[C]∥第14屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第三冊(cè)），2005.

[4] 王 鵬，陳忠義.非開(kāi)挖鋪設(shè)地下管線施工技術(shù)與設(shè)備[J].地質(zhì)裝備，2002（3）：7-11.

[5] 胡福生.3PTT并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究及應(yīng)用初探[D].淄博：山東理工大學(xué)，2006.

[6] 向冬枝，徐余偉.螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和確定[J].水泥技術(shù)，2010（1）：16-20.

[7] 蔡 光，吳 謹(jǐn)，肖 瀟.基于ADAMS與ANSYS的柔性多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性仿真分析[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2014（23）：77-80.

[8] 杜義浩.并聯(lián)機(jī)器人軌跡規(guī)劃中的運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償方法研究[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2012.

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