随着世界经济的飞速发展,人类对矿产资源的开发利用及需求量越来越大,然而矿产资源是不可再生资源,适用大规模开采的矿床越来越少。因此为了满足社会生产需求,对一直以来认为没有开采价值的薄窄矿体(其分布薄且窄、稀散、规模小)加以开发利用非常必要。但到目前为止,对此类矿体的低成本高效开采技术及装备尚未见研究,如果仍采用传统的方法开采此类矿体,不但耗费大量的人力物力,而且对周边环境影响大。针对上述问题,本文以薄窄矿体的低成本开采为目标,分析了其技术可行性,构建了相应的开采方案;研发了一种集自主掘进、导航和在线识别掘进路径于一体的薄窄矿体开采机器人,实现了低成本、安全、高效、绿色开采。本文的主要研究工作和结论如下:(1)依据地质勘查资料,分析了薄窄矿体赋存特征和分布状况,设计了相应的低成本开采工艺方案;借鉴非开挖技术、蚯蚓步进式移动机理,研究了薄窄矿体开采机器人的总体方案。(2)利用系统化和模块化设计方法,对开采机器人的关键结构进行了设计与分析,并应用Solid Works软件建立了该开采机器人的虚拟样机模型;采用ANSYS Workbench对开采机器人的关键零部件进行了有限元分析,提高了开采过程中的稳定性与可靠性。(3)通过对多种位姿检测方法的分析,建立了在复杂地质条件下开采机器人的位姿检测系统方案,该方案能有效地提高系统的精度与可靠性;根据位姿检测结果,基于D-H矩阵确定了开采机器人的实时位姿;按照地质勘探确定的开采路径,研究了开采机器人掘进路径跟踪,设计了模糊PID控制算法,并在MATLAB/SIMULINK环境中进行模拟仿真,结果表明在直线路径和曲线路径下都有较好的跟踪效果。(4)在分析开采机器人作业流程的基础上,确定了开采机器人控制系统的功能需求;选用西门子PLC,设计了开采机器人掘进控制系统,并采用EB8000组态软件设计了开采机器人远程监控系统的人机界面。本文研究的开采机器人能低成本高效开采规模小、厚度薄、分布稀散、地质复杂的薄窄矿体,对提高矿产资源回收利用率具有重要意义。