选矸机器人柔顺机械抓手机构设计及抓取控制
陈凯云
赵文雅
张琛阳
龚范康
黑龙江科技大学机械工程学院,黑龙江哈尔滨 150022
摘要：机械抓手是智能选矸机器人实现煤矸分选的关键.在煤矸智能分选过程中,存在矸石粒度差异大、表面湿滑,动态抓取冲击力大、长时间连续作业机械疲劳等问题,导致煤矸综合分选率低.针对上述问题,采用被动柔顺机构与主动柔顺控制相结合的方法,设计了一种新型的柔顺机械抓手.首先,分析选矸机器人分选流程,基于矸石运动学特征及物理特性,提出具有被动柔顺机构的机械抓手方案.采用柔性传动元件替代传统刚性结构,在爪片接触面设置橡胶缓冲垫片,并集成万向球螺柱、扭簧与包胶轴承构建多级缓冲体系.通过优化机械抓手结构参数,进一步提高机械抓手系统刚度,延长其使用寿命,增强其抓取稳定性.其次,基于力、位移和速度等多源实时反馈数据,集成导纳-阻抗混合控制器,实现矸石抓取过程中的自适应柔顺控制.最后,通过搭建视觉识别定位系统获取矸石位置和粒度参数,设计多变量矸石分选试验:选取3类材质、3种粒度等级的样本开展50组对比试验,测试柔顺机械抓手的抓取性能,验证柔顺抓取控制算法的有效性.试验表明:设计的柔顺机械抓手能够适应较大的矸石粒度范围,降低动态抓取冲击力,减少机械损耗,提高矸石抓取可靠性,矸石综合分选率达94％.结果表明:柔顺机械抓手机械机构设计合理,基于参数优化的机械抓手刚度提升方法可行,基于导纳-阻抗混合控制的柔顺抓取控制算法有效.研究成果将为提升选矸机器人综合分选率和延长机械抓手使用寿命提供技术支撑.
关键词：选矸机器人机械抓手被动柔顺主动柔顺控制煤矸分选
分类号：TP242(自动化技术及设备)
资助基金：黑龙江省重点研发计划资助项目(GA23A910)新一轮黑龙江省双一流学科协同创新成果资助项目(LJGXCG2023-012)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-27（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 875-886 )
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