基于WSN的矿井事故搜索探测多机器人系统

为解决煤矿井下事故中环境探测、人员搜索定位、远程通信等问题,建立了一种基于无线传感器网络的子母式多机器人系统,设计了子、母2种机器人构型并具体分析了其越障性能,提出了以子机器人为节点的链状冗余传感器网络结构,建立了一种基于FPGA软核的多传感器接口模块.初步实验证实,这种以移动机器人为节点,采用无线传感器网络技术将多机器人协调控制而实现的矿井搜索探测多机器人系统,能够在井下复杂地形中运动并配置多机器人节点,搭建无线多跳通讯网络,实现井下信息获取和多机器人控制.     

基于虚拟现实的煤矿救援机器人远程控制技术

针对当前煤矿井下救援机器人自主导航效率低下,难以满足矿难时效性的救援要求,提出了一种基于虚拟现实(VR)的煤矿救援机器人远程控制方案,以虚拟仿真技术、智能检测与控制、远程通信、环境动态建模等技术为基础,以煤矿救援机器人的远程控制为目标,建立了煤矿救援机器人虚拟仿真模型以及井下工作环境场景,对传感器数据进行解析动态建模,完成机器人井下的以巷道为基础的局部定位,并实时更新煤矿救援机器人井下作业场景,为机器人自主控制增加了判据。此方案定位于复杂工况下有效的人工远程干预,借助VR技术充分融合人、机和环境信息,可有效提升井下矿难救援效率。     

煤矿机器人检测检验技术发展趋势 及存在的问题

分析了煤矿井下机器人检测检验技术国内外现状及发展趋势,针对煤矿机器人提出需进一步研究组合型防爆安全检测检验技术,并应引入基于仿真分析对机器人爬坡、越障、防爆结构设计合理性及环境适应性的检测评估技术,急需搭建井下应急救援环境实验室,开展煤矿机器人环境适应能力实验与分析,通过大量实验对煤矿机器人动力电源充电安全性进行验证,同时应加快煤矿机器人检测检验标准或规范的制定,更有效地对煤矿机器人性能、指标、工作及贮存条件等进行管控。     

煤矿救灾机器人超声波和惯性导航技术

针对煤矿救灾机器人导航系统的导航精度低的问题,结合煤矿井下非结构化环境的特点,提出一种适于煤矿井下灾后环境的超声波导航和惯性传感器的导航方法,并利用粒子滤波技术进行算法设计。结果表明,基于超声波和惯性传感器融合的导航性能满足煤矿救灾机器人的导航需求,算法的收敛速度很快,提高了煤矿救灾机器人的导航性能和应急抢险能力。     

煤矿移动机器人双机合作运动测试和分析

针对煤矿井下的恶劣环境,自主研发了移动式煤矿移动机器人,机器人采用无线遥控和超声波自主避障相结合的控制模式,可以代替作业人员进入井下巷道执行任务、环境探测和灾后遇险人员的搜救。在已模块化机器人的基础上,对2个机器人进行球铰连接,通过软件调试,对机器人的跑偏进行修正,并通过实验完成了运动控制策略的优选。为多机器人合作的运动控制策略提供参考。     

摇杆式四轮煤矿探测机器人行走机构研究

为研究能够适应煤矿井下复杂地形环境的探测机器人行走机构,分析了圆锥齿轮啮合型差动机构的工作原理并进行了详细的结构设计,采用摇杆悬架结构设计了摇杆式四轮煤矿探测机器人,并对该机器人进行了虚拟仿真和样机试验验证。     

煤矿井下瓦斯智能巡检机器人系统的研究与设计

针对当前煤矿井下瓦斯巡检作业依赖人员操作和固定探头感知存在的自动化程度低和灵活机动性差等问题,设计了一种煤矿井下瓦斯智能巡检机器人系统(以下简称机器人系统),介绍了机器人系统的总体设计,并对机器人系统的本体机构设计、控制系统设计以及信息与通信系统设计进行了详细的介绍。测试结果表明,该机器人系统能够满足复杂巡检工况地形的越障要求,能够完成煤矿井下环境中瓦斯的实时精准监测。     

基于ADAMS的煤矿井下搜救机器人越障性能分析

针对复杂的煤矿井下环境对搜救机器人越障性能和转向灵活性的要求,提出了一种具有前摆臂的履带机器人。为了检验设计方案的有效性,对机器人爬坡、跨越凸台和转向进行分析,并用ADAMS进行仿真。仿真结果验证了机器人的越障、转向性能以及分析结论的正确性。     

基于WIFI的井下救援机器人无线监测系统设计

设计了井下救援机器人无线监测系统。系统采用2.4 GHz的无线高频电波,利用无线网桥进行桥接,在井下和地面之间建立了一条无线通信链路,使得集成视频监控、远程遥控、数据采集功能于一体的救援机器人能够及时、准确地将灾害现场的环境信息传送给上位机。探究了无线通信信道在煤矿井下的传输特性,并利用MATLAB/Simulink对其进行了仿真分析。     

基于RSSI井下人员定位Trilateration-GSA算法研究

针对煤矿井下人员定位不精确这一实际问题,研究了基于ZigBee的无线网络井下人员定位监测技术,并且提出了一种基于RSSI接收信号强度进行精确定位优化的TrilaterationGSA算法。通过对ZigBee无线网络的搭建,用多边测距算法得到多组预测定位信息,通过引力搜索算法(GSA)进行数据的优化,减少煤矿井下特殊环境对定位信息的影响,实现了对井下人员的精确定位。使用MALTAB进行模拟煤矿的环境搭建并且进行仿真测试,并对测试数据进行误差分析,测试结果显示了该算法可以提高井下人员实时位置监测的精度,为井下人员的管理提供了技术支持,具有较好的应用价值。     

The theoretical research on localization using improved particle filter for mine rescue robot in unknown underground space

The localization for mine rescue robot in unknown space of coal mine emergency was researched, basing on the requirement of mine rescue robot localization which enters the scene of the coal mine accident, unknown circumstance, the unstructured, non-Gaussian and nonlinear work-space for robot works. The localization using particle filter was proposed to which is applied in mine rescue robot in unknown under-ground space. Meanwhile, focusing on severe particle sample degeneracy in the primary particle filter, an improved particle filter was proposed to reinforce the stability of particle filter. Being compared with localization using extended Kalman filter through simulation experiment, the localization using particle filter is proved to have more locating accuracy in unknown underground space and better computational real-time ability, which solves the pre-localization problem of robot underground. Supported by the National Natural Science Foundation of China(50674075)     

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。     

煤矿井下机器人钻臂智能控制研究

煤矿井下作业环境复杂且恶劣,经常发生危险状况,严重威胁到作业人员的人身安全及健康,通过引入机器人替代人工钻孔,能够在一定程度上减少煤矿井下事故,确保煤矿井下生产的安全性。介绍电液比例控制系统模型构建方案,对机器人多关节间的耦合及补偿进行阐述,最后对神经网络控制进行分析。     

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。     

面向煤矿井下局部复杂空间的机器人三维路径规划方法

自动机器人逐渐开始应用于井下无人或少人煤炭开采、危险探测和救灾过程中。根据井下局部复杂空间比较小而且密闭,障碍物分布复杂,地面不平整的特点,提出了一种基于混合蚁群-蜂群算法的井下局部复杂空间机器人三维路径规划方法。所提出的井下局部复杂空间机器人三维路径规划方法具有产生初始可行路径简单,探索新的可行路径能力强的特点,可有效解决蚁群路径规划算法可能过早陷入局部最优解,人工蜂群算法迭代次数过多的问题。对所规划的三维折线路径采用了B-spline插值方法进行了曲线化拟合,可产生出井下机器人最优的连续平滑路径,更有利于机器人平稳行进。仿真结果表明:采用所提出的基于混合蚁群-蜂群算法的井下局部复杂空间机器人三维路径规划方法,机器人可有效对在井下局部复杂空间进行三维路径规划。     

轮履复合式煤矿井下环境探测机器人的结构设计及运动特性分析

针对矿难发生后煤矿井下环境的特点,结合目前轮式、履带式移动机器人运动机构的优点,设计一种8自由度用于煤矿井下环境探测的轮履复合式机器人。详细介绍了机器人的结构设计和运动特性。该机器人设计了四轮驱动装置以及三节式复合结构,具有较好的机动性能,较强的越障、跨沟能力和严格的防爆性能。     

Constructing of wireless emergency communication system for underground coal mine based on WMN technology

Based on the Wireless Mesh Network (WMN), a wireless emergency communication system for underground coal mine which was designed to be capable of video surveillance, voice communication, and environment monitoring at the same time was proposed. The network architecture of the system was proposed, and its service model, extensible technology, medium access control, routing algorithm, channel allocation and system management technologies were analyzed according to the actual rescue requirements of underground coal mine and the characteristics of underground spatial structure and radio transmissions. The relevant theories and key technologies were extracted, which would provide theoretical support for the system development.     

煤矿救援机器人路径规划的蚁群优化算法

煤矿救援机器人执行救援任务时,需躲避水、火、障碍物等危险区域,提升了路径规划的难度,为此提出了煤矿救援机器人路径规划的蚁群优化算法。充分考虑煤矿救援机器人运行过程中的水、火、障碍物等分布,采用栅格法建立机器人路径规划的环境模型,确定栅格环境模型内机器人路径规划问题的目标函数,采用蚁群优化算法求解机器人路径规划问题的目标函数,通过改进信息素规则、限制信息素阈值以及改进转移概率3个方面优化蚁群算法,避免蚁群算法求解全局最优解时陷入局部最优。实例分析结果表明,该算法在满足收敛速度条件下有效规划煤矿救援机器人行驶路径,所规划路径的路径长度、转角数量以及危险度均为最优,为机器人安全作业提供理论依据。     

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。