掘进机器人位姿测控系统的研究

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1、致谢两年半的时光仿佛一瞬，在此论文完成之际，我要真心感谢我的导师毛君教授。他渊博的知识、严谨的教风、真诚热情的为人始终影响和激励着我。论文从最初的方案确定到一步步的材料撰写，反复的润色、修改，到最后的成稿，无不凝聚着老师的指导和关怀，正是由于老师的热忱鼓励和无私指导，我的毕业论文才得以顺利完成，谢谢毛老师。感谢我的师姐谢苗博士、师兄陈洪月博士和卢进南博士，他们在科研项目和撰写论文等工作压力较大的情况下，仍抽出时间在学术上对我进行指导，帮助我理清论文的思路和研究方法，对我的论文提出了许多宝贵的意见和建议，在此感谢他们对

2、我的帮助，也祝他们早日顺利毕业。感谢我的同门师兄弟们，尤其是实验室的兄弟姐妹们，项目中每一个问题的探讨、争论都见证着我的点滴进步，你们的陪伴，使我研究生期间充满了温暖，你我的友情将是我毕生的精神财富，感谢你们。在论文的撰写过程中，有许多优秀的技术方案、新颖的方法，这都是诸多学者学术思想的结晶，论文的完成与他们无私的分享密不可分，在此对他们表示衷心的感谢。摘要掘进机的智能化是近年来巷道掘进领域的研究热点。所谓掘进机的智能化控制，是指对掘进机的智能行走控制、仿形截割控制、恒功率控制、工作状态智能感知控制等。本论文重点进行

3、了巷道掘进机位姿参数的控制研究。首先，介绍了对掘进机进行位姿监测的目的和意义，指出了智能掘进机对位姿参数精确控制的要求。分析了目前国内外对移动机器人（包括智能掘进机）的定位方法，指出了其存在的不足。其次，进行了掘进机的运动学研究，包括机身运动学和掘进机器人多关节运动学，进行了其机身位姿的定义，得到了机身相对于巷道基准、截割头中心点相对于机身坐标系的坐标，并最终得到由截割头中心坐标换算到巷道基准坐标的方法。然后，针对掘进机的工作过程和不同工况，分析了掘进过程的截割工艺，提出了针对位姿和仿形截割的“可控区域”的概念，得出

4、了“可控区域”的数学模型。最后，设计了掘进机位姿参数的测控系统，分析了不在“可控区域”下的掘进机机身调整的策略，并计算了通过各个油缸和马达调整位姿的方法。本文设计了掘进机位姿参数的测量装置，分析了其调整位姿参数的工作原理和方法，提出了掘进机智能截割的“可控区域”，设计了位姿参数的控制系统，该套系统具有适应性强、可靠性高、操作简便等优点，可以掘进机的智能行走和后续全自动掘进提供基础。关键词：掘进机；位姿监测；可控区域；调政策略-I-AbstractInrecentyearstheintelligentroadheade

5、risaresearchfocusinthefieldofroadwaytunneling.Theso-calledintelligentcontrolofroadheaderreferstotheintelligentcontrolofwalking，profilingcutting,constantpowercontrol,perceptionoftheworkstateandsoon.Thispaperlaysemphasisontheresearchoftheintelligentcontrolsystemo

6、nroadheaderposeandpositionparameters.Firstofall,thepurposeandmeaningofroadheaderposemonitoringisintroduced,pointingoutthataccuratealignmentcontroloftheposeparametersisrequiredfortheroboticroadheader.Theanalysisoforientationmethodformobilerobotsdomesticandabroad

7、(includingintelligenceroadheader)wasmade,andthedeficiencywaspointedout.Secondly,thekinematicsoftheroadheaderresearchwasmade,includingthekinematicsandexcavationmulti-jointrobotkinematics,thecontrolledareaofthefuselageposewasdefined,therelativebetweenthefuselagea

8、ndthecuttingheadwasgot，relativetothecenterofthecoordinatesofthecoordinatesystem,andfinallygetsthemethodofmakingcoordinateconversionbycuttingheadcenterandthecoordinatesystems