外文翻譯--地面電氣控制工程在施工機(jī)械與地面之間的交互作用及其在建筑機(jī)器人學(xué)中的應(yīng)用 中文版

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1 地面電氣控制工程在施工機(jī)械與地面之間的交互 作用及其在建筑機(jī)器人學(xué)中的應(yīng)用 K. ,*, S. , R. , H. b a125b 6809 004; in 005; 6 005 7 005 摘要： 在“地面電氣控制工程 ” 技術(shù) 領(lǐng)域中，地面技術(shù)與電氣控制技術(shù)相結(jié)合，而 “ 電氣控制技術(shù) ” 是 一種用電氣控制機(jī)械的技術(shù) 領(lǐng)域。在“地面電氣控制工程 ” 的領(lǐng)域中，一臺(tái)建筑機(jī)器可以辨別出土壤和巖石，并自動(dòng)評(píng)價(jià)他們的特性和地面的條件狀況，同時(shí)最大限度的確定用以控制地面和機(jī)器相互作用的有效方法。在這篇論文中，一些研究被引用過來，并將以發(fā)展的觀點(diǎn)對(duì)在該技術(shù)領(lǐng)域的研究進(jìn)行闡述。 關(guān)鍵詞： 地面電氣控制工程；建筑機(jī)器人；土壤與機(jī)械的相互作用；地面條件評(píng)價(jià)；機(jī)械控制 1．介紹 作為以加工 如土壤 ,砂礫 ,巖石等等 為對(duì)象 的 建筑機(jī)械的操作者，應(yīng)大體上對(duì)地面的狀況作出評(píng)價(jià)，并針對(duì)該條件作出最合適的運(yùn)作方法。當(dāng)建筑機(jī)器人在工地做同樣的工作時(shí)，他應(yīng)具有 評(píng)價(jià)地面狀況，并由此決定最好的自我控制方法的功能。建筑機(jī)器人所具有的地面條件評(píng)價(jià)和自我進(jìn)行控制加工過程的功能有望在未來的幾年中成為最重要的功能。 作者認(rèn)為，在“地面電氣控制工程 ” 技術(shù) 領(lǐng)域中，地面技術(shù)與電氣控制技術(shù)相結(jié)合，而 “ 電氣控制技術(shù) ” 是 一種用電氣控制機(jī)械的技術(shù)領(lǐng)域。在“地面電氣控制工程 ” 的領(lǐng)域中，一臺(tái)建筑機(jī)器可以辨別出土壤和巖石，并自動(dòng)評(píng)價(jià)他們的特性和 2 地面的條件狀況，同時(shí)最大限度的確定用以控制地面和機(jī)器相互作用的有效方法。在這篇論文中，一些研究被引用過來，并將以發(fā)展的觀點(diǎn)對(duì)在該技術(shù)領(lǐng)域的研究進(jìn)行闡述。 2. 地面電氣控制工程 在 的應(yīng)用 噴射混合 方法 ( 一種 代表 性的 方法 ，被用來 改善建筑 施工現(xiàn)場場地的 深軟土壤 。圖 1和 2分別展示出了用于 器結(jié)構(gòu)和 該機(jī)器的施工 過程 , 攪拌葉片附著在一繞軸線旋轉(zhuǎn)的正方形鋼管上，它被旋轉(zhuǎn)著驅(qū)動(dòng)到地下，當(dāng)葉片接觸到堅(jiān)硬的地層時(shí)，他們被反轉(zhuǎn)拔出，再此過程中，一種化學(xué)藥劑混合物刀刃大使隨員到正方形鋼管是旋轉(zhuǎn)在管的軸和是受驅(qū)策的到地面，之后刀刃達(dá)到堅(jiān)挺的土壤層 , 他們是拔出地面的 。 化學(xué)的代理是然后送向下的穿用高壓空氣沿正方形管道注入 到柔軟地層中。這種試劑與軟土壤混合并其中的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一種堅(jiān)固的圓柱狀物。這種方法堅(jiān)固土壤，還用于做各種不同結(jié)構(gòu)的地基。 在 要開發(fā)一種控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)地面土壤狀況來控制使化學(xué)藥劑的注入總量達(dá)到最優(yōu)，從而有效的使生成的堅(jiān)硬柱狀物的各部分成分一致。在“地面電氣控制工程 ” 技術(shù)領(lǐng)域中，作者建議具有在建筑施工過程中對(duì)地面土壤狀況可以進(jìn)行適時(shí)性評(píng)價(jià)的系統(tǒng)應(yīng)有效的被應(yīng)用到機(jī)械的自我控制和建筑施工的最優(yōu)化設(shè)計(jì)中來。 地面評(píng)價(jià)在 在 從測量機(jī)械的載荷和測量控制 機(jī)械的參數(shù)可以適時(shí)性評(píng)價(jià)出地面土壤的特性。 前者是作用在葉片上的攪拌扭矩和穿透抵抗力，后者是葉片的攪拌旋轉(zhuǎn)速度和穿透速度。為完成地面評(píng)價(jià)系統(tǒng)，地面條件與機(jī)械載荷的關(guān)系以及機(jī)器的控制參數(shù)對(duì)該關(guān)系的作用必須要知道清楚。在這個(gè)問題上，有兩種普通的方法，被應(yīng)用到評(píng) 3 價(jià)過程中，用以來對(duì)待不明的地面條件和地面與機(jī)器的交互作用中 [1] 。第二種方法是，運(yùn)用土壤的切削理論進(jìn)行理論討論來研究土壤的特性和旋轉(zhuǎn)扭矩的關(guān)系 [2] 。 4 在本論文中，用后 者的方法 來 解釋 ，因此，在理論上地面土壤的特性用混合旋轉(zhuǎn)扭矩模 價(jià)。 土壤切斷 圖 3給出了 切 削 土壤 的 切 削 刀刃 的草圖， 3] 提出了關(guān)于水平切削阻力 驗(yàn)關(guān)系 式如下： B * B* b* (dt/, ⑴ m)， m), 平移動(dòng)刀刃的距離 (m),的切斷反抗 阻力 (N/斜 角 ( 透 反抗 阻力 的系數(shù) (N/δ 是土壤和刀刃 之間的 摩擦角 ( 土壤 有關(guān)的 常數(shù) 。 右邊第一部分表示當(dāng)水平切削土 壤時(shí)的切斷，第二部分是 刺入地面 時(shí)作用在刀尖上的反抗阻力，特殊切斷反抗阻力 式 (1) 中表示為土 壤 對(duì)刀具 的 抵抗 力 ，盡管它經(jīng)常在原地點(diǎn)測試出，然而它也通過等式 (2)用 內(nèi)摩擦角 φ( ゜ )和土壤的 粘著力 c (N/示。φ和 準(zhǔn)穿 透 測試值 (有關(guān)，用等式 (3)和 (4)表示 . (c +p(z) ⑵ φ =(20N)15 ⑶ 5 c = 03N ⑷ 這個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)穿透測試值 可以在指定的原地穿透測試中獲得。 由測試 般情況下 1/m) [3]。 與土壤的密度 ρ 和所處的深度 混合攪拌扭矩的推定 在 攪拌過程中，葉片繞鋼管中心線旋轉(zhuǎn)并 被 驅(qū) 入 到地面 ，作用在葉片刀刃的 攪拌扭矩可以通過計(jì)算沿管子軸線切削阻力的動(dòng)量的積分，當(dāng)攪拌葉片以垂直穿 透速度 v (m/和轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率 f (轉(zhuǎn) /驅(qū)入到地面時(shí)， 攪拌扭矩 T(以用下列公式表示： T = 4 ∫ (10_ (10_*4 ∫ π f ⑸ 地面的 攪拌扭矩 ⑷⑸ 得到。 透速度 v (m/ 攪拌扭矩 T(相互關(guān)系可通過計(jì)算這些等式進(jìn)行研究，可得下面的關(guān)系 式： T = a(v + b)( N + c)+ d. ⑹ 在這里 , a, b, c, 混合 攪拌葉片 刀刃的大小和土壤的類型 決定的 常數(shù) 。通過比較計(jì)算結(jié)果和在一些實(shí)際地點(diǎn)并在通常施工條件下所測得的數(shù)據(jù)，可把他們分別設(shè)定為以下數(shù)據(jù)： 沙質(zhì)型地面 : a=401N b=2.0 m/c=d =1417性地面 : a= 1200 N b = c = 0,d = 2000圖 4顯示出 估計(jì) 的 結(jié)果 ,在該圖表中，通過這種方法預(yù)算的 值 對(duì)比著列出。 雖然在圖中表現(xiàn)出一些分散 ,但 預(yù) 測的 得的 標(biāo)準(zhǔn) 。由此可以總結(jié)出：在 面的 法 來評(píng)定，也就是說， 6 在施工現(xiàn)場中，地面特性可以被適時(shí)性監(jiān)控檢測。 論文中介紹的地面評(píng)定方法被應(yīng)用于建筑自動(dòng)化中，也就是說，注射到地下的化學(xué)藥劑的量能于每一寸土地的特性相一致，這樣就可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)一致的圓柱體。更進(jìn)一步說，攪拌機(jī)械的操作方法能夠由地面的特性來控制，這樣在施工中可以發(fā)揮其最大的作用。例如，合適 的葉片穿透 速 度 6)中已測定的 的能力所決定。通過調(diào)整化學(xué)藥品的用量和根據(jù)地面狀況來控制葉片的穿透速度來優(yōu)化 樣就使材料和機(jī)械能量在施工中消耗最少，這也將意味著用該系統(tǒng)可以減小地理環(huán)境因素對(duì)施工的影響。 實(shí)的電氣控制 土壤壓緊中的振動(dòng)滾筒 在道路 ,水壩 ， 小型機(jī)場和其他的 需要用 如土壤 , 砂礫和巖石 等 材料 來完成建筑施工的 結(jié)構(gòu)建設(shè) 施工中，所用的 材料應(yīng)該 被壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行壓實(shí)，以使 建造的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 可靠。振動(dòng)的滾 筒是土壤壓實(shí)機(jī)中的代表 ,在工作中旋轉(zhuǎn) 它 所具有的偏心質(zhì)量來產(chǎn) 7 生周期性的壓實(shí)變力，用以壓實(shí)土壤。 (圖 片 1) 當(dāng)壓路機(jī)工作時(shí)，它振動(dòng)的滾筒在地上振動(dòng) ,它的振動(dòng) 作用可以改 變地面的機(jī)械屬性 。利用這一現(xiàn)象 ,地面 特 性 可以通過 測量振動(dòng)滾筒 作用效果來評(píng)定。這種觀念已經(jīng)應(yīng)用到了地面 壓 實(shí)領(lǐng)域。作者認(rèn)為：用一種方法可以評(píng)價(jià)路面狀況同時(shí)利用已經(jīng)測定出的路面路面狀況來控制滾筒的振動(dòng)性能，這種方法也是地面電氣控制工程這一領(lǐng)域的一個(gè)研究方向。 振動(dòng)滾筒的作用 圖 5和 圖 6是測 出 的振動(dòng)的滾筒的 加速度和 它的頻率 。在測量中 ,砂礫 土壤 用中級(jí) 的滾筒 壓實(shí)。圖 5表示 的是 滾筒 在并為足夠壓實(shí)的 軟地面 上的測試 結(jié)果 。從圖中的數(shù)字易得出，地面的硬度對(duì)振動(dòng)滾筒的振動(dòng)作用影響重大，也就是說，在圖 6中 硬的緊湊的地面 上，加速度這一簡單的正弦波產(chǎn)生失真現(xiàn)象。在頻率特征曲線上，光譜的組成不僅僅依據(jù)振動(dòng)滾筒的操作頻率，而且還依據(jù)一半的滾筒操作頻率和它的組合 頻率 （ 。。。。 ）。 8 這里， 等式 7表示，該數(shù)值用來表示加速度的定量干擾， 示對(duì)加速度曲線的干擾越大，光譜干擾量 數(shù)字化模擬滾筒的狀態(tài) 在數(shù)字化模擬中 ,振動(dòng)的滾筒 和 地面 的 振動(dòng)系統(tǒng) 由圖 7中的 振動(dòng)模型 系統(tǒng)來表示。振動(dòng)的滾筒被假定在設(shè)定的地面振動(dòng)模型中做周期性循環(huán)振動(dòng)。等式 (8)表示該系統(tǒng)的 運(yùn)動(dòng) 方程式 [5]。 9 架 結(jié)構(gòu)的 質(zhì)量 ( 鼓的塊 質(zhì)量 (公斤 F 是最大的動(dòng)態(tài) 周期 力(N), 框架 結(jié)構(gòu) 之間 的 彈性 阻尼器系數(shù) (N/m),是地面的 彈性系 數(shù) (N/m)， Ns/m),Ns/m),m), 架 結(jié)構(gòu)的位移 (m),s),m/ 10 字母 性系 數(shù) 與 地面硬 度 相 一致。 阻尼 系數(shù)對(duì)振動(dòng)有減弱作用。在特定的振動(dòng)條件下，振動(dòng)過程中滾輪離開地面的時(shí)間是一致的。在模擬實(shí)驗(yàn)中，只有當(dāng)滾輪離開地 面時(shí)，彈性系數(shù) 面的阻尼 系數(shù) 段時(shí)間的位移 8）得到，它的頻率特性可以通過傅立葉轉(zhuǎn)換得出。 該模擬系統(tǒng)中用到的各種不同的滾輪和地面的機(jī)械參數(shù)的組合如下： 圖 8表明： 模擬 的結(jié)果，用 就是說，它與地面的硬度 圖中數(shù)據(jù)易得出：盡管 機(jī)械參數(shù)對(duì)實(shí)意味著，地面的硬度并不能由 慮到不同類型和尺寸的振動(dòng)滾輪應(yīng)用于建筑 領(lǐng)域，該領(lǐng)域采用此方法是不充分的，因?yàn)?，?dāng)這種方法應(yīng)用于壓實(shí)領(lǐng)域時(shí)，每一個(gè)振動(dòng)滾輪都需要一個(gè)明確指定曲線，這樣就太麻煩了。 11 無單位指數(shù)頻率比 9)), 頻率比 筒 的 機(jī)械參數(shù) 產(chǎn)生的影響 ,圖 9 是 重新整理圖 8中的數(shù)據(jù)所得，頻率比 圖 9 表 明 雖然有一些 分 散 。這意味著， 此，頻率比能夠由測得的 為地面的阻尼系數(shù) 等式 (9)計(jì)算出來， 與各種尺寸滾輪的振動(dòng)作用的測量結(jié)果作對(duì)比 。 滾筒對(duì)地面的壓實(shí)作用可以通過滾筒與地面產(chǎn)生的接觸應(yīng)力來評(píng)價(jià)。這是因?yàn)樗饓毫υ诘孛嫔系膫鬟f，這在土壤壓實(shí)中起重要作用。當(dāng)滾筒徹底離開地表面又回到地表時(shí)，往往希望由撞擊地面產(chǎn)生很大的接觸力。接觸力通過等式（ 8）中的值獲得，它表達(dá)的是地面的反作用力。 12 因?yàn)榻佑|力由滾筒和地面的交互作用確定的。假如滾筒的振動(dòng)條件如操作頻率和動(dòng)態(tài)作用力通過地面硬度可調(diào)節(jié) ，那么被期望的有效牙實(shí)效果就會(huì)實(shí)現(xiàn)。地面硬度和接觸力的關(guān)系通過模擬結(jié)果進(jìn)行研究，同時(shí)滾輪振動(dòng)條件對(duì)該關(guān)系產(chǎn)生的作用在研究中被討論，研究發(fā)現(xiàn)最佳頻率能通過地面硬度決定，在最佳頻率時(shí)，滾輪對(duì)地面的作用力最大。 圖 10表明了 討論 的結(jié)果， 最佳頻率 與 地面硬 度 的 關(guān)系被繪制出來。在圖中，水平線中的地面硬度值被地面滾筒系統(tǒng)的共振頻率取代 [5]。 當(dāng)?shù)孛嬗捕戎?圖 9去確定壓實(shí)路面的最佳頻率是可能的，當(dāng)滾筒特定和用本論文中的方法測得地面硬度時(shí)，機(jī)器的機(jī)械特性系數(shù)也會(huì)知道。因此在“地面電氣控制工 程”領(lǐng)域中，振動(dòng)滾筒的最優(yōu)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)，也就是說，從滾筒的振動(dòng)特性中可以監(jiān)測出地面的硬度，并由測得的硬度值決定最佳頻率以最有效地對(duì)路面壓實(shí)。 4. 其他的研究 在技術(shù)領(lǐng)域還有一些別的研究，以下是一些這些研究的典型例子。 13 自動(dòng)機(jī)械控制 本研究的目標(biāo)是研究一種 裝載鏟的 自動(dòng)機(jī)械控制系統(tǒng) [6]。 在這系統(tǒng) ,已被挖掘出的 土壤外 部 形 這一信息會(huì)被一種 同時(shí)挖掘 鏟 被有效的控制以裝載土壤 。在研究中， 控制 程序的 算法 被檢 查 的同時(shí)， 它的可靠性 也通 過模型實(shí)驗(yàn) 被 證實(shí) 。 隧道鉆機(jī)器的 先進(jìn)控制 隧道鉆機(jī)器的前進(jìn)控制方法基于地面與機(jī)器的相互作用發(fā)展起來的 ,在日本 它被稱為盾形機(jī)械 [7]。在這系統(tǒng) ,推 力 及其動(dòng)量使機(jī)器沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的直線前進(jìn)，它們的值通過預(yù)測前進(jìn)中機(jī)器受到來自土壤作用力的方法確定，系統(tǒng)的適用性已經(jīng)在建筑施工領(lǐng)域的檢測。 5. 結(jié)束 “地面電氣控制工程 ” 技術(shù)領(lǐng)域的觀念，通過介紹一些在該領(lǐng)域有實(shí)際用途的研究被評(píng)論，除論文中提到的研究和技術(shù)之外還存在有很多。在建筑領(lǐng)域，智能化機(jī)械的發(fā)展是該技術(shù)領(lǐng)域被期望的貢獻(xiàn)。 14 參考文獻(xiàn) : [1] , , . 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