煤矿巷道清理机器人偏移轨迹时变反馈控制

摘要

巷道内复杂地质构造引发的局部应力变化会导致煤渣堆积形态发生瞬时改变，同时清理机器人作业过程中与巷道壁面的非线性接触摩擦进一步加剧了运动状态的不可预测性。跟踪控制器因规划轨迹未能充分考虑执行器饱和、系统延迟等底层约束，致使清理机器人在运行过程中出现跟踪轨迹与期望轨迹严重偏离、控制响应滞后及清理作业局部遗漏等问题，极大地降低了清理效率与作业质量。为此提出煤矿巷道清理机器人偏移轨迹时变反馈控制方法。综合考虑巷道结构、煤渣堆积规律及机器人作业约束，利用贝塞尔曲线规划出满足运动约束并能响应环境扰动的期望移动轨迹。通过内置传感器实时检测机器人位姿，计算实际位置与规划轨迹间的偏移量，实现轨迹时变偏移的动态跟踪。在设定运动学、环境适应度及安全性等约束条件的基础上，设计并执行基于轨迹偏移量的时变反馈控制律，通过传感器实时反馈运行参数并更新控制律，确保机器人能够沿着规划轨迹稳定移动直至任务完成。实验结果表明：与传统方法相比，在多个煤矿巷道工况下，优化设计方法控制下轨迹时变跟踪偏差减小0.4 m，轨迹控制拟合度提高0.2，且机器人对煤矿巷道的清理覆盖率由25.2%提升至67.9%，有效验证了优化设计方法的控制优势。

关键词

煤矿巷道 / 清理机器人 / 偏移轨迹 / 时变轨迹 / 反馈控制

基金资助

陕西小保当矿业有限公司研究项目（2022SMHKJ-C-89）