传统凿岩机器人钻臂的定位精度较低,影响爆破效果和成孔质量,所以对钻臂位姿测量技术进行研究、提高钻臂的定位精度具有十分重要的意义。为了提高钻臂的定位精度,分析凿岩机器人钻臂结构,根据机器人运动学原理,采用D-H坐标表示法建立钻臂的运动模型,获得钻臂的运动学方程。通过对钻臂的运动方程进行求解,获得钻臂末端相对于根部位置的姿态信息。基于钻臂D-H模型设计了一套凿岩机器人钻臂位姿测量系统,主要包括数据采集模块和数据处理模块。数据采集模块采用分布式数据采集结构,通过布置在钻臂6组转动关节和2组移动关节处的8个数据采集单元完成钻臂关节姿态变化数据的采集与传输。数据采集单元采用绝对值编码器进行原始信号采集,直接输出数字信号。采用STM32+CPLD双处理器结构,其中CPLD实现编码器的同步串行输出接口SSI,STM32作为核心处理器对数据采集单元进行整体控制,包括编码器的信号采集、电源控制、与上位机之间的USB通信、与数据处理模块之间的CAN总线通信等。数据处理模块主要完成钻臂的位姿处理,选用高性能的STM32嵌入式微处理器设计,优化了系统结构,提供了更多的扩展接口。利用STM32丰富的内部资源和强大的浮点处理能力,在其内部构建钻臂位姿处理模块,根据数据采集模块采集的钻臂关节姿态变化数据对钻臂进行位姿处理,获得钻臂末端位姿状态信息。同时STM32作为主CPU控制着数据处理模块的各个部分,主要有电源部分、与上位机之间的串口通信和USB通信、与数据采集模块之间的CAN总线串行通信、OLED的钻臂位姿信息显示功能等。通过实验表明:本文设计的凿岩机器人钻臂位姿测量系统在隧道凿岩工作中工作状态理想,通过本系统获得的钻臂末端位置姿态理论值与实际值在X、Y、Z三个方向上的最大偏差为9.60cm,最小偏差为0.09cm。误差范围满足技术要求,证明系统整体性能良好,达到了设计目的,具有一定的实用价值。