三自由度架管机机械臂动力学特性分析

陈 星，邓海顺，鲍 帅，王开松

(1.安徽理工大学 机械工程学院，安徽 淮南 232001；2.矿山智能技术与装备省部共建协同创新中心，安徽 淮南 232001)

随着煤矿机械研究的不断深入，煤矿机械一体化、机械化、智能化水平日益提升[1]，致使煤矿开采速率大大提高；煤矿上的通风系统、排水系统等都需要安装管道，所以管道安装需求大。在此背景下，煤矿上的管道辅助安装装备就成为开采系统高效生产的短板和薄弱环节[2]。对于现有的管道安装设备而言，管道安装装备功能单一、安装效率低[3]、安装工作连续性差，不能满足煤矿开采的需求；为了满足淮南地区约4000 mm×3700 mm的矿井架管需求，本研究提出了一种煤矿综掘用机械臂式架管机设计思想。

架管机机械臂是移动、调整、安装管道的关键部分，国内外学者对机械臂的运动空间和运动轨迹等进行了较为深入的研究，侯歆岩就对五自由度的机械手进行了建模、仿真以及运动学求解[4]。孙增光等对IRB2400 机器人进行研究，不仅建立了D-H坐标系，还通过Matlab对整个手臂机器人的关节空间轨迹进行了仿真规划[5]。刘芳君完成了对FANUC ARC 100i型六轴工业机器人运动学的理论基础的分析与推导以及正逆运动学的求解过程，还提出了一种稳定性高、精度高的MPGA-RBFNN运动学求解算法[6]。

依据上述有关研究，结合淮南地区的实际工作要求，本研究对架管机机械臂进行了建模，得到了机械臂夹爪上的运动空间，验证了运动空间的合理性；用ADAMS软件完成了动力学仿真，得到了架管机机械臂在不同负载下的运动参数仿真结果，其仿真结果分析得到架管机机械臂运动状态、稳定性以及不稳定性产生的原因，相关仿真结果为架管机实际模型的搭建奠定了理论基础。……