煤矿巷道七自由度喷浆机器人轨迹规划与跟踪控制.pdf

第50卷第1期工矿自动化Vol.50No.1

2024年1月JournalofMineAutomationJan.2024

文章编号：1671-251X(2024)01-0115-07DOl:10.13272/j.issn.1671-251x.2023050057

煤矿巷道七自由度喷浆机器人轨迹规划与跟踪控制

程欢，邓立营

（沈阳工业大学化工装备学院，辽宁沈阳110000）

摘要：针对煤矿巷道喷浆机器人施工过程中存在的动作不连续、位置误差大、稳定性低等问题，提出了一种煤

矿巷道七自由度喷浆机器人轨迹规划与跟踪控制方法。根据喷浆机器人静止时工作臂的运动范围和喷枪沿巷道

走向的喷浆长度，将巷道划分为若干待喷截面，并规划机器人在每一截面间的移动轨迹和各截面上的工作臂运动

轨迹，从而保证机器人在喷浆过程中动作连续。建立了喷浆机器人运动学模型，先采用三次多项式插值法对机器

人移动轨迹进行规划，再通过模型预测控制算法对三次多项式插值生成的参考轨迹进行跟踪控制，实现机器人在

巷道内精确、平稳移动。根据标准的D-H参数法建立了工作臂运动学模型，采用3-5-3分段多项式插值法对机

器人在待喷截面的工作臂运动轨迹进行规划，使工作臂在喷浆过程中具有连续的加速度。仿真结果表明，喷浆机

器人移动过程中最大位置误差为0.07m，最大方向角误差仅为0.99rad,移动速度整体稳定，且速度发生波动后能

快速回到稳定状态，满足机器人移动准确、平稳的要求；工作臂运动过程中，喷浆轨迹、关节变量变化、关节速度和

加速度曲线整体连续、平滑，满足喷浆动作连续、稳定的要求。

关键词：喷浆机器人；轨迹规划；轨迹跟踪控制；模型预测控制；3-5-3分段多项式

中图分类号：TD421文献标志码：A

Trajectoryplanningandtrackingcontrolofasevendegreeoffreedomshotcreterobotincoalmineroadway

CHENGHuan,DENGLiying

(SchoolofChemicalEquipment,ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang110000,China)

Abstract:Duringtheconstructionprocess,thecoalmineroadwayshotcreterobothastheproblemsof

discontinuousmotions,largepositionerrors,andlowstability.Inordertosolvetheaboveproblems,atrajectory

planningandtrackingcontrolmethodofasevendegreeoffreedomshotcreterobotincoalmineroadwaysis

proposed.Basedontherangeofmotionoftheworkingarmwhentheshotcreterobotisstationaryandthe

shotcretelengthoftheairbrushalongtheroadwaydirection,theroadwayisdividedintoseveralsectionstobe

sprayed.Therobotsmotiontrajectorybetweeneachsectionandthemotiontrajectoryoftheworkingarmoneach

sectionareplannedtoensurecontinuousa