三臂凿岩台车钻臂协同钻孔防碰撞路径规划研究

针对三臂凿岩台车3个钻臂协同钻孔时,由于路径规划不合理导致钻臂碰撞干涉,造成设备损坏、影响掘进施工效率的问题,提出一种基于改进人工势场法的钻臂协同钻孔防碰撞路径规划方法。首先,采用改进的D-H法建立三臂凿岩台车钻臂运动学模型,采用包络盒法对钻臂结构进行合理简化,建立碰撞检测数学模型;其次,对传统势场法中的势场函数进行重建,将势能引入钻臂各关节,保证势场可以约束钻臂的运动姿态;最后,以188孔位隧道掌子面为例,钻臂依据优化后的钻孔顺序进行作业,基于此对钻臂进行防碰撞路径规划仿真实验。仿真结果表明:1)基于距离最短钻孔顺序时中间钻臂与左右钻臂之间的最短距离分别为984.6、580.8 mm,均未发生碰撞干涉;2)基于关节变量最小钻孔顺序时中间钻臂与左右钻臂之间的最短距离分别为193.5、580.8 mm,此时考虑施工安全性及钻臂结构尺寸存在碰撞风险,故应选取距离最短钻孔顺序进行钻孔施工,以实现三臂凿岩台车多钻臂协同钻孔作业。