基于正逆运动学方程的地下铲运机铲斗斗刃运动轨迹分析

张元清 战 凯 郭 鑫 高泽宇 赵晓燕

(1.矿冶科技集团有限公司，北京 100160；2.北矿机电科技有限责任公司，北京 100160)

地下铲运机是地下金属矿山采矿中的重要运输设备，是地下金属矿山的关键装备。地下金属矿山的智能化是当今行业的必然趋势，而地下铲运机的自动铲装是智能化采矿的关键技术。地下铲运机在铲装工作中通过控制动臂油缸和转斗油缸的伸缩量来调整铲斗位置，从而完成铲装作业，因此探究两油缸和铲斗斗尖间的函数关系对铲斗轨迹控制研究至关重要[1，2]。本文通过多刚体系统运动学来建立铲斗斗尖与两油缸行程间的函数关系，为自动铲装控制做理论分析[3]。

1 地下铲运机工作装置运动学方程建立

地下铲运机工作装置如图1所示，主要由动臂油缸、动臂、铲斗、转斗油缸、摇臂、连杆以及前车架7个组件构成。整个工作装置连接在铲运机前车架上，铲斗通过动臂和前车架与动臂油缸连接，实现铲斗的举升和回落，通过连杆和摇臂与转斗油缸连接，实现铲斗的翻转和回收[4，5]。

图1 KCY-2铲运机工作装置三维简图

首先对铲运机工作装置进行机构简化，得到地下铲运机工作装置运动简图，如图2所示。

图2 铲运机工作装置运动简图

由于铲运机工作装置构件较复杂，对其进行多刚体系统运动学分析。图2中A～H为各刚体间的铰接点，B1～B9为组成工作装置的各刚体。

为了规范描述多刚体系统中各刚体的运动，在此特别定义两种坐标系：参考基坐标系和连体基坐标系，如图3所示。……