悬臂掘进机空间位姿偏差的拓扑结构分析与智能纠偏策略

本文主要探讨了悬臂式掘进机的构拓扑结构在空间位姿控制中的关键作用。悬臂式掘进机是一种特殊的采矿设备，其行走/支撑并联机构和回转并联机构/升降机构的设计对于保持工作精度至关重要。作者首先通过深入分析，构建了悬臂式掘进机在空间掘进过程中的行走、支撑、回转和升降等动作的数学模型，这些模型涵盖了仰俯角偏差、巷顶距偏差、横滚角偏差以及水平偏角偏差、水平偏距偏差和车前距偏差等关键参数。 在拓扑结构分析的基础上，利用空间机构结构学的正/逆解方法，研究人员运用MATLAB软件，能够计算出在特定几何参数条件下，机身动平台的实际空间位姿以及相应的可补偿范围。逆解则揭示了当机器达到可补偿的极限位姿偏差时，所需的可调几何结构参数是否符合工程设计标准。实验结果显示，通过调整前铲板和后支撑液压油缸的驱动量，可以有效地补偿机身的最大仰角偏差（26.731°）和俯角偏差（27.468°），以及最大巷顶距偏差（20.2537mm）。此外，通过实时动态调整截割臂的姿态，能够精确补偿机身的最大水平偏角偏差（36.067º）。 本文的贡献在于首次提出了一个全面的悬臂式掘进机机身空间位姿偏差数学模型，这为智能化悬臂式掘进机的实时动态纠偏提供了实用的策略和理论支持。该模型的应用将有助于提高掘进机的工作效率，减少因位姿偏差导致的潜在风险，并为优化掘进机的设计和操作提供了科学依据。通过结合拓扑结构分析与实际操作实践，本文的研究成果对于提升整个行业的技术水平具有重要意义。