此前,大多数用煤企业对火车煤进行机械化采样时,一般有两种方式。第一种是在火车静止时,采样头伸入车厢进行采样,这种方式的优点是可以实现全断面采样,但缺点是每节火车都要在静止的情况下采样,无疑将导致采样效率大大降低。为了提高采样效率便产生了第二种方式,就是火车在行走的同时,采样头伸入车厢进行采样(双动采样)。这种采样方式中减少了车厢的停顿,采样效率得到了明显提高。但由于技术水平的限制,这种情况下采样头一般只能伸入表层煤样,不能实现全断面采样,故采集的样品便很难保证其具有代表性。因此,为了在采样机和火车双动的情况下有效的实现全断面采样,就很有必要对采样机从运动原理和控制系统做更深入地研究。本课题以五自由度火车煤采样机为研究对象。它是一种由多个液压缸、一个回转马达和机械臂连接组成,并由液压驱动来完成指定轨迹的机电液一体化装置。为了解决采样机运动轨迹控制问题,本文主要做了一下几个方面的工作:首先,根据五自由度火车煤采样机的结构特点、运动特点,用D-H法为采样机建立运动学模型,确定了关键参数。然后,对采样机进行了采样机正、逆运动学分析,确定了关节变量与对应液压缸之间的几何关系。其次,先确定了采样机各机械臂的工作范围,然后,拟定了采样头的运动轨迹。利用MATLAB中的优化函数,以采样机中臂油缸、小臂油缸和采样头偏摆油缸的运动加速度和马达回转角加速度绝对值最大值之和最小化为目标函数;并以采样机大臂夹角为优化变量,进行有约束非线性问题的优化求解,得到在预定轨迹条件下的最优驱动曲线。最后,依据采样机运动控制系统的组成,研究了MATLAB与C240运动控制器之间的通讯问题。接着又研究了采样机多轴同步控制的方法,提出了虚轴法的同步控制方法,并且利用西门子SIMOTION C240运动控制器对采样机进行了同步控制的验证实验。之后,针对采样头轨迹的不确定性,提出了基于MATLAB的变轨迹运动控制的方法。