窄机身锚钻机器人静力学特性对锚入深度的影响研究

窄机身锚钻机器人作为行业特有的狭小作业面快速掘进专用设备,其工作主体结构在推进凿岩作业时受到反向推力作用,导致工作平面内的锚入深度受到不同程度的影响。为此研究了窄机身锚钻机器人锚钻作业时的静力学特性,明确了不同锚钻角度下结构的静变形对锚杆锚入深度的影响,用以提高设备的锚钻作业精度与工作效率。     

钻锚机器人与掘进机会车防碰撞预警方法研究

针对钻锚机器人与掘进机会车易发生碰撞的问题,提出了一种多传感器融合的会车防碰撞预警方法。通过在钻锚机器人机身内外两侧安装多个超声传感器,实时检测其与掘进机、煤壁的距离关系,实现碰撞检测与预警。同时针对因工作人员以及其他因素引起系统误报警的问题,根据掘进机与其他物体宽度不同,剔除无效报警信息,并利用D-S证据理论融合多个超声传感器信息,提高掘进机宽度检测精度。搭建了会车防碰撞试验平台,并进行了试验测试。试验结果表明：传感器碰撞检测误差不超过15 mm,多传感器融合检测掘进机宽度误差不超过28 mm,在50次工作人员从钻锚机器人内部穿行测试中,无误报发生。     

多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人关键技术

针对煤矿巷道掘进智能化进程中存在的“掘快支慢”难题,总结分析了国内外快速掘进钻锚技术和装备以及类似多任务多机械臂控制技术的研究现状,指出研发具有多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人是破解永久支护难题的重要发展方向。提出了多机械臂多钻机协作的钻锚机器人基本方案,凝练了影响钻锚机器人性能的“有限时空多机械臂与多钻机布局优化、面向装卸任务的机械臂姿态控制、复杂受限空间机械臂最优轨迹规划和多机械臂多钻机智能协同控制”四大关键技术,并给出了解决思路和方法。针对在有限时空约束下钻锚机器人结构布局优化问题,构建了钻锚机器人配置优化模型,提出了时空最优的钻锚机器人多机械臂与多钻机结构布局方案,旨在提高钻锚效率的同时获得最优空间布局;针对机械臂与钻机协同位姿控制问题,提出了基于机器视觉和强化学习的机械臂抓取与布放控制方法,旨在提高机械臂末端位姿控制精度,实现精准装卸物料作业;针对复杂受限空间机械臂最优轨迹规划问题,建立了机械臂多目标轨迹优化模型,提出了基于随机采样与包围盒相结合的机械臂防碰撞轨迹优化方法,旨在保证机械臂在搬运过程中安全、可靠、高效运行;针对钻锚机器人多机械臂与多钻机并行协同控制问题,构...     

复杂地质条件煤矿巷道多履带钻锚机器人运动学研究

针对复杂地质条件煤矿巷道存在的掘快支慢难题,提出一种集钻、护、锚于一体的多履带钻锚机器人群。依据巷道支护需求,设计钻锚机器人本体结构、钻机布置以及支护工艺,完成钻锚机器人三维建模;基于D-H法建立钻锚机器人钻机运动学模型,分析并求解顶板钻机与侧帮钻机正运动学解和逆运动学解,仿真得到钻机可支护区域的点状云图、末端运动轨迹等。结果表明顶部与侧帮钻机支护作业中能够避免钻机与机器人本体之间的干涉,实现准确、平稳运动至待支护位置,具有较强的稳定性和可靠性。     

基于WOA-FOPID算法的钻锚机器人机械臂运动控制研究

钻锚机器人是实现煤矿综掘智能化的重要装备,其机械臂的控制效果直接影响钻锚机器人支护作业的安全性和高效性。钻锚机械臂的控制通常采用PID控制器,但在环境恶劣、煤层复杂的工况下,PID控制器的参数选择对控制效果影响较大,且由于受整数阶PID控制算法和传统经验调参的限制,难以在短时间内找到控制效果最好的一组参数,导致机械臂末端不能及时准确定位。基于机器人技术、分数阶控制技术和智能优化算法,采用数值建模与仿真分析相结合的方法,利用鲸鱼算法(WOA)对分数阶FOPID控制器进行参数整定并应用于机械臂的运动控制。基于旋量理论利用D-H法建立机械臂关节坐标系及坐标变换矩阵表达式,采用蒙特卡洛算法求解机械臂工作空间点云图;基于独立关节控制理论利用Matlab-Simulink软件,并结合分数阶FOPID控制技术,搭建机械臂关节处液压马达/油缸单输入-单输出系统模型。基于遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、鲸鱼算法(WOA),搜索算法(GPS)4种智能优化算法,从标准方差、超调量、稳定时间3个动态指标进行对比,分析液压马达/油缸的不同控制组合策略下阶跃影响的效果。通过仿真分析验证了鲸鱼算法(WOA)...     

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。     

基于多传感器信息融合的煤矿救灾机器人自主定位研究

针对煤矿救灾机器人自主定位的要求,对比分析了多传感器信息融合技术的常用方法,结合传感器的选取,确定了卡尔曼滤波算法的信息融合方法,采用基于多传感器信息融合的航迹推算法对机器人进行定位。仿真结果表明,采用基于多传感器信息融合的航迹推导法,其航迹推导作为机器人自主定位具有合理性,能达到煤矿救灾机器人的基本定位要求。     

基于空间阵列式惯性单元的防冲钻孔机器人位姿解算方法

防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其准确定位和定姿是实现卸压作业无人化的基础和前提.通过分析国内外移动机器人及煤矿井下移动设备定位技术的特点,提出了一种基于空间阵列式惯性单元的防冲钻孔机器人位姿解算方法.在分析常规惯性传感单元定位误差类型及来源的基础上,建立了空间阵列式惯性单元数据融合模型,推导出角速度和比例...     

基于优化Fast-SLAM的煤矿水泵房巡检机器人研究

针对目前煤矿水泵房无GPS环境下巡检机器人的自主定位、抗干扰能力弱、不能很好的帮机器人完成日常巡检任务等问题,研究基于Fast-SLAM的同步定位与建图方法。首先建立SLAM的概率模型,采用最小线性二乘对里程计进行标定和融合轮式里程计、IMU的方式对传感器数据进行预处理,获得比单一轮式里程计更为精确的位姿信息,减小相对定位中的非系统误差。然后再利用机器人的坐标变换关系将外部传感器获得的环境信息和机器人的运动信息转换为世界坐标系下,基于粒子滤波算法对proposal分布进行优化以获得机器人的精确位姿估计。最后通过覆盖栅格建图建立全局环境地图。经MATLAB仿真和实验结果分析表明,在经过传感器预处理和算法优化后的Gmapping算法满足机器人实时定位的需要,且具有较高的建图精度,可以有效应用于煤矿水泵房机器人自动巡检中。     

面向煤矸分拣机器人的煤矸识别定位系统研究

随着煤炭分选行业对智能化干分选煤技术需求和煤矸图像识别方法需求的增长,研究煤矿复杂分选条件下煤矸混合特征图像的识别方法显得愈发重要.依据深度学习、图像识别和无线通信等理论,设计基于卷积神经网络的煤矸识别定位系统.根据煤矿分选过程的复杂条件,分析煤矸表面特征的5种状态类别,构建煤矸数据集.基于迁移学习的改进AlexNet...     

基于超宽带技术的掘进机自主定位定向方法研究

针对煤矿井下综掘工作面的实际工况,提出了一种基于超宽带定位技术的悬臂式掘进机自主定位定向方法,建立了该方法的数学计算模型及误差随距离分布模型,并验证了该方法的可行性。分析结果表明：在满足煤炭巷道成型标准的情况下,该系统的自主探测范围可达400 m左右。为了进一步提高自主测量范围,提出了一种定位基站自主标定方法,可实现掘进机巡航参数的跟随性测量,减少综掘人员的井下作业时间。该项研究可有效防止因偏掘引起的巷道错位,实时提供掘进机位置状态及位姿参数,为实现掘进机自主巡航奠定基础,满足深部危险煤层开采的无人化需求。     

汽车发动机缸体镶套修复研究

研究分析了镶套修复的原理,采用加热镶套压入法对车发动机缸体进行了修复。结 果表明,车辆运行了8万km后,车辆运行状况仍然很好。这对缓解车发动机缸体备件供应困难、节 约材料、降低维护成本都具有重要意义。