悬臂式掘进机空间位姿建模与轨迹控制仿真

"本文主要探讨了悬臂式掘进机的空间位姿运动学模型及其仿真技术，旨在实现自动截割成形控制，以达到无人采掘装备的自主巡航目标。研究内容包括建立掘进机的空间位姿坐标体系，通过齐次坐标变换和机器人运动学原理确定机身位姿和截割头在大地坐标系中的位置。利用D-H方法解决正向运动学问题，即精确定位截割头的空间位姿，并采用代数法研究逆向运动学问题，涉及截割头的轨迹规划和控制。通过对EBZ200机型的实验仿真，验证了类S形自下而上的矩形截割工艺路径，现场试验结果显示，巷道断面尺寸控制精度高，最大误差仅为1.4%，具有高重复精度且无累计偏差，满足煤巷断面质量要求。该研究为悬臂式掘进机的智能化控制提供了理论基础和技术支持。" 本文是关于行业研究的一篇文章，发表在2015年的《煤炭学报》上，作者通过简化悬臂式掘进机的机械结构为一系列平移和旋转关节，构建了其空间位姿模型。首先，他们建立了掘进机的坐标系统，包括机身位姿和截割头相对于固定大地坐标系的位姿矩阵。接着，应用D-H参数法解决了正向运动学问题，这是一种用于确定机器人末端执行器在空间中位置和方向的方法。这使得截割头能够精确定位到所需的工作位置。 然后，通过代数法，作者研究了逆向运动学问题，即如何根据预设的截割轨迹规划控制输入。逆向运动学涉及到从目标位置和姿态反推各关节的角度变化，以便实现截割头的精确运动。在EBZ200型号掘进机上进行的仿真和现场试验，验证了该模型的有效性。在设定的4500mm x 4000mm巷道断面上，截割误差最大仅为65mm，相对控制误差1.4%，表现出极高的精度和重复性。 这项工作对于提升悬臂式掘进机的自动化水平，以及实现无人采矿作业有重要意义。通过精确的运动学模型和控制策略，可以减少人为操作的难度和风险，提高采矿效率，同时保证了巷道的施工质量。该研究对于推动煤炭行业的科技进步，尤其是智能采矿技术的发展，具有重要的参考价值。