朱建新，罗南安，周烜亦，高 静

(1.中南大学 机电工程学院，湖南 长沙 410083；2.湖南山河智能机械股份有限公司 技术中心，湖南 长沙 410100)

0 引 言

在交通道路工程中，隧道开凿是一项重要内容。目前我国的隧道施工方法以钻爆法为主，凿岩机器人以其准确的定位钻孔功能，良好的操控性，较好的成洞质量等优点成为隧道施工的主要机械设备。

钻臂是凿岩机器人的主要工作机构，采用双三角架式定位结构，它的主要特点就是可以在空间中平行移动，动作迅速，结构紧凑，平稳性比较好，但是不容易控制，是一个多输入多输出并且有耦合的复杂运动[1]。而定位精度是影响钻臂作业的重要因素，因此对三角钻臂的运动研究是非常必要的。

而控制三角钻臂移动又是通过由液压驱动的两支臂缸伸缩组合实现的。因此推出支臂缸伸长量与大臂运动偏转角和俯仰角的数学模型是三角钻臂运动研究的关键。文献[2]建立了凿岩机器人从大臂到钻杆6个旋转关节、3个移动关节的运动学方程，但对三角钻臂的驱动及运动没有进行研究;文献[3]研究了驱动支臂油缸长度与机械钻臂的空间位置之间的耦合关系，借助空间几何的方法，利用直角、球面和平行坐标的转换，得到了近似代数式，实现了钻臂的运动控制，但由于将十字铰视为球铰，结果是近似的，难于实现精确控制；文献[4]建立了三角钻臂的杆件坐标系，利用多关节闭链的约束条件建立了运动学方程，得……