煤矿井巷环境下机器人视觉图像增强及障碍识别研究

为解决煤矿救援机器人在发生灾害后光线不足、煤尘粉尘严重等造成视觉系统中图像不清晰、画面模糊以致障碍物形状无法识别问题,通过实验模拟煤矿井下光照条件,在光照充足、低照度以及零照度3种不同光照条件下采集机器人视觉图像。采用直方图均衡化方法对图像进行增强处理,使机器人显示的图像更加清晰,通过边缘检测算法以及基于风水岭分割改进的算法对障碍物信息进行提取,最终可以得到机器人前方主障碍物的形状特征信息。     

钻孔探测机器人的设计与实现

针对煤矿井下发生事故后,救援人员不能及时了解现场情况的问题,设计并研制了一种钻孔探测机器人,详细论述了钻孔探测机器人系统的结构组成,介绍了探测机器人控制系统的结构和程序设计方法。该探测机器人通过救援钻孔可及时采集井下事故现场的图像信息和各种环境信息,为制定救援方案提供决策依据,该装置也可用于其他地质钻井探测中。     

监控镜头自动清洗装置的研究与应用

煤矿井下粉尘是煤矿五大灾害之一,在煤矿生产过程中,产生煤尘的途径很多,煤尘对工人、仪器设备、工作环境等具有很大威胁。煤矿生产过程中,根据现场的实际情况安装的监控镜头长时间受煤尘污染,造成监控质量下降,影响观察效果。设计一套监控镜头自动清洗装置,采用时空开关定期清洗镜头并风干,解决了维护人员下井去擦拭摄像机防护罩的问题,减轻了工人劳动强度,提高了工作效率,解决了登高作业容易出现安全隐患的问题。     

煤矿巷道机器人管线视觉辅助定位与导航方法研究

在煤矿巷道安全巡检以及灾变环境应急救援等工作中通常需要使用到智能机器人。目前智能机器人的自主导航与避障技术已经比较成熟,但是主要应用场景都是有卫星定位(GPS、北斗导航系统等)的室外环境或者特定室内环境。由于煤矿巷道存在环境复杂,光照不均匀,空间狭窄等难点,智能机器人在煤矿巷道的自主导航方法还需要进一步研究。常用的传统惯性导航是使用惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的加速度与角速度来推算物体在三维空间的位置信息,但是误差累积问题比较严重。煤矿巷道存在大量管线,结构化特征显著,通过机载摄像头获取井下巷道图像,使用机器视觉算法来定位巷道图像中的管线,并且通过解算机器人与管线之间的偏航角来辅助机器人的视觉导航。针对巷道中管线的颜色鲜明、几何形状特征明显的特点,结合颜色与几何特征,采用将原始图像纵向分割成多个独立子图像的方法,减小环境噪声对图像中管线分割带来的影响,然后从每个子图像中获取候选管线轮廓,并判断是否属于同一根管线进行轮廓分组,从每组候选轮廓中根据管线轮廓所拟合直线的平行程度进一步筛选出较为鲁棒和稳定的管线轮廓。结合相机针孔模型和偏航角解算模型,进而获得机器人当前的偏航角度。试验表明:上述方法不仅快速,而且计算的偏航角准确可靠,能够满足煤矿巷道机器人视觉辅助定位与导航需求。     

煤矿井下机器人钻臂智能控制研究

把神经网络控制技术引入至煤矿井下机器人的钻臂控制系统里,针对机器人钻臂控制系统实施研究。推导出了工作装置电液比例控制系统的传递函数,设计了电液比例控制系统,分析了神经网络控制问题,构建了煤矿井下机器人电控系统模型,讨论了机器人钻臂控制问题。     

煤矿井下搜救探测机器人及其控制系统设计

针对煤矿井下矿难发生后的复杂环境,设计了一种新型的煤矿井下搜救探测机器人运动装置及其控制系统。文章对此系统的运动功能、硬件配置和软件设计进行了讨论。此装置机构设计合理,具有较强的通过性和自主环境适应能力,控制系统采用分层结构,环境感知能力强,实时性好,控制精度高,可以实现对机器人精确、灵活的控制,具有广阔的应用前景。     

煤矿机器人智能安全充电系统设计

煤矿机器人工作在井下危险气体环境下,特别是对于井下移动式巡检机器人,其动力系统的能源供给方式主要以锂电池供电为主,目前《煤矿安全规程》对锂电池的井下使用有着严格的限制条件,其充电必须要求在专用的充电硐室中进行。为提高煤矿机器人的续航能力和实用性,研究一种煤矿机器人智能安全充电系统,提出煤矿机器人专用充电硐室构想,设计煤矿机器人井下智能岔轨及硐室内充电技术,系统由煤矿机器人、煤矿机器人移动轨道、煤矿机器人转向用智能岔轨以及硐室内充电桩组成,通过井下巡检机器人专用充电硐室和智能岔轨技术的设计,可实现巡检类机器人井下在轨充电,有利于煤矿机器人井下不间断智能巡检作业。     

钢丝绳牵引式巡检机器人研究与应用

为了解决煤矿井下巡检机器人电池充电的问题,设计研发了一种钢丝绳牵引式巡检机器人,详细论述了该机器人系统的组成及实现方法,介绍了机器人本体自发电装置的组成和工作原理。应用结果表明,该巡检机器人系统可以实现对煤矿井下带式输送机巷道的自动巡检,实现无人值守的目标。     

煤矿井下作业施工安全监测及报警系统研究

为了提高煤矿井下作业施工安全监测精度,保障煤矿井下作业安全,设计一种煤矿井下作业施工安全监测及报警系统。该系统以悬挂式巡检机器人作为载体,搭载视觉传感器、气体传感器、烟雾传感器以及声音传感器4种采集设备,采集井下环境参数和生产参数;通过通信网络将参数传输到监测中心,在监测中心运行针对参数类型的不同,运行4种不同的监测程序;根据监测结果判断是否需要报警。实验结果表明,所设计系统应用下,准确监测和报警的样本数量与实际情况差别不大,只有在设备状态样本、塌方前岩石破碎声响和震动样本上出现了误差,说明本系统的监测准确性较高。     

矿井视觉计算体系架构与关键技术

煤矿井下特别是采掘工作面空间狭窄、装备众多、工艺条件及环境复杂、隐蔽致灾隐患多，因此实现智能化无人操作一直是煤炭行业内的普遍需求。建立有效的面向煤矿井下应用的视觉计算理论是实现煤矿智能化无人开采的重要一环。矿井视觉计算的主要任务是针对矿井这一特定应用领域，研究煤矿井下环境的感知、描述、识别和理解模型与框架，以使智能装备具有通过图像或视频感知煤矿井下三维环境信息，增强煤矿井下环境感知能力。为了有效推进该理论与实践的结合发展，使其更好地服务于煤矿智能化建设，首先围绕煤矿井下视觉计算的基本概念，分析计算机视觉与矿井视觉计算的异同，总结提出煤矿井下视觉计算的组成架构体系。然后，详细介绍煤矿井下视觉计算所涉及的视觉感知与增强、特征提取与特征描述、语义学习与视觉理解、三维视觉与空间重建、感算一体与边缘智能等关键技术，并从矿井视频智能识别、预警与机器人定位、导航等方面简要介绍视觉计算在煤矿井下的典型应用案例。最后给出煤矿井下视觉计算的发展趋势和展望，重点总结分析了目前矿井视觉计算在煤矿井下应用中存在的关键技术难题和矿井增强现实/混合现实、平行智能采矿2种重要的发展方向。随着煤矿井下视觉计算理论的不断...     

试析煤矿掘进工作面除尘系统的优化

本文以某煤业公司为例,分析其掘进工作面除尘的现状,并提出优化除尘系统的方案,将泡沫除尘技术、气水联动喷雾装置应用于煤矿掘进工作面的除尘系统中,并通过实际运行,总结优化煤矿掘进工作面除尘系统后,可进一步满足掘进工作面的生产需要、提升除尘效率,为井下工作者提供了更好的作业环境。     

煤矿场景下基于RGBD的视觉导航技术北大核心

为解决煤矿机器人现有自主导航技术的局限性,提出了1种煤矿场景下基于RGBD的视觉导航技术。研究了视觉导航的总体架构,并对各个功能模块进行了设计描述;研究了地图创建方法,将ORB_SLAM2算法生成的连续帧间位姿进行关系变换,采用逐帧的RGBD点云拼接,获得了稠密的点云地图;设计了巡检机器人的自主定位和路径规划实现流程,结合蒙特卡洛、D*及DWA算法完成了机器人的精准定位与导航;建立了该视觉导航技术的测试平台,并利用该平台进行了系列化的模拟测试。测试结果表明:煤矿场景下基于RGBD的视觉导航技术能够满足煤矿井下轮式巡检机器人的自主行走功能需求,定位精度良好。     

煤矿井下斜巷轨道运输综合监控系统

煤矿斜巷轨道运输是煤矿安全生产隐患的重灾区之一,针对煤矿斜巷轨道运输综合安全监控的现状,提出设计开发基于可编程控制器、视频集中显示技术和管控一体的斜巷轨道运输综合监控系统。通过人体红外传感器,在绞车启动前,实时检测斜巷内人员信息,视频信息同时传输至井下绞车操作室及地面实时显示,司机通过防爆监视器判断现场情况;绞车启动人员误入轨道及时报警,并通过联动控制装置,自动紧急制动绞车和轨道机车;可编程控制器采集绞车运行状态信号,提示司机做出相应反应,保证绞车的安全运行。所开发设计的煤矿井下斜巷轨道运输综合监控系统已经在多个煤矿使用,切实实现了"行车不行人、行人不行车",安全防范效果良好。     

煤矿计算机控制系统的抗恶劣环境设计

论述了我国第一台煤矿井下机器人计算机控制系统的抗恶劣环境设计。通过对计算机控制系统的可靠性、防爆、散热、抗震、防潮及安装加固等设计，系统经受了煤矿井下恶劣环境的考验，确保机器人在试验过程中可靠地工作。     

基于ZigBee的煤矿安全监测及定位系统设计

在分析传统煤矿井下安全监测和人员定位的基础上,提出了基于ZigBee的煤矿安全监测及人员定位于一体的系统设计方案。设计了系统体系结构,并详细设计了节点的软硬件。系统通过安装在节点上的传感器采集井下环境数据,采用基于固定节点间距离的校正模型进行人员定位,并将采集的信息通过以太网传输到井上监控主机,实现对井下环境和人员位置的实时监控,对煤矿安全监测和事故抢救具有重大意义。     

基于粉尘在线监测的火电厂自动除尘系统设计

选用先进的湿式湍流除尘器,将粉尘自动检测系统与除尘设备和输煤线路自动喷淋装置相结合,设计了一套基于粉尘在线监测的火电厂自动除尘系统。该自动除尘系统经调试,满足了TJ36-79《工业企业设计卫生标准》等的要求。     

大柳塔煤矿井下粉尘治理技术

为解决大柳塔煤矿井下粉尘浓度大的问题,采用了负压诱导除尘装置、综采工作面降尘剂、粉尘在线监测与自动喷雾装置、综采工作面捕尘网、高压外喷雾装置、HBKO 1/600型干式除尘系统等治理井下粉尘。结果表明综采工作面和掘进工作面综合除尘率分别达96.71%和97.01%,有效降低了大柳塔煤矿井下粉尘浓度。     

煤矿灾害信息探测机器人的设计与实现

根据煤矿井下的实际特点,设计和开发了一种沿煤矿工字钢轨道运行的煤矿灾害信息探测机器人系统,该机器人采用无线控制方式能够在发生煤矿灾害时,第一时间运行到离灾害发生最近的地点,对灾害现场的图像和环境信息进行检测,并将得到的信息实时传递到地面指挥所,为救援提供必要的信息。该套系统经过实际测试,初步达到了设计要求。     

基于Revit二次开发技术的井巷工程设计与应用研究

针对传统煤矿设计存在的设计量大、图算量复杂等问题，通过分析煤矿工程正向设计需求，将煤矿井下复杂的采掘系统以直观、立体的方式呈现，提出基于Revit平台的二次开发思路，对Revit进行二次开发，从该平台上拓展应用功能，提升BIM系统中Revit平台对煤矿工程设计行业的适应性。通过实例验证，开发设计贵州黔鑫煤矿井下煤矿主要构件，并给模型构件赋予相应属性参数，完成其工程量自动统计，并结合其他BIM软件设计井下三维数字化模型，提高了设计质量与出图效率，提升了数据与图像之间的联动性，为BIM技术在煤矿工程正向设计中的应用提供参考，以期进一步推进数字化矿山建设的进程。     

井工煤矿用混凝土喷射机除尘机构设计

对转子式混凝土喷射机产生粉尘的原因进行了分析,提出了降低粉尘的设计思路,并结合混凝土喷射机具体进行了除尘各部分结构的设计,选择了适合煤矿井下的除尘方式,给出了除尘装置工作原理和有关参数的计算依据。