综合管廊预制混凝土内衬片安装6自由度机械臂设计和运动学建模研究

邵风行¹，杜海洋¹，杨哲辰²，张慧娟^2*

(1. 宁波市政工程建设集团股份有限公司，浙江 宁波 315000; 2. 浙大宁波理工学院，浙江 宁波 315100)

摘　要：　为替代人工以提高地下综合管廊预制混凝土内衬片施工安全性、改善恶劣施工环境并提高施工质量，针对综合管廊有限空间设计了一种基于液压驱动的预制混凝土内衬片安装6自由度机械臂。首先，分析了综合管廊预制混凝土内衬片的安装过程与要求，利用SolidWorks软件对6自由度机械臂进行三维建模。随后，通过D-H法建立运动学模型，推导了机械臂的运动学方程并进行逆运动学求解。接着，应用MATLAB/Robotics对机械臂的正运动学和逆运动学模型进行了仿真验证，并对6自由度机械臂的工作空间进行了分析。最后，使用机械臂样机进行验证。结果表明：该6自由度机械臂的结构设计可靠，运动学理论方程正确，满足综合管廊预制混凝土内衬片的安装要求。

关键词：　综合管廊; 预制混凝土内衬片; 6自由度机械臂; 运动学模型

基金项目： 宁波市重点研发计划(2023Z027);浙江省教育厅一般科研项目(Y202352293)

引文格式： 邵风行，杜海洋，杨哲辰，等. 综合管廊预制混凝土内衬片安装6自由度机械臂设计和运动学建模研究[J]. 市政技术，2025，43(11)：18-28，35. (SHAO F X，DU H Y，YANG Z C，et al. Research on design and kinematic modeling of 6-DOF manipulator for installing prefabricated concrete lining in the utility tunnels[J]. Journal of municipal technology，2025，43(11)：18-28，35.)