科创中国

随着煤炭智能化综采工作面的快速发展，对发展相对滞后的掘进智能化提出了更高的要求，然而由于掘进作业受限于空间狭小、工艺复杂、顶板冒落风险大等特殊条件，传统的掘进机和锚杆机等装备对作业人员依赖程度高，不能实现掘支无人化。在掘锚护环节，针对传统两轴作业方式在灵活性和智能化方面无法满足快速掘进需求，基于逆运动学理论对掘锚一体化作业进行了系统性研究。首先，在掘锚一体化作业方面，提出了一种基于EBZ230悬臂式掘进机，由锚钻平台和小臂机器人协同作业的掘锚机器人群的整体架构，达到替代人工作业的目的，实现了掘进和锚护作业的一体化；其次，通过锚钻平台对小臂机器人末端位置约束，构建了操作小臂机器人的逆运行学方程，提出了在准确达到钻孔所需末端位姿的同时避开空间范围内障碍物的方法，利用生成的小臂机器人各关节在空间内无碰撞的运动路径，验证了小臂机器人末端位姿的准确程度和重复定位的精确程度。最后，在机器人群协同作业方面，给出了小臂机器人回收、伸展姿态的空间位置关系、小臂机器人控制策略以及各关节作业范围，验证了六轴式小臂机器人与掘锚各工序协同作业的可行性。与传统掘进和锚护单体装备相比，掘锚一体化机器人具有自动化程度高、作业精度高和适应性强等特点，是无人掘进作业的重要发展方向。