以掘进机在煤矿巷道里实现自主作业，无人化掘进为目标，采用EBZ160掘进机为研究对象，对自动化掘进机仿形截割控制理论进行了系统研究。主要研究了其运动学、轨迹规划与跟踪控制、位姿检测、仿形记忆截割控制机理、安全截割控制与预警等，使煤矿巷道施工向安全、高效、舒适的方向发展。运用坐标齐次变换和机器人学理论，阐述了自动化掘进机各杆件的空间坐标系，建立了工作装置运动学方程，推导了掘进机运动学正、逆问题的求解方法，为截割头位置跟踪和断面轮廓监控奠定基础。考虑煤岩底板特征、赋存特点、巷道形状和各杆系结构等复杂环境，确立了截割头旋转包络面方程，建立了自动化掘进机仿形记忆截割运动学模型，进行了仿真研究，确定了机体和截割头位姿，为巷道定向掘进和仿形截割的自动控制，提供了理论基础。针对掘进中截割载荷的不稳定性和突变性，将鲁棒控制和神经网络控制算法应用到截割头轨迹跟踪控制，建立了掘进机鲁棒神经网络控制的轨迹跟踪数学模型，研究了仿形截割中出现的不确定性问题。建立了掘进机运行位姿误差，制定位姿测量方案，设计了激光导向仪测算偏航角，双轴倾角仪测俯仰和横滚角，结合激光导向仪构成的掘进导向系统。根据掘进机截割工艺，建立了仿形截割数学模型，通过确定仿形截割工作参数，推导出相应的工作油缸行程与外包络面空间位置坐标的关系，并采用MATLAB对仿形截割进行了动态仿真分析，得出截割头仿形截割的外包络面，揭示了仿形截割控制机理。利用记忆截割原理，建立了仿形记忆截割模型，采用Pro/E搭建了装配模型，并用ADMAS对掘进机仿形截割实体模型进行运动仿真，验证了模型准确性。通过研究仿形记忆截割与断面轮廓监控系统，有效避免超挖欠挖，完善了掘进机仿形截割控制技术研究。完成了集姿态角测量、截割预警、仿形截割的控制系统软硬件研究。提出了基于MEMS的悬臂转角检测传感器设计方法，采用三轴数字加速度传感器检测悬臂与重力间的角度，来确定悬臂转角，大大减少了传感器数量，实现截割动作，勿需考虑车体工况位姿。研究了基于热释电人体红外传感的安全截割控制和预警系统，提出了基于热释电人体红外传感器，获取绕机身360°全方位、无死角的检测传感方法，保证了人机安全性。通过实验室试验和仿真实验，证明了理论研究的正确性，为掘进机器人的研发提供了理论和技术参考。