基于采矿车动力学分析的改进 A∗ 算法全局路径规划

为了在综合考虑时间和路程代价下规划一条用于多金 属结核采矿车避障的最优路径,提出了一种改进的 A? 算法 的全局路径规划.基于采矿车越坡的动力学分析,计算不同 坡度的越坡时间,构建体现多金属结核矿区独特地形元素的 模拟栅 格 地 图.引 入 参 数a? ,传 统 A? 算 法 的 代 价 函 数 g(k)被改进为距离代价函数和时间代价函数的加权和.采 用曲线拟合法和多余节点删除法避免了折弯处的４５°急转从 而平滑路径.仿真结果表明,通过选择合适的参数a? ,改进 A? 算法可以规划出综合考虑时间和路程代价的平滑避障路 径.以越坡数和路径消耗为评价指标,得到了改进 A? 算法 代价函数中参数a? 的最优取值为０＜a? ≤０．０１.     

深海浮游式采矿车性能的影响因素研究

游式采矿车（ROV采矿车）是切削头和集矿头作业的载体,是采矿系统的行走平台,该平台的性能直接关系到切削头和集矿头作业。因此根据钴结壳矿床赋存区矿岩的物理力学特性和微地形地貌特点,研究浮游式采矿车在钴结壳富存地面上的行驶特性,分析牵引性、稳定性。分析其部件受力情况,找出对浮游式采矿车作业性能有重要影响的因素,并进行尺寸预测,对于论证浮游式缆控水下机器人用于钴结壳开采的可行性具有重要的参考价值,对于钻结壳开采具有指导意义。     

深海采矿车行走速度控制器设计

为了确定最适用于深海采矿车履带速度控制的控制算法,基于已知的深海采矿车液压控制模型,建立了速度闭环控制的控制系统流程.研究了伯德图校正法、最优控制法、PID控制法以及自适应模糊PID的控制效果.仿真结果表明,自适应模糊PID法最适用于深海采矿车的速度控制.     

基于航位推算的深海采矿车定位系统研究

针对深海钴结壳矿区地形不平坦, 采矿车作业环境恶劣, 车体打滑严重等复杂情况, 设计了一种基于从动轮测速的航位推算定位方法。用不同时刻、不同斜面复合三维地形的方法, 建立非平坦地形上作业采矿车的航迹推算模型, 采用电子罗盘、角位移传感器等测量采矿车的动态参数, 实现采矿车连续、实时定位。试验结果表明, 该定位系统能适应复杂的工作环境, 具有较高的定位精度。     

基于AMESim的深海采矿车液压执行系统建模与仿真

以深海采矿车液压执行系统为研究对象,利用AMESim软件建立仿真模型,模拟深海环境下采矿车越障的典型工况,通过设置主要系统参数,实现深海采矿车液压执行系统的动力学仿真。仿真结果表明,液压执行系统及各液压元件在深海采矿各种越障工况下安全可靠,系统稳定性好。模拟结果可以为深海采矿车液压系统的优化设计及控制提供理论依据。     

深海采矿车行走履带淹没水射流减粘脱附研究

深海多金属结核采矿车作业时行走履带板齿间粘附的底质会影响行驶性能,因此利用淹没水射流减粘脱附。针对采矿车行走履带板齿间粘附底质的成因,利用采矿车牵引力模型分析了牵引力与履齿有效高度的关系,通过土体临界破坏力理论和淹没水射流理论,导出了无量纲冲坑半径与深度方程。结果表明:行走履带与底质相互作用致使履带板、齿间粘附一定底质,牵引力随履齿剪切未扰动底质的有效深度减少而减小,推荐履齿高度在100～150mm之间;无量纲冲坑深度随半径先缓慢增加后快速增加,与水射流参数、靶距、底质临界破坏力有关,水射流参数为1r/b_p2,0.4h/l3时,减粘效果较好。此研究对深海多金属结核采矿车减粘脱附系统设计有重要参考价值。     

煤矿井下基于改进A*算法的移动机器人路径规划

移动机器人的路径规划一直是移动机器人研究领域的难点问题。针对煤矿井下环境的不确定性,移动机器人路径规划效果不理想,采用启发式搜索算法中的A*算法实现井下移动机器人的局部路径规划,并对A*算法中的估价函数进行加权修正,保证了估价函数的可靠性,提高了路径规划效率。仿真实验说明该方法的有效性和可行性。     

煤矿井下基于改进A*算法和移动机器人路径规划

移动机器人的路径规划一直是移动机器人研究领域的难点问题.针对煤矿井下环境的不确定性,移动机器人路径规划效果不理想,采用启发式搜索算法中的A*算法实现井下移动机器人的局部路径规划, 并对A*算法中的估价函数进行加权修正,保证了估价函数的可靠性,提高了路径规划效率.仿真实验说明该方法的有效性和可行性.     

深海采矿车控制技术研究

深海采矿对人类具有重要的意义,目前尚处于原理性研究阶段,面临着很多技术难题和科学问题。由于试验的困难、技术瓶颈的存在,我们迫切需要对深海采矿技术进行广泛全面的探讨,有利于对必需技术进行提前储备。文中对深海采矿国内外研究现状进行了综述,对深海未知极限环境下采矿车建模与仿真、深海强作业条件下采矿车导航、采矿车下放姿态控制、稀软底强扰动采矿车高精度轨迹跟踪、集矿头位姿跟随控制、集矿系统故障诊断与容错技术等关键技术进行了探讨,指出了它们的困难所在与研究方向。     

基于ATV两履带深海钴结壳采矿车工况稳定性仿真研究

利用ADAMS的履带工具箱（ATV）模块可方便地进行履带车辆的动力学分析。本文在ATV提供的坦克模型（Tank.mod）的基础上,增加了螺旋滚筒切削头,建立了深海钴结壳采矿车的多体系统动力学模型。就下列四种情况在硬路面上进行了工作过程动力学仿真水平路面,15°坡面,0.6m深沟,0.4m高垂直障碍。通过分析,得出采矿车工作时能平稳通过前面三种路况,但是并不能通过0.4m高垂直障碍。     

二叉树路径规划算法在栅格地图中的应用

基于栅格图的路径规划算法主要有A~*算法、快速搜索树算法等。在栅格地图规模增大的时候,以上算法的运算量将大幅增加。笔者提出一种将图搜索与栅格搜索结合的二叉树路径规划算法。该算法通过逆向搜索优化局部路径、剪枝优化二叉树,从而得到最佳路径。相比快速搜索树算法,二叉树路径规划算法具有概率完备性,在运行测试试验中,实际展开结点数量为A~*算法的28%,运行时间仅为A~*算法的52%。     

中国深海多金属结核采矿车研究的发展

我国深海多金属结核采矿车技术研究历经30年发展,可分为3个阶段:实验室研究、湖试和海上试验阶段。介绍了单体功能单元与整机实验室试验、整机抚仙湖试验、南海500m海上试验的情况。经过不懈努力,极大地缩小了与国外的技术差距。     

基于障碍物尺度的封闭狭长空间路径规划研究

栅格法广泛应用于移动机器人环境建模和路径规划中。为了解决在狭长空间如煤矿巷道环境中，障碍物、机器人和空间尺寸失调，以机器人中心点到自身轮廓最远距离的2倍为栅格尺寸建模容易导致路径规划失败的问题，采用以影响机器人通行的障碍物大小为基准设定栅格尺寸、机器人尺寸在地图上占据多个栅格的狭长空间地图建模方法，利用障碍物碰撞检测函数对传统A^*算法进行改进，仿真研究了改进算法在狭长空间中的全局路径规划的有效性，开展了实际环境下的路径规划实验。研究结果表明，采用提出的栅格建模方法和改进A^*算法可得到一条起始点到终点的无碰撞路线，可完成狭长空间的复杂环境路径规划。     

深海采矿可视化监控中心三维建模方法

深海采矿过程中,不能对设备的工作情况直接进行观察,因此需要对采矿过程进行计算机监控.深海采矿可视化监控中心是为1000 m海试而开发的监控系统.它利用计算机强大的图形图像、远程通讯、数据库等功能实现对整个深海采矿系统的实时监控.主要介绍利用OpenGL和3DMAX协同工作建立监控中心模型的方法.     

深海采矿转臂关节运动规划的遗传退火算法

在转臂支腿式采矿机构中,采矿转臂受力复杂多变,若采用传统动力学对其分析时,工作量大,所解方程庞杂,求解不便甚至无解,而且不方便计算机数值求解。为此针对采矿机构转臂关节动力学特性,采用Kane法建立转臂姿态调整时的动力学模型,并在此基础上采用遗传退火算法对转臂关节运动进行规划,使其关节力矩变化幅度最小且采矿姿态调整更加平稳。为开发此新型采矿机构及其转臂在海水中精确控制具有积极的理论指导意义。     

坐底式深海采矿系统力学分析

为了隔离中继站与软管及采矿车的相对运动,提出了一种坐底式深海采矿系统,建立了考虑波浪、海流等因素影响的采矿船、张紧器和输送管的全系统耦合分析模型,对各设计工况下张紧器张力、输送管等效应力以及挠性接头转角等参数进行了计算分析,结果均满足相关规范要求,验证了坐底式深海采矿系统的可行性和作业的安全性.     

矿用机器人局部路径优化算法研究

煤炭资源现阶段依然是我国的主要能源之一,然而煤炭开采过程中的特殊环境导致了安全事故频有发生。针对发生矿难后环境复杂、光线黑暗、通信不畅等问题,为了使机器人要顺利避开巷道内障碍物达到目的地展开工作,提出了一种基于JPS(jump point search)—A*的算法,在保证选出最优路径的同时,大大减少了传统A*算法在寻路过程中扩展的节点。实验室仿真结果表明运用改进后的A*算法,较传统A*算法在寻找最佳路径的速度提高了约2倍,在现实工业生产中具有深远的指导意义。     

基于改进混合A*算法的地下无人铲运机智能路径规划

矿山无人铲运机自主定位导航是井下采矿装备智能化程度评价的重要指标，其中路径规划是铲运机自主行走的重要组成部分。而目前井下铲运机的规划路径多以巷道中心线为基础或难以执行，本文提出了一种适用于地下矿采场无人铲运机的混合A*算法进行出矿点到卸矿点的全局路径规划。首先分析了井下铲运机的运动模型，确定其路径规划参考点及车辆本身的数学结构关系，简化路径规划问题复杂度；其次针对铲运机作为非完整约束机器人，从栅格地图中当前点到目标点启发式函数构建以及子节点扩展方法两个方面设计了混合A*算法进行全局路径规划方法；最终采用地下矿采场中常见的五种巷道交岔口场景进行了路径规划试验分析，证明了以Dubins曲线、ReedsShepps曲线以及A*算法的启发式函数值中最大值作为该节点启发式函数的值进行混合A*算法搜索更新较为合理，能得到可以行驶的优化路径。为进一步推进井下铲运机无人化提供了理论基础，保证了规划路径的可执行性。     

悬臂式采矿车越障性能研究

研究了悬臂式铰接结构采矿车的越障机理, 分析了悬臂位置对采矿车越障性能的影响。使用按比例缩小的实验车数据, 计算了不同悬臂位置参数下的极限越障坡度, 同时根据计算结果, 对相关参数进行了优化; 建立了基于优化后的结构参数的实验车虚拟样机系统, 并对该虚拟样机的越障过程进行了仿真分析。研究表明, 摩擦系数μ=0.4时, 该实验车可越过极限坡度为50°、垂直高度大于车轮直径的障碍物。结构参数优化后, 其越障极限坡度可达65°。