基于机构拓扑结构的悬臂式掘进机空间位姿偏差分析

方立霞^1,2，王彤²，李一鸣³，吴淼¹

1. 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院2. 中国矿业大学银川学院信息工程学院3. 北京信息科技大学机电工程学院

摘 要：基于悬臂式掘进机机械结构的拓扑结构分析,分别对悬臂式掘进机行走/支撑并联机构在空间掘进工作平面/滚动平面内可补偿的仰俯角偏差、巷顶距偏差、横滚角偏差,以及其回转并联机构/升降机构在空间掘进水平面内可补偿的水平偏角偏差、水平偏距偏差、车前距偏差进行深入研究分析,建立悬臂式掘进机机身空间全方位位姿偏差数学模型。应用空间机构结构学正/逆解求解思想,利用MATLAB及正解求解出已知各结构回路几何参量状态时,机身动平台的空间瞬时位姿偏差信息及可补偿空间位姿偏差的范围;逆解求出机身处于可补偿空间极限位姿偏差状态时,对应悬臂式掘进机的可调几何结构参量均满足工程设计要求。分析结果表明:通过调节前铲板/后支撑液压油缸驱动量,可实现补偿机身最大仰角偏差26.731°,最大俯角偏差27.468°,可补偿最大巷顶距偏差20.253 7 mm;同时,通过实时动态调整截割臂的截割姿态,可实现补偿机身最大水平偏角偏差36.067°。实验结果同样也验证了结论的正确性、可实施性与高效性。基于拓扑结构分析得到的掘进机机身空间位姿偏差数学模型可为实施智能化悬臂式掘进机实时动态精准纠偏提供有效思路和依据。

关键词：悬臂式掘进机;拓扑结构分析;空间并联机构;空间位姿偏差;位姿偏差数学模型;