悬臂式掘进机截割头姿态视觉检测系统

针对悬臂式掘进机截割头姿态检测难题,提出一种利用视觉传感器识别红外标靶特征的截割头姿态测量方法,并构建了测量系统。该系统以掘进机截割部所安装标识板上的红外LED作为信息来源,通过对红外LED特征点成像特征的分析,建立掘进机截割头姿态空间解算模型。通过防爆工业相机采集布置于掘进机截割部标识板的红外LED特征点图像,利用高斯曲面拟合算法对特征点进行中心定位;采用P4P方法对特征点的空间三维坐标进行求解;并且建立了基于误差模型的对偶四元数截割头位姿最优解算模型,完成掘进机截割头姿态角解算。最终,在实验室条件下,搭建了掘进机截割部姿态视觉测量平台,模拟截割部实际工况姿态。试验结果表明,该方法的角度测量误差在0.5°范围以内,可以满足掘进机截割过程中截割头姿态角自动、准确、实时测量的要求。     

悬臂式掘进机机身及截割头位姿视觉测量系统研究

针对煤矿井下悬臂式掘进机机身及截割头位姿测量难题,提出一种基于激光束和红外光斑特征的悬臂式掘进机机身及截割头位姿视觉测量系统。在掘进工作面的巷道顶部安装3个激光指向仪,通过固定安装在掘进机机身上的防爆相机对激光束图像进行采集,利用改进的随机Hough变换对激光束进行直线检测,通过建立的基于两点三线的掘进机位姿解算模型得到掘进机机身在巷道坐标下的位姿。同时,通过防爆相机对截割部所安装的红外标靶图像进行采集,利用高斯曲面拟合算法对光斑进行中心定位,通过建立的基于对偶四元数的掘进机截割头位姿解算模型得到截割头在机身坐标系下的位姿,结合得到的机身坐标系与巷道坐标系间的转换关系,得到巷道坐标系下的截割头中心点位姿。最终,在实验室搭建了掘进机机身及截割头位姿视觉测量平台,并在该平台上模拟掘进机的实际工况位姿,结果表明,该方法测得的掘进机截割头中心点在巷道坐标系下的姿态测量误差在0.5°范围以内,位置测量误差在40 mm以内,可以满足掘进机机身及截割头位姿自动、准确、实时测量的要求。     

悬臂式掘进机视觉伺服截割控制系统研究

悬臂式掘进机的自动化、智能化程度低严重制约着煤矿巷道施工技术的发展,智能掘进技术成为目前国内外研究的热点.针对煤矿悬臂式掘进机自动截割控制问题,将视觉测量传感器应用于悬臂式掘进机截割头的控制系统中,提出了悬臂式掘进机视觉伺服截割控制系统.根据悬臂式掘进机的运动学,利用视觉测量系统有效实时反馈截割头位姿,融合惯性导航系统...     

截割头齿座参数化定位技术研究

为提高掘进机截割头的设计效率、齿座定位精度和检测能力,提出了由设计模块、制造模块和检测模块组成的截割头齿座参数化定位系统。截割头参数化设计专用软件按照一定约束条件对截齿布置参数进行快速计算;根据工业机器人工作原理和齿座空间排布特点,研制了高精度齿座定位机器人系统,实现了齿座在截割头表面的快速准确定位;通过齿座定位机器人结合非接触式双目视觉测量技术,提出了齿座定位精度的数值检测方法。对掘进机截割头进行设计制造和定量检测的生产应用结果表明,截割头齿座参数化定位技术能够满足各类型截割头产品的高精度制造。     

纵轴式掘进机截割机构仿真系统开发设计

根据纵轴式巷道掘进机截割头空间位置参数与巷道断面自动成形控制参数之间数学模型的空间运动分析,开发仿真系统进行仿真。获得纵轴式掘进机截割头轨迹与油缸伸缩量之间的对应关系,得到纵轴式巷道掘进机截割机构仿真结果的空间运动轨迹图和轨迹数据,对解决掘进机截割机构自动截割成形控制的关键问题具有很好的辅助作用。     

掘进机切割监控系统的研究

通过对掘进机截割过程的分析,建立了工作机构工作参数和巷道断面尺寸之间的数学模型,导出了悬臂转角、液压缸行程及截割头空间坐标的位置关系。在此基础上,开发了以单片机为核心的悬臂式掘进机切割的控制系统,可精确控制悬臂的摆动行程,并实时反应截割头所在位置,实现了基于负载反馈的掘进机截割机构的调速。该系统可对电动机参数进行连续在线检测,自动进行截割电动机的恒功率控制,并采用CAN总线技术编制了CAN节点通信程序,实现了系统的网络通信。     

影响横轴式掘进机截割机构振动特性的因素分析

在横轴式掘进机截割机构横向截割的刚体动力学模型基础上,利用计算机模拟方法获得其在不同参数下的振动特性曲线,并分析了截割头质量、悬臂质量、液压系统刚度及阻尼变化对掘进机截割机构振动特性的影响,为研究横轴式掘进机的振动特性,改进机器设计创造了条件.     

基于磁流变的巷道掘进机高效运行分析探讨

为了减少掘进巷道超挖欠挖现象,降低施工强度和成本,提高巷道掘进效率,采用一种基于磁流变截割环境感知与控制协同的巷道掘进机高效运行方法,依据掘进机截割环境感知数据,基于识别出的不同煤岩截割特性,针对巷道不同区域施工要求,采取相应的巷道掘进机多运动机构协同控制(行走速度,姿态,截割头摆动速度等参数),既能保证掘进机截割部处于恒功率高效运行,又能克服掘进机截割臂的惯性对截割成形质量影响,以高效的截割工艺路径控制掘进机完成断面自动截割作业,实现巷道掘进机精准、高效运行,改变采掘比例失调局面,满足煤矿集约化生产需求。     

基于单目视觉的煤矿井下智能掘进系统研究

针对目前煤矿井下掘进系统智能化建设推进的众多阻碍，为了井下悬臂式掘进机在复杂环境下的动态定位测量，提出一种基于单目视觉的采用点-线激光标靶和防爆相机相结合的悬臂式掘进机及截割头的非接触式精准测量智能系统，该系统通过激光束及红外标靶成像进行掘进机机身及截割头的定位测量，具有定位速度快、实时同步数据、结构简单等特点，优化了掘进机在井下复杂环境中动态定位的准确性。同时，针对掘进机械定位过程中可能导致的测量误差进行了分析，并提出了相应的改进措施。     

不同工况下掘进机截割性能多目标优化

为了提高掘进机的截割效率，以掘进机截割部的运动参数为设计变量，研究悬臂式纵轴掘进机的截割头自转速度、摆动速度等运动参数对截割性能的影响，用MATLAB模拟各性能参数变化规律，以单个截齿载荷分析为基础，建立截割头各向载荷数学模型，根据现场经验给定运动参数设计空间，建立截割头的截割阻力、负载转矩、截割比能耗和截割生产率目标函数，采用线性加权法将多个优化目标转为单个目标，分别给出正常工况和夹矸工况的加权系数，求解截割运动参数最优配置，在EDEM仿真软件中对优化前后的截割性能进行验证，结果表明最优运动参数下的掘进机综合截割性能更优，截割能力、破岩能力提升，截割比能耗降低，生产率得到了显著提高，产尘量得到了一定程度的控制。     

基于机器视觉掘进机位姿检测应用现状与趋势

机器视觉技术依靠非接触、获取信息丰富的特点,在煤矿智能化的进程中得到了广泛应用,同时在煤炭开采中,掘进机的位姿检测有利于掘进机的自动化以及智能化操作进而有利于煤矿智能化进程的推进,不仅能缓解采掘失衡的矛盾,同时能降低工人的劳动强度,本文分析了近几年来机器视觉技术在掘进机位姿检测中的应用现状与趋势,研究了各种掘进机位姿检测方法中所涉及的图像预处理以及位姿检测模型的关键共性问题,并就关键共性问题,提出了机器视觉技术在掘进机位姿检测的应用中,应在图像采集硬件、位姿检测的冗余性以及特征提取的精确性方面做出突破。     

基于机器视觉的悬臂式掘进机机身位姿检测系统

针对矿井巷道自动掘进的需求,为矿用悬臂式掘进机构建了一套机身位姿实时检测系统。该系统以十字激光器与激光标靶为信息来源,通过对标靶上十字光线成像特征的分析,建立了掘进机机身位姿空间解算模型。该模型利用机身与十字激光面的空间关系,使用空间矩阵变换方法,得到机身相对于巷道的三轴倾角以及在巷道断面上的偏离位移,实现了掘进机机身位姿的自动实时检测。最终,在实验室条件下,搭建了机身位姿自动检测试验平台,模拟掘进机在巷道内的姿态,试验结果表明:测量范围在2~100 m时,系统的角度测量误差在0.5°范围内,位移的检测误差小于20 mm,能够满足巷道施工过程中掘进机机身位姿自动、精确、实时测量的要求。     

悬臂式掘进机自动截割控制系统设计

针对目前悬臂式掘进机自动化及智能化控制程度低等问题,提出了自动截割控制技术。通过建立截割头空间位置数学模型,设计了悬臂式掘进机自动控制系统,同时以可编程计算机控制器PCC模块化功能为基础完成对自动截割控制系统的程序设计。针对目前其可视化程度低的缺陷,设计了上位机监控,并与PCC进行实时通讯,以实现掘进机运行状态的实时监测。最后进行了井上井下实验,其结果证明:该控制系统运行可靠、稳定,重复精度高、无累计偏差,完成自动截割及刷帮功能后,巷道两帮无明显误差,能够很好地实现自动截割功能。     

悬臂式巷道掘进机的作业仿真

提出了对悬臂式巷道掘进机进行作业仿真的思路与方法．采用恰当的规划方法，将连续的作业过程离散化为有限个作业工况，引入了整机切割力的概念，分析各工况下机器的性态、作业能力、各机构和系统设计参数的配合状况．介绍了运用仿真图对机器的作业性能和设计参数的合理性进行分析和评价的方法．本方法已应用于掘进机的方案设计中，并取得了明显的效果     

掘进机截割硬度参数的确定及其影响因素

介绍现行横、纵轴系列掘进机截割部截割头的结构及其工作原理,对截割头的截割能力起重要因素的参数—截割硬度进行分析,探讨了掘进机截割部分设计时,理论影响截割硬度的几项参数及其他因素。     

基于岩石截割试验的悬臂式掘进机设备优化选型

如何将悬臂式掘进机与金属矿岩体特性、采矿方法、采矿工艺相结合,进行合适的设备选型,成为制约掘 进机顺利使用及效率发挥的重点。通过分析悬臂式掘进机截齿截割破岩过程,以金属矿掘进机机械采矿为研究背 景,提出了悬臂式掘进机设备优化选型方法。以实际矿山为研究对象,获取矿山现场岩样来开展单截齿截割破岩试 验,测试截齿破岩的最大截割力与比能耗。将１６０、２００、２６０、３８０型号悬臂式掘进机截割头截齿截割力转化为单截齿 截割破岩力,并与截齿截割破岩试验结果进行对比,以此推荐满足破岩能力要求的掘进机截割功率。基于上述研究 成果,对实际工况下截割效率与生产能力进行预测,详细测算其采矿作业技术经济指标,从而实现对悬臂式掘进机进行 优选,最终推荐适用于矿山的悬臂式掘进机设备型号为２６０型。通过上述方法创新了地下非煤矿山掘进机设备选型方 法,弥补了传统仅靠岩石单体强度经验推荐掘进机的缺陷,适用于我国非煤金属矿山的悬臂式掘进机设备优化选型。     

煤矿悬臂式掘进机截割头位置精确控制方法

针对煤矿悬臂式掘进机截割断面自动成形控制问题,建立了截割头控制系统传递函数模型,并提出了一种基于PID控制的悬臂式掘进机截割头位置精确控制方法。根据悬臂式掘进机截割部结构及其运动学分析,建立了掘进机截割头控制系统传递函数模型。为了验证建立的截割头控制系统传递函数模型的正确性和PID控制方法的效果,进行了仿真实验分析和在悬臂式掘进机实验平台上进行加入PID与否的对比实验验证。实验结果表明:在加入PID反馈控制后,截割头位置控制精度大大提高,竖直截割实验最大误差约为1%,水平截割最大误差约为1.7%,矩形断面截割高度和宽度最大误差均约为1%。因此,根据建立的控制系统传递函数模型和基于PID的控制方法实现了煤矿悬臂式掘进截割头位置的精确控制,对于实现掘进机的智能化和确保煤矿安全高效生产具有重要意义。     

EBZ315掘进机截割头设计

通过EBZ315掘进机截割头的整个设计过程,详细介绍了掘进机截割头各个主要参数的确定原则和方法。优化了截割头截齿的空间排布,计算了平均单齿截割力,阐述了设计合理的截割头应满足的要求。     

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。