機器人化鉆錨車鉆臂工作空間分析及軌跡規劃

(中國礦業大學(北京)機電與信息工程學院，北京，100083)

煤炭是我國的主體能源，隨著淺層煤層的枯竭，礦井正逐年向深部煤層延伸，而深層煤炭開采危險系數高[1-5]，嚴重威脅井下工人的人身安全，研究表明，煤礦巷道頂板事故是造成人員傷亡最嚴重的災害之一[6]。錨桿機是煤礦巷道支護關鍵設備，主要分為單體錨桿鉆機、機載錨桿鉆機和錨桿鉆車。其中，單體錨桿機及配套設備應用最廣泛[7-8]，掘進機機載錨桿鉆機應用較多[9]，但這2種裝備操作復雜，人員操作危險性大，與掘進機配套串行作業容易引起掘錨失衡問題。近年來，我國引進并研發了較先進的錨桿鉆車，如阿特拉斯科普柯Boltec S錨桿臺車，雖可以實現高效率完全機械化錨固作業，但并不能與巷道掘進設備配套使用；我國自主研發CMM10-30型十臂錨桿鉆車[10]，與掘錨機或連續采煤機等配套組成巷道快速掘進成套裝備，但僅適用于頂板較好且允許一定空頂的巷道[11]。因此，缺少一種可以實現掘支錨并行作業、與掘進機配套的且適用于我國深部煤層巷道環境的錨桿鉆車。目前，相關研究人員對錨桿鉆機的運動學特性進行了大量研究，并取得一定的成果。文國臣等[12]對錨桿鉆機變幅機構運動學特性進行研究，通過建立錨桿鉆機變幅機構的正向運動學模型，求解并仿真驗證了其有效工作空間。岳立新等[13]對錨桿鉆機分段運動的控制方法進行研究，通過錨桿鉆機正向運動學方程得到各關節運動角度的控制模型，從而確定錨桿鉆機在不同巷道高度條件下的工作范圍。……