基于RBF神经网络凿岩台车钻臂逆解分析

凿岩台车钻臂运动学逆解是钻臂轨迹规划的关键，采用人工神经网络是实现钻臂运动学逆解的有效途径。通过D-H法对钻臂进行正运动学分析，建立各级连杆坐标系，求解钻头位置相对于钻臂底座的位姿关系矩阵，基于蒙特卡洛法利用MATLAB计算出钻臂工作空间及掌子面覆盖范围，采用RBF神经网络逼近钻臂姿态与钻头位置的复杂映射关系，利用梯度下降法计算构建神经网络参数，完成钻臂逆解。结果表明：RBF神经网络计算转动关节角度最大误差为0.082°，误差均方根为0.007 2，最大误差占比为0.91%；伸缩关节位移最大误差为1.07 mm，误差均方根为0.083，最大误差占比为0.042%，能够较为精准地计算凿岩台车钻臂逆解，为规划钻臂轨迹实现自动化与智能化凿岩提供理论基础。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

基于自适应分类的井下移动节点无线定位算法

针对井下移动节点无线定位算法,在能量计算定位算法的基础上,设计了一种自适应分类选择的3点定位算法。算法将任意单点位置采集的N个点中能量距离信息通过排序的方法分类,将相似类中具有特征性强的保留并自适应选择3个特征强的位置点,再通过3个信标点定位算法获取目标点的准确位置。仿真计算了最小响应功率与路径损耗系数这2个重要参数对能量计算的影响。对不同环境下3个未知目标节点进行定位测试,测距结果显示随着距离的增大,测距精度降低,但在100 m范围内测距误差均低于4%。经3点定位算法分析计算后,被测目标的坐标与真实目标位置误差小于1.0 m。     

硬岩隧道掘进多臂协同钻孔技术研究

为实现硬岩隧道掘进机械化施工,提高三臂凿岩台车应用于硬岩隧道掘进时的施工效率,对三臂凿岩台车钻孔定位精度、多臂协同钻孔路径优化进行了研究分析。首先,基于D-H法建立三臂凿岩台车运动学模型,通过蒙特卡洛法得到三臂凿岩台车的有效工作空间,采用RBF神经网络算法实现钻臂钻孔的精确定位;其次,以钻臂末端移动距离最短和钻臂运动过程中各关节变量之和最小作为优化目标,提出一种改进遗传算法对三臂凿岩台车进行孔序优化,并与蚁群优化算法和自适应遗传算法两种现有孔序规划算法进行对比;最后,以两种不同方案钻孔顺序和所划分工作空间对多钻臂协同钻孔碰撞干涉进行仿真数值模拟分析。数值模拟结果表明：(1)3个钻臂的钻孔定位误差最大为2.94 mm,误差控制在3%以内;(2)与两种现有孔序规划算法相比,以钻臂末端移动距离最短作为优化目标时,3个钻臂末端行驶的总距离分别缩短了5.39 m和10.84 m,以关节变量之和最小作为优化目标时,3个钻臂的各关节变量之和分别减少了2.76 rad、5.34 rad;(3)以最短距离所得钻孔顺序进行钻孔作业时,中间钻臂与左右钻臂之间最短距离分别为984.6、580.8 mm,各钻臂...     

山西省将建设煤机技术研发中心

正从山西省发改委获悉,山西省政府确定建设山西(太原)煤机技术研发中心和晋中、晋东、晋北三大煤机装备制造业集群,《太原市煤机装备制造业集群发展规划(2014-2020)》(以下简称《规划》)获得批复。按照《规划》,到2020年,太原市规模以上煤机装备制造企业年销售收入将突破300亿元,培育2个年销售收入达100亿元的企业,形成拥有完整     

搬运机械手的运动学分析

根据搬运机械手的结构特点和性能要求,首先对其正向运动学进行了分析,得出其运动学方程式—操作臂末端在基坐标系下的位置关系式;然后对逆向运动学进行分析,根据操作臂末端的位置,确定出各关节的转角;最后根据机械手末端速度与关节变量速度之间关系分析,得出机械手的雅可比和逆雅可比。     

基于双侧钻臂位姿协同约束的凿岩台车车体定位方法

车体定位是凿岩台车钻孔自动控制的先决工序,原有车体定位方法仅在理想无碴工作面可行,当有堆碴车体横向倾斜情况下,推进梁可绕激光束横向旋转造成角变量无法锁定,车体位姿存在无穷解,导致定位误差很大甚至无法使用。为解决这一问题提出利用双钻臂同时参与定位的新方法,从理论上证明了双钻臂法解算车体位姿的可行性,将求车体位姿惟一解的问题转化为求解固定边长三角形顶点位置的问题;基于D-H法及坐标系平移确定了车体-激光坐标系变换关系;引入集合条件找出车体基坐标系实际原点位置,通过MATLAB编程计算车体两侧角变量值,求解车体基坐标系在工作面坐标系下的位姿矩阵,实现车体定位。现场测试结果表明:双钻臂法充分适应有渣条件堆碴高度变化,并能快速求得车体实际位姿确定值;车体竖直方向定位误差在5%以内,不采用误差补偿手段条件下钻孔定位精度在12 cm内。通过对比两种车体定位方法对钻孔定位效果的影响发现:原方法存在定位误差向非定位侧钻臂传递的现象,全站仪测量准确的情况下,非定位侧炮孔平均定位误差较定位侧高出94%。双钻臂法定位则不存在这一问题,其双侧炮孔定位精度与原方法定位侧炮孔定位精度一致,对于误差补偿较为有利。双钻臂定位法已在井下试验得到成功验证,具有普遍性,可用于同类型凿岩台车车体定位。     

煤机装备液压胶管故障及预防措施

液压胶管因其优异的性能广泛应用于各类煤机装备中，但由于装配错误或工作环境不当导致胶管在实际使用过程中频繁出现故障。首先对煤机装备常用的液压胶管及其主要特性参数进行概述；然后，对煤机装备液压胶管常见的故障进行总结，并对其故障机理、故障影响和严酷性进行分析；最后，根据分析结果从胶管安装方式和工作环境两方面提出了胶管故障的预防措施，可为煤机装备液压胶管的选型、安装及故障预防提供理论和技术指导，具有较高的工程实用价值。     

一种燃煤发热量的综合预测方法

在研究燃煤实际发热量与其工业分析组成之间相关关系的基础上，提出了一种多元线性回归一支持向量机的燃煤发热量综合预测模型。用煤发热量与工业分析的原始数据构造训练样本集，然后建立基于多元线性回归算法的初步预测子模型，同时利用支持向量机修正子模型获得误差补偿量，则模型最终的预测值为初步预测子模型的输出值加上误差补偿量。实际预测结果表明，综合预测方法效果优于常用方法。     

矿用腕部偏置伸缩型Pieper机器人新算法数值解研究

矿用机器人腕部采用偏置形式承受较大负载，同时执行端采用滑动构件以增大作业范围。本文对此类腕部偏置伸缩型机器人进行研究，发现该构型机器人空间结构的2个特性:一是对第5自由度的求解可转化为对特定直线与特定平面法线夹角的求解；二是矢量轴3和矢量轴4交点与原点O之间距离为定值。这2个特性表明可对第5和第6自由度进行迭代搜索求解，提出了一种无须建立各连杆坐标系的机器人运动学求解方法，求解在全局坐标系内完成，采用逐步完成的方法进行正向求解，采用逐步归位的方法进行逆向求解。新的求解方法耗时短、精度高，解决了传统数值方法不利于工业应用的问题，推动了腕部偏置伸缩型Pieper机器人在截割头组对焊接和井下凿岩工作中的应用。     

煤矿转载机远程—机载监控系统研究

为了确保煤矿安全生产，提高煤矿综合效益，基于煤矿转载机基本特征，设计了远程—机载监控系统总体结构，系统主要由地面远程监控系统、巷道远程监控系统和机载监控系统3部分组成，分别对各个系统的功能及相关设备进行了分析。研究为实现转载机智能化改造提供了技术支持。     

悬臂式掘进机空间位姿的运动学模型与仿真

为实现掘进断面自动截割成形控制,达到无人采掘装备自主巡航目标,研究了悬臂式掘进机空间位姿运动学模型并进行了仿真。将悬臂式掘进机的机械机构简化为一系列平移或旋转关节串联而成的运动链,建立了掘进机空间位姿坐标体系;利用齐次坐标变换和机器人运动学相关理论建立了掘进机机身位姿和截割头相对于大地坐标系的空间位姿矩阵。采用D-H法求解了正向运动学问题即截割头空间位姿精确定位;采用代数法分析研究了逆向运动学问题即截割头轨迹规划及控制的数学模型。以EBZ200机型为例,实验仿真了类S形自下而上矩形截割断面工艺路径,并进行了现场多组试验。试验结果表明：设定巷道断面4 500 mm×4 000 mm,两帮综合最大误差为65 mm,相对控制最大误差为1.4%,达到煤巷断面质量精度要求,且重复精度高、无累计偏差。     

基于WiFi和计时误差抑制的TOA煤矿井下目标定位方法

针对现有煤矿井下目标定位方法精度不能满足应急救援、井下人员作业管理以及煤矿物联网建设对精确定位的需要,提出基于TOA（Time of Arrival）的煤矿井下目标精确定位方法。针对TOA方法用于目标定位受设备计时误差影响较大,井下巷道呈一维条状分布,无法采用地面常用的二维、三维抑制误差算法,提出基于计时误差抑制的TOA煤矿井下目标定位方法,建立双路WiFi（Wireless Fidelity）信道+单路光纤信道的一维定位方法和信号收发计时方式,在此基础上提出计时误差抑制算法。测试结果证明计时误差抑制算法在采用此定位方法基础上,有效地抑制了设备计时误差造成的测距误差,实测误差不影响定位精度,验证了此方法的定位性能。     

煤矿采煤机牵引速度和滚筒高度智能协调控制方法研究

为了提高采煤效率，降低采煤装置的损耗，构建了采煤机牵引速度和滚筒高度智能协调控制系统，采用BP神经网络和RS理论的模式算法，对采煤机的运行状态进行计算，根据专家知识库，辨别采煤机故障原因；采用模糊逻辑—专家知识库（FL-EKB）来选择控制指令的优先，设计了该系统的智能协调控制流程，并进行了工业试验分析，搭建了完善的试验平台。研究表明，煤矿采煤机可以按照目标路径高效、平稳地运行，能够准确判断出采煤机异常的原因，发出协调控制命令。研究为自动化综采工作面的建立提供了技术支持。     

基于多光谱遥感的裸土土壤含水量反演研究

矿区排土场的土壤含水量监测研究在矿产资源开发、生态恢复及干旱预警等方面具有重要意义。以我国东部草原区胜利露天矿北排土场土壤为试验材料，使用Spequoia多光谱相机和ECH2O土壤水分传感器对4种不同深度（1 cm、3 cm、5 cm、10 cm）的土柱样本每天10:00至14:00持续监测，采集到4个波段（550 nm、660 nm、735 nm、790 nm）处的土壤光谱反射率和土壤含水量数据，分别使用偏最小二乘回归法、岭回归法、反向传播（BP）神经网络三种方法建立单波段或多波段光谱反射率组合作为反演因子的土壤含水量反演模型。结果表明，偏最小二乘回归法、岭回归法反演精度较低，R2最高仅为0606。以绿（550 nm）、红边（735 nm）、近红外 （790 nm）三波段组合作为反演因子的反向传播神经网络（G-R-N-BP）模型反演效果最佳，其对1 cm、3 cm、5 cm、10 cm深度土壤含水量反演模型的决定系数（R2）分别为0866、0800、0975、0911，均方根误差（RMSE）分别为0333、0361、0103、0315，最佳反演深度为5 cm。本研究为矿区地表水分监测提供了重要的理论依据与实践应用价值。     

煤基复合絮凝剂对高浊度高矿化度矿井水的絮凝效果研究

煤矿分布式地下水库在神东地区应用取得显著成果，宁东地区已开始论证其可行性，但宁东地区矿井水多为高浊度高矿化度矿井水，需要对水库入水进行预处理。本文采用以粉煤灰为原料，通过与聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化铝（PAC）、壳聚糖混合得到处理高浊度高矿化度矿井水的絮凝剂，试验对比了粉煤灰基复合絮凝剂和未加粉煤灰絮凝剂的絮凝效果，并探究了粉煤灰基絮凝剂的影响因素，确定了最佳投加量和试验条件。实验结果表明:① 5个处理组中对矿井水的处理效果依次是:PAM+PAC+壳聚糖+粉煤灰>PAM+PAC+壳聚糖>PAM+PAC>PAM>PAC；② 粉煤灰基复合絮凝剂的最佳絮凝条件为温度25℃、pH值7、搅拌强度220 r/min、搅拌时间20 min；③ 在最佳条件下，复合絮凝剂对矿化度、悬浮物、钙离子、总硬度和硫酸根的去除率分别为1216%、9804%、8057%、7786%和9544%；④ 粉煤灰基复合絮凝剂作为地下水库处理高浊度高矿化度矿井水预处理絮凝剂是可行的。本研究为地下水库进水的絮凝等预处理提供理论依据和技术支撑。     

煤泥含量对重介质悬浮液稳定性和流动性的影响

重介质悬浮液的稳定性和流动性是影响重介质旋流器分选效果的两个相互矛盾的因素。为探寻悬浮液性质对重介质旋流器分选效果的影响，通过测量悬浮液密度变化和零时表观黏度，研究了不同煤泥含量对悬浮液稳定性和流动性的影响，并进行了实验室重介质旋流器分选试验。结果表明:重介质悬浮液的煤泥含量是影响悬浮液稳定性和流动性的主要因素。同一悬浮液密度下，煤泥含量越高，悬浮液密度下降越慢，其稳定性越好；不同密度的悬浮液达到稳定所需的煤泥含量不同，悬浮液密度越高，达到稳定所需的煤泥量越少。重介质悬浮液的煤泥含量对其流动性的影响效果与稳定性相反，悬浮液密度越大、煤泥含量越高，则黏度越大、流动性越差。实验室重介质旋流器分选试验表明，在悬浮液密度为1.50 g/cm3的条件下，当煤泥含量为20%时，错配物含量最低，其分选效果最好。