煤矸石分揀機器人動態目標穩定抓取軌跡規劃

馬宏偉，孫那新，張燁，王鵬，曹現剛，夏晶

（1.西安科技大學 機械工程學院，陜西 西安 710054；2.陜西省礦山機電裝備智能監測重點實驗室，陜西 西安 710054）

0 引言

煤和矸石分離是煤炭清潔能源生產和利用必不可少的工序[1]。依靠人工完成煤矸石分揀工作存在效率低、勞動強度大等問題[2-3]。機器人、人工智能、計算機等技術為煤礦智能化提供了新的契機[4-5]。利用機器替人分揀煤矸石可降低勞動成本，提高分揀效率。目前，利用機器人進行動態目標跟蹤抓取以點到點（Point to Point，PTP）[6]、比例導引[7]、金字塔尋優[8]等方法為主，這些方法能夠快速跟蹤運動目標并對其進行抓取，在機械臂末端達到抓取點時只需確保位置精度，無需速度同步。但是對于機器人分揀煤矸石來講，矸石隨帶式輸送機運動具有高速度特性，且矸石平均質量大，如果機械臂末端在抓取時只要求位置同步而對速度不做要求，則會因目標和機械臂末端之間速度差產生載荷沖擊，嚴重時會造成機械臂末端損壞，降低機器人安全性和可靠性。同時，帶式輸送機在運輸過程中存在打滑和跑偏問題，這對矸石定位提出了更高要求[9-11]。因此，研究一種適應大質量、高速度的精確跟蹤方法是目前機械臂末端精確穩定抓取矸石的關鍵所在。

目標定位和軌跡規劃對機器人的工作效率、運動穩定性和能量消耗具有重大影響，是機器人運動控制的基礎[12]。許多學者對分揀機器人在高速高頻作業時跟蹤動態目標的運動軌跡和運動規律進行了研究?！?br>