悬臂式掘进机空间位姿的运动学模型与仿真

作者

田劼王苏彧穆晶吴淼
单位

中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院
摘要

为实现掘进断面自动截割成形控制,达到无人采掘装备自主巡航目标,研究了悬臂式掘进机空间位姿运动学模型并进行了仿真。将悬臂式掘进机的机械机构简化为一系列平移或旋转关节串联而成的运动链,建立了掘进机空间位姿坐标体系;利用齐次坐标变换和机器人运动学相关理论建立了掘进机机身位姿和截割头相对于大地坐标系的空间位姿矩阵。采用D-H法求解了正向运动学问题即截割头空间位姿精确定位;采用代数法分析研究了逆向运动学问题即截割头轨迹规划及控制的数学模型。以EBZ200机型为例,实验仿真了类S形自下而上矩形截割断面工艺路径,并进行了现场多组试验。试验结果表明:设定巷道断面4 500 mm×4 000 mm,两帮综合最大误差为65mm,相对控制最大误差为1.4%,达到煤巷断面质量精度要求,且重复精度高、无累计偏差。
关键词

悬臂式掘进机空间位姿坐标体系截割头轨迹规划
基金项目(Foundation)

国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2014CB046306)；国家自然科学基金青年基金资助项目(51404276)；中央高校业务基金资助项目(2014QJ01)；
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