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作者：马宏伟;王赛赛;王川伟;薛力猛;张恒;孙思雅;
单位：西安科技大学机械工程学院;陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室;西安科技大学电气与控制工程学院;
摘要：针对掘进机在直墙拱形巷道掘进过程中存在定位难、截割效率低、成形质量差等问题，提出一种短横轴截割机器人及其自动成形控制方法。首先设计了串联式短横轴截割机器人结构，构建了短横轴截割机器人运动学模型，建立了截割臂升降油缸、滑移油缸及回转油缸伸缩量与截割头末端位姿的数学关系，提出了短横轴截割机器人直墙拱形巷道自动成形控制方法；其次研究分析了短横轴截割机器人截割头包络空间与直墙半圆拱形巷道空间耦合关系，确定了截割过程中截割轨迹关键点位置，提出了基于截割轨迹关键点的“弓”型截割轨迹规划方法；然后根据建立的短横轴截割机器人运动学模型，求解截割头在跟踪截割轨迹的过程中运动控制量和截割、修帮、扫底3个任务各个关节控制时序；最后以模糊PID为例，建立了短横轴截割机器人自动成形控制方法，利用Adams软件对短横轴截割机器人进行截割运动仿真试验。结果表明：利用“弓”型截割轨迹规划方法能够完成直墙拱形巷道的截割轨迹规划，控制截割头对截割轨道进行跟踪控制，实现了直墙拱形巷道断面的自动成形截割，截割成形的巷道最大欠挖量为48 mm,最大超挖量为21 mm,满足煤矿巷道成形质量要求。研究得出短横轴截割机器人可在沿巷道中线不左右移机的情况下，高效率、高质量地完成直墙拱形巷道断面自动成形截割任务。
关键词：定形截割;;截割机器人;;拱形巷道;;轨迹规划;;模糊PID控制
基金资助：国家自然科学基金项目(51975468);; 国家重点研发计划项目(2023YFC2907603);; 陕西省自然科学基础研究计划项目(2023-JC-YB-331)
