煤炭科学技术

作者：陈洪岩, 刘宇航, 刘锦东, 陈洪月, 马英, 高富强, 张定堂, 陶鹏,

关键词：超前液压支架, 最优支护路径曲线, 路径规划, 多缸协同控制, 自主导航,

超前液压支架在迈步移架过程中长久以来依赖人工操作，存在定位精度欠佳、效率低下及安全风险突出等问题，严重制约了智能化支护技术的发展。提出一种基于最优支护路径曲线的超前液压支架移架导航方法，旨在实现迈步式移架过程的精准感知、自主规划与协同控制。该导航方法借助激光雷达与惯性测量单元（IMU）的紧耦合构建巷道二维栅格地图，采用随机抽样一致性（RANSAC）算法对巷道左右边界曲线进行鲁棒拟合，结合动态时间规整（DTW）算法构建边界点的空间对应关系，生成左右架的最优支护路径曲线，表征支架沿巷道走向的理想支护位置，为位姿优化提供几何基准。通过建立液压支架平面运动学模型，对其位姿进行实时解算。以液压支架投影与支护路径曲线间封闭区域面积最小化为目标，求解单侧液压支架移动的最优终点位姿，基于三阶贝塞尔曲线规划平滑移动路径，通过运动学反解和时间缩放策略完成液压缸行程规划，实现多液压缸的协同控制。仿真与试验结果表明：液压缸按规划位移执行后得到的支架实际路径与导航系统规划的理想路径具有较高的吻合度，液压支架在移动过程中路径跟踪稳定，位置最大误差平均值为22.96 mm，方向角误差小于0.14°，且液压支架与巷道侧帮保持安全距离，无干涉现象，实现了移架过程的高精度路径跟踪，位置和方向角控制精度满足井下支护作业的安全要求。

来源：2026年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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