煤炭科学技术

作者：刘鹏, 王毅, 马宏伟, 段学超, 曹现刚, 夏晶, 聂珍,

关键词：刚柔复合驱动, 并联机器人, 矸石分拣, 鲁棒模型预测控制, 鲁棒性,

矸石分拣可以提升煤炭品质、降低运输成本、减少环境污染，实现煤炭资源的高效清洁利用与矿山可持续发展。传统煤矸石人工分拣存在劳动强度大、效率低的问题，提出刚柔复合驱动并联式拣矸机器人构型方案。但是由于拣矸置矸过程所导致的动态冲击和动力学参数的不确定，以及外界干扰等因素，势必会影响拣矸机器人末端抓斗的跟踪精度和稳定性，甚至导致拣矸任务无法完成。鉴于此，开展了刚柔复合驱动并联式拣矸机器人动力学与鲁棒模型预测控制研究。首先，提出了刚柔复合驱动并联式拣矸机器人系统方案，分析了机器人末端抓斗的自由度，并采用矢量封闭原理建立了拣矸机器人的运动学模型。其次，考虑机器人模型参数摄动和拣矸置矸过程的外部扰动，基于牛顿−欧拉方程建立了刚柔复合驱动并联式拣矸机器人的动力学模型。再次，提出了融合张力约束的鲁棒模型预测控制方法，实时优化柔索−推杆驱动力协同分配，动态抵消矸石抓取与置放过程的冲击与外部扰动，实现拣矸机器人末端抓斗高精度轨迹跟踪控制。最后，采用空间螺旋轨迹和4段式分拣轨迹(启动段—准备段—抓矸段—置矸段)对刚柔复合驱动并联式拣矸机器人鲁棒模型预测控制系统进行了仿真分析，结果表明：末端抓斗轨迹最大偏移量仅3.7×10−3 m，姿态角误差稳定于3.2×10−3 rad，且柔索张力始终满足驱动力约束条件，验证了控制策略对复杂工况下拣矸作业的有效性。

来源：2026年第3期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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