基于WOA-FOPID算法的鉆錨機器人機械臂運動控制研究

張 君

(1.太原理工大學 機械與運載工程學院，山西 太原 030024；2.寧夏天地奔牛實業集團有限公司，寧夏 石嘴山 753001)

0 引 言

錨桿鉆機是現代化礦井巷道支護過程中高效、安全的自動化設備，極大地緩解了掘錨失調的問題。據統計我國國有重點煤礦掘進進尺5 000 km，錨桿支護比重占21%，相較發達國家,我國錨桿支護導致冒頂事故多，主要原因是現有支護作業中依然需要靠人工來完成拆、裝鉆桿/錨桿，緊固錨桿等工序動作，故存在很大的危險。國家煤礦安全監察局2019年發布的《煤礦機器人重點研發目錄》[1-3]要求大力研發采煤、掘進、運輸、安控、救援等應用煤礦機器人。《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》明確指出研制鉆錨支護機器人是解決巷道掘支速度慢、勞動強度大等的關鍵問題的有效途徑。

在煤礦智能化核心技術[4-5]和巷道支護理論[6-9]的指導下，利用鉆錨機械臂替代傳統人工完成鉆架的空間定位是井下自動支護作業[10-11]的關鍵。其中機械臂的控制效果直接影響著自動鉆架的定位準確性和快速性。目前，機械臂通常采用電-液比例控制系統實現井下空間定位，不僅成本低且具有較好的控制效果。為進一步提高定位精度和速度，眾多學者和相關科研人員開展了鉆錨機械臂的獨立關節控制方法及效果的研究。

比例積分微分控制PID的控制原理簡單、魯棒性和實用性強[12-14]，在煤礦機械控制系統中得到了廣泛應用，但隨著現在的巷道的掘進速度和采煤量的……