隧道智能喷浆机器人

一、项目研究内容、目标及意义

1.1项目简介

本项目拟开展以下几方面重点研究：复杂多变大空间隧道环境扫描建模技术、约束多目标的轨迹规划技术、非线性强耦合多关节机械臂控制及振动抑制技术、受限通道下设备远程监控管理技术。提出结合施工工况的基于法向偏差的点云去噪与基于三角剖分的孔洞修复算法，克服粉尘、潮湿、振动等恶劣工况对传感器扫描建模的影响；采用多种点云搜索、点云特征提取与分割的组合方法，识别出施工中隧道表面存在的拱架、防护网、超欠挖等多种特征结构，自适应调整喷浆模式；将隧道喷浆任务建模成作业时间-回弹率多目标优化问题，采用基于多策略排序变异的多目标差分进化算法求解最优喷涂轨迹，以最高效率和最低损耗量完成隧道面的喷涂作业；提出一种基于双模糊自适应控制的滑模控制方法，具有调整时间短，轨迹跟踪精度高，鲁棒性强等优点；提出一种基于大扰动大时滞条件下的前馈-反馈控制器设计方法，建立臂架所受干扰力的估计器，解决湿喷机在作业过程中由于负载的变化和外界的干扰以及自身运动特性等引起的的臂架振动和末端晃动问题。

自主智能喷射围绕两大核心任务展开：

•快速环境感知

•实时运动控制

1.2研究目的

1)施工面的识别及建模；

2)自动化施工作业的轨迹规划及智能喷射作业；

3)隧道施工设备远程监控管理。

1.3研究意义

1)与我省相关领域战略性新兴产业深度结合；

2)实现重大技术突破，促进产业结构调整；

3)提升产业整体竞争力和水平。

二、主要研究内容

1.隧道喷浆机械臂正逆向运动学建模

2.复杂多变大空间隧道环境扫描建模技术研究

3.约束多目标的轨迹规划技术研究

本项目结合实际喷浆作业，采用基于快速非支配排序的多策略差分进化算法求解带约束的动作时间-回弹率多目标问题

4.机械臂控制技术与振动抑制技术研究

基于自适应双模糊滑模控制的多关节机械臂轨迹跟踪技术

基于前馈干扰估计的臂架抑振技术的研究

5.隧道施工设备远程监控管理平台的开发应用

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