沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)與研究

董奇峰，紀(jì)曉宇，2，劉修成，3，程雪聰，4，孟林園

(1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢 430040；2.長(zhǎng)大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430040；3.交通運(yùn)輸行業(yè)交通基礎(chǔ)設(shè)施智能制造技術(shù)研發(fā)中心，湖北武漢 430040；4.中交公路長(zhǎng)大橋建設(shè)國(guó)家工程研究中心有限公司，湖北武漢 430040；5.燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北秦皇島 066004)

0 前言

沉井基礎(chǔ)具有整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、承載能力大、對(duì)鄰近建筑物影響程度較小等優(yōu)點(diǎn)，且自身在施工下沉過(guò)程中能夠擋土、擋水，既無(wú)需設(shè)置其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)物，又能簡(jiǎn)化施工，因此廣泛應(yīng)用于錨碇、橋塔、地鐵以及房屋建造等領(lǐng)域[1]。沉井基礎(chǔ)在施工過(guò)程中，需要不斷地對(duì)井內(nèi)的土層進(jìn)行取土作業(yè)，從而減小井壁與土層之間的摩擦阻力，使之順利下沉。因此，采用合理的取土設(shè)備對(duì)沉井基礎(chǔ)施工進(jìn)度和效率有著重要影響。

傳統(tǒng)沉井基礎(chǔ)施工常采用空氣吸泥機(jī)搭配抓斗等設(shè)備進(jìn)行取土作業(yè)，該類(lèi)設(shè)備組合僅對(duì)流動(dòng)性較好的砂石土層有著較高效率的取土效果，對(duì)硬質(zhì)地層則表現(xiàn)不佳，常出現(xiàn)無(wú)法吸泥的情況。同時(shí)，傳統(tǒng)施工設(shè)備還存在著智能化程度低、刃腳盲區(qū)無(wú)法覆蓋取土等缺點(diǎn)，大大影響了沉井基礎(chǔ)沉降的施工效率。針對(duì)上述問(wèn)題，眾多研究者研發(fā)了不同類(lèi)型的取土工程裝備。周倩等人[2]針對(duì)大直徑豎井工程需求研發(fā)了沉井掘進(jìn)機(jī)，該設(shè)備通過(guò)工作臂可控制銑挖頭進(jìn)行沉井刃腳盲區(qū)位置的銑挖作業(yè)，以實(shí)現(xiàn)沉井全斷面覆蓋開(kāi)挖的目的；荊國(guó)業(yè)等[3]為實(shí)現(xiàn)礦用沉井施工的少人化和無(wú)人化研發(fā)了全斷面豎井掘進(jìn)機(jī)，該設(shè)備通過(guò)支撐架在地面吊住主機(jī)，通過(guò)鉆頭實(shí)現(xiàn)主機(jī)的破巖和掘進(jìn)，通過(guò)先導(dǎo)孔實(shí)現(xiàn)松土的排渣，具有機(jī)械化程度高、無(wú)需爆破、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，填補(bǔ)了我國(guó)該領(lǐng)域施工設(shè)備的空白；李軍堂[4]針對(duì)滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋深水大截面沉井基礎(chǔ)施工需求研發(fā)了絞吸式吸泥機(jī)，該設(shè)備采用多臺(tái)空壓機(jī)集中供氣，通過(guò)破土裝置進(jìn)行松土，通過(guò)吸泥裝置進(jìn)行出渣，有效提高了取土效率。

綜上所述，取土設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式、適用性能都決定了沉井基礎(chǔ)的施工效率和施工效果，而沉井刃腳盲區(qū)、施工土層的迥異則對(duì)取土設(shè)備的靈活性和適應(yīng)性提出了較高要求。因此，設(shè)計(jì)一款能夠滿(mǎn)足沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)需求、同時(shí)保證施工效率和效果的特種裝備具有重要的工程意義。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合施工需求，充分考慮取土設(shè)備的靈活性和適應(yīng)性，本文作者設(shè)計(jì)了適用于沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)的特種工程機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，為全液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人。其中，支腿、導(dǎo)向輪、吊耳、泵站集成于平臺(tái)上，組成了機(jī)器人的上部結(jié)構(gòu)；回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)、立柱、擺幅液壓缸、伸縮臂、銑挖頭則組成了以上部結(jié)構(gòu)為固定基座的三自由度機(jī)械臂，作為機(jī)器人的下部結(jié)構(gòu)。

圖1 沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)主要搭載了機(jī)器人的輔助功能：吊耳下部與平臺(tái)焊接連接、上部與沉井上部的卷?yè)P(yáng)機(jī)掛鉤連接，可通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)將機(jī)器人整機(jī)下放至沉井指定施工位置；支腿套裝于平臺(tái)中，通過(guò)液壓缸完成在平臺(tái)上的伸出和縮回動(dòng)作，當(dāng)機(jī)器人下放至指定位置后，支腿伸出直至抵住沉井井壁，將機(jī)器人整機(jī)固定于該位置，作為機(jī)器人后續(xù)取土施工的支撐點(diǎn)；導(dǎo)向輪焊接于平臺(tái)上，主要用于防止機(jī)器人在卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝下放過(guò)程中與井壁產(chǎn)生大面積的直接碰撞；泵站與平臺(tái)螺栓連接，主要用于為機(jī)器人所有液壓執(zhí)行元件提供動(dòng)力。

下部結(jié)構(gòu)主要搭載了機(jī)器人取土作業(yè)功能：以上部結(jié)構(gòu)為固定基座，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)上部機(jī)座部分固接于平臺(tái)，下部轉(zhuǎn)子部分固接于立柱，構(gòu)成了機(jī)械臂的第一個(gè)關(guān)節(jié)，為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；立柱與伸縮臂鉸接連接，通過(guò)擺幅液壓缸驅(qū)動(dòng)伸縮臂繞鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)成了機(jī)械臂的第二個(gè)關(guān)節(jié)，為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；伸縮臂為伸縮機(jī)構(gòu)，通過(guò)內(nèi)置伸縮液壓缸驅(qū)動(dòng)，構(gòu)成了機(jī)械臂的第三個(gè)關(guān)節(jié)，為移動(dòng)關(guān)節(jié)；銑挖頭固接于伸縮臂末端，主要用于土層開(kāi)挖。一方面，銑挖頭能夠應(yīng)對(duì)絕大多數(shù)地層的銑挖要求[5]，滿(mǎn)足了沉井基礎(chǔ)取土施工對(duì)破土工具的適應(yīng)性要求；另一方面，三自由度機(jī)械臂能夠靈活地將銑挖頭伸至包括刃腳盲區(qū)在內(nèi)的任何所需銑挖點(diǎn)位，滿(mǎn)足了沉井基礎(chǔ)取土施工對(duì)設(shè)備的靈活性要求。

1.2 關(guān)鍵部件靜力學(xué)分析

機(jī)械臂作為沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人的主要工作部件，其結(jié)構(gòu)的合理性至關(guān)重要。相較于立柱，伸縮臂作為長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)，在取土作業(yè)中主要作為承載和定位關(guān)節(jié)，其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度分析極其重要。因此，為保證機(jī)械臂正常工作，對(duì)伸縮臂進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析。當(dāng)伸縮臂處于完全伸長(zhǎng)、對(duì)土層進(jìn)行豎向銑挖時(shí)為極限受力狀態(tài)，對(duì)此狀態(tài)下的伸縮臂進(jìn)行受力分析。

在SolidWorks中建立伸縮臂模型，并根據(jù)實(shí)際情況為模型添加材料屬性：伸縮臂主體結(jié)構(gòu)材料為Q345鋼，耐磨滑板為錫磷青銅。使用軟件中Simulation模塊對(duì)伸縮臂進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析[6]，分析過(guò)程及結(jié)果如圖2所示。

圖2 伸縮臂結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析

(1)添加約束。在伸縮臂與立柱、擺幅液壓缸鉸接位置添加鉸接約束。

(2)施加載荷。添加豎直向下的引力G，重力加速度大小設(shè)置為9.8 m/s2；添加豎直向下的作業(yè)載荷F，大小設(shè)置為30 000 N。

(3)劃分網(wǎng)格。采用基于曲率的網(wǎng)格，設(shè)置高網(wǎng)格品質(zhì)，劃分結(jié)果為節(jié)點(diǎn)總數(shù)522 737個(gè)，單元總數(shù)284 680個(gè)。

(4)對(duì)上述模型進(jìn)行解算。

由分析結(jié)果可知：伸縮臂在極限工況下最大應(yīng)力值為174.729 MPa，遠(yuǎn)小于伸縮臂材料的屈服極限，安全系數(shù)接近2，強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；最大變形量為7.537 mm，小于伸縮臂最大臂長(zhǎng)的1/500，剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

銑挖頭的作業(yè)位置由機(jī)械臂所有關(guān)節(jié)的位移量共同決定，而各關(guān)節(jié)位移量則由對(duì)應(yīng)的液壓驅(qū)動(dòng)元件的位移量所決定[7-8]。因此，針對(duì)沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。

簡(jiǎn)化沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型結(jié)構(gòu)，根據(jù)D-H法建立其坐標(biāo)系[9]，如圖3所示。圖中，O0-X0Y0Z0坐標(biāo)系為基坐標(biāo)系，原點(diǎn)位于立柱上平面與回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的交點(diǎn)，Y0軸垂直于紙面向里；O1-X1Y1Z1為關(guān)節(jié)1坐標(biāo)系，原點(diǎn)位于Z0軸d1處，Y1軸垂直于紙面向里，關(guān)節(jié)變量為θ1；O2-X2Y2Z2為關(guān)節(jié)2坐標(biāo)系，原點(diǎn)位于立柱和伸縮臂鉸接點(diǎn)，同時(shí)位于X1軸a1處，Z2軸垂直于紙面向外，關(guān)節(jié)變量為θ2；O3-X3Y3Z3為關(guān)節(jié)3坐標(biāo)系，與工具坐標(biāo)系重疊，原點(diǎn)位于銑挖頭旋轉(zhuǎn)軸中心，Y3軸垂直于紙面向外，關(guān)節(jié)變量為d3；點(diǎn)A為擺幅液壓缸與伸縮臂鉸接點(diǎn)，點(diǎn)B為Z3軸與X2軸交點(diǎn)且位于X2軸a2處，點(diǎn)C為擺幅液壓缸與立柱鉸接點(diǎn)。

圖3 沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人D-H坐標(biāo)系

(1)

(2)

沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人D-H參數(shù)如表1所示。

表1 沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人D-H參數(shù)

(5)

(6)

式中：c1=cosθ1，s1=sinθ1，c2=cosθ2，s2=sinθ2。

將銑挖頭旋轉(zhuǎn)軸中心表示為向量[X，Y，Z，ξ]T形式，可得其位姿：

(7)

式中：X、Y、Z為位置坐標(biāo)；ξ為姿態(tài)角。

則式(7)為機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，下面求解機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。由于沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，因此采用幾何法進(jìn)行求解。

由空間幾何關(guān)系，可得：

θ1=Atan2(Y，X)

(8)

由式(7)可得：

θ2=ξ-θ1

(9)

由圖3可知，在△O3EB和△O2DB中存在如下幾何關(guān)系：

(10)

式中：DE=Z-d1，sin∠BO3E=cosθ2，sin∠DO2B=sinθ2，O2B=a2，O3B=d3。

聯(lián)立式(8)—(10)可得：

(11)

則式(11)為機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。下面求解機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器位移與關(guān)節(jié)位移之間的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

設(shè)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)初始值為0，位移為α1，由回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)關(guān)系可得：

α1=iθ1

(12)

式中：i為回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)比且i=108。

圖3中，由余弦定理可知，在△AO2C中，有

(13)

式中：AO2=650 mm，CO2=1 200.5 mm。

另，由幾何關(guān)系可得：

(14)

式中：L2為擺幅液壓缸原長(zhǎng)且L2=930 mm；λ2為擺幅液壓缸位移；∠AO2B=94 °。

由于伸縮臂為移動(dòng)關(guān)節(jié)，因此有

d3=L3+λ3

(15)

式中：L3為伸縮臂原長(zhǎng)且L3=3 855 mm；λ3為伸縮液壓缸位移。

聯(lián)立式(12)—(15)可得：

(16)

則式(16)為機(jī)器人關(guān)節(jié)空間到驅(qū)動(dòng)空間的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

3 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

3.1 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可知，銑挖頭的運(yùn)動(dòng)可分解為各關(guān)節(jié)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，而各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)則取決于對(duì)應(yīng)液壓驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)，因此關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析至關(guān)重要[10]。

針對(duì)沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)和作業(yè)特點(diǎn)，其液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)考慮閥控系統(tǒng)。在需要做閉環(huán)控制系統(tǒng)的前提下，采用電液比例閥對(duì)液壓執(zhí)行器進(jìn)行控制相較于采用伺服閥控制具有抗污能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，且控制性能基本能滿(mǎn)足工程機(jī)器人的控制需求[11]，故使用電液比例閥作為機(jī)器人關(guān)節(jié)液壓驅(qū)動(dòng)器的控制元件。就沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人而言，其關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)可視為電液比例位置控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器控制系統(tǒng)輸入信號(hào)來(lái)自于關(guān)節(jié)位姿的運(yùn)動(dòng)需求，而輸出位移同樣又作用于關(guān)節(jié)位姿。在該系統(tǒng)中，關(guān)節(jié)1驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)為閥控馬達(dá)系統(tǒng)，檢測(cè)反饋元件為角度傳感器，主要用于檢測(cè)和反饋液壓馬達(dá)實(shí)際輸出角度；關(guān)節(jié)2和關(guān)節(jié)3為閥控非對(duì)稱(chēng)缸系統(tǒng)，檢測(cè)反饋元件為位移傳感器，主要用于檢測(cè)和反饋擺幅液壓缸和伸縮液壓缸實(shí)際輸出位移。

圖4 電液比例位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在電液比例位置控制系統(tǒng)中，控制器以消除偏差為目標(biāo)，根據(jù)系統(tǒng)給定輸入和實(shí)際輸出的偏差進(jìn)行邏輯運(yùn)算，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行校正，用以改善系統(tǒng)的控制特性，因此控制器的選用和設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用表現(xiàn)有著重要影響。PID控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、可靠性高、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)[12-14]，因此被廣泛應(yīng)用于工程控制系統(tǒng)當(dāng)中，其原理結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5中，e(t)=y(t)-r(t)，為系統(tǒng)偏差；u(t)為控制器控制量；KP、KI、KD分別為控制器比例、積分、微分系數(shù)。

圖5 PID控制結(jié)構(gòu)

其中，PID控制輸入與輸出關(guān)系為

(17)

式中：TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。

通過(guò)選取合理的參數(shù)，PID控制器能夠?qū)^大多數(shù)機(jī)電控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性起到有效的改善作用，因此初步擬定采用PID控制器對(duì)沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行校正。

3.2 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)位置控制系統(tǒng)仿真分析

在AMESim環(huán)境下建立機(jī)器人各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵元件仿真模型，如圖6所示，仿真參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 仿真模型元件參數(shù)

圖6 機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)仿真模型

依次對(duì)各關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。為驗(yàn)證PID控制器的有效性，分別對(duì)各關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)校正前和校正后的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行對(duì)比分析。考慮到機(jī)器人作業(yè)的安全性，以系統(tǒng)不超調(diào)為原則進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定[15]，各關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)如圖7所示。

圖7 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)階躍響應(yīng)

關(guān)節(jié)1驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定結(jié)果為KP1=12.3，KI1=0.013，KD1=0，由圖7(a)可知：系統(tǒng)校正前調(diào)整時(shí)間為32.71 s，校正后調(diào)整時(shí)間縮短至1.59 s，提升了95.1%；關(guān)節(jié)2驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定結(jié)果為KP2=11.8，KI2=0.012，KD2=0，由圖7(b)可知：系統(tǒng)校正前調(diào)整時(shí)間為18.93 s，校正后調(diào)整時(shí)間縮短至1.66 s，提升了91.2%；關(guān)節(jié)3驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定結(jié)果為KP3=11.9，KI3=0.012，KD3=0，由圖7(c)可知：系統(tǒng)校正前調(diào)整時(shí)間為12.59 s，校正后調(diào)整時(shí)間縮短至1.11 s，提升了91.2%。由此可見(jiàn)，PID控制器極大地提升了機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，有效改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

4 試驗(yàn)分析

基于上述分析，研制了沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人。為驗(yàn)證機(jī)器人使用性能，在常泰長(zhǎng)江大橋進(jìn)行試驗(yàn)，如圖8所示。機(jī)器人使用性能測(cè)試主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性、電液控制系統(tǒng)的精確性以及取土作業(yè)的可行性。

圖8 沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人樣機(jī)

經(jīng)過(guò)一輪完整的取土作業(yè)試驗(yàn)后，各處機(jī)械結(jié)構(gòu)未有明顯變形和破損，證明了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性。作業(yè)過(guò)程中，后臺(tái)工控機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示：關(guān)節(jié)1控制精度在1°以?xún)?nèi)，關(guān)節(jié)2和關(guān)節(jié)3控制精度在10 mm以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足機(jī)器人控制需求。完成一個(gè)工位的取土作業(yè)并同步使用泥漿泵排渣后，通過(guò)三維聲吶技術(shù)進(jìn)行沉井底部取土作業(yè)面的掃描檢測(cè)，成像效果如圖9所示。檢測(cè)結(jié)果表明，包括沉井刃腳盲區(qū)在內(nèi)的作業(yè)位置土層均已脫空，證明了機(jī)器人取土作業(yè)的可行性。

圖9 掃描成像效果

5 結(jié)論

面向沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)需求，本文作者設(shè)計(jì)了一款集機(jī)、電、液技術(shù)于一體的沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人，通過(guò)理論計(jì)算、仿真分析以及試驗(yàn)驗(yàn)證的方法對(duì)其進(jìn)行研究。

(1)基于SolidWorks/Simulation對(duì)沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人伸縮臂進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，分析結(jié)果表明：極限工況下伸縮臂最大應(yīng)力為174.729 MPa，最大變形為7.537 mm，強(qiáng)度和剛度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

(2)通過(guò)理論計(jì)算對(duì)沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，基于D-H法和幾何法得到執(zhí)行器位姿與各關(guān)節(jié)角之間的關(guān)系，進(jìn)而得到與3個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)器之間的函數(shù)關(guān)系。

(3)基于AMESim對(duì)沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果表明：經(jīng)PID控制器校正后，各關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)響應(yīng)速度分別提升了95.1%、91.2%、91.2%，證明了PID控制器的有效性。

(4)對(duì)沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人進(jìn)行試驗(yàn)分析，試驗(yàn)結(jié)果表明：沉井基礎(chǔ)取土作業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠，控制系統(tǒng)精度滿(mǎn)足使用要求，取土范圍滿(mǎn)足施工需求，證明了機(jī)器人設(shè)計(jì)的合理性以及工程應(yīng)用的可行性。