薄煤层智能回采系统关键技术研究

介绍了国内外薄煤层智能化回采技术发展概况;重点阐述了液压支架全工作面跟机智能化技术、采煤机全工作面智能切割技术、工作面视频监控技术、液压支架电液控制技术、工作面直线度控制技术、智能化远程集控技术、智能化集成供液控制技术、超前支护智能控制技术等薄煤层智能回采系统关键技术原理;针对目前矿井薄煤层回采存在开采难度大、经济效益低、资源采出率低等问题,从采煤机三维智能定位、煤岩界面智能识别、液压支架智能控制3个方面探讨了薄煤层智能回采系统关键技术的发展趋势。     

互联网与智能路灯的综合设计

通过对城市路灯的发展和互联网应用两个方面的调查和分析,发现两者能够相互促进发展。因此,设计了集无线网和智能控制于一体的路灯系统,即在路灯支架上安装高速无线网Wi Fi模块和传感器,既实现了路灯系统网络互联模式下的智能控制,也为其他互联网应用提供网络平台。试验表明,该系统能够实现光照度检测、声音识别、红外线人体识别、系统自检、故障自动报修和一键紧急报警等功能。探讨了该系统在智能交通领域的应用,由于Wi Fi网络分布在各道路两边,对"互联网+"的其他应用开发也起到支撑和推动作用。     

基于神经网络前馈补偿的欠驱动机器人越障控制

针对欠驱动巡检机器人相对于传统机器人控制量少于控制对象的特点,依靠Lagrange定理建立机器人系统动力学模型和电缆弯曲数学模型.根据障碍物外形特点给出障碍物特征量的提取方法;根据障碍物较大,常规的运动控制输出量不宜变化过大的特点,以及机器人越障过程中要保持机体平衡,依据动力学模型提出了基于神经网络补偿的前馈-反馈控制器,以实现对系统姿态控制和越障控制.控制器具有自学习、自动补偿的能力,对非线性对象有较好的控制作用.仿真结果表明,该方法相对于常规PID控制、普通模糊控制具有超前调节、超调量小、抗扰动能力强的特点.通过实验,验证了基于神经网络补偿的前馈-反馈控制器的合理性.     

基于互补滤波的两轮自平衡小车的实现

要使两轮自平衡小车协同运动、平衡稳定、有效控制,最为关键的首要因素是准确、快速地解算出其运动姿态信息。该文针对姿态信息解算的卡尔曼滤波解算复杂、运算量大等缺点,采用互补滤波将倾角、加速度传感器信息进行数据融合、优化,得到与实际姿态信息相一致的最优估计值。再综合视觉传感器,两轮自平衡小车自动调整运动姿态、及时修正并回归至平衡位置,实现平稳控制。提出利用传感器—倾角、加速度、磁力计、视觉,互补滤波,ARM微控制器,4G通信等多种技术,设计出基于互补滤波的两轮自平衡小车。详细阐述了工作原理、系统架构、硬件设计及姿态信息检测、互补滤波、方向检测等算法。实践表明,基于互补滤波的两轮竞速自平衡小车姿态解算准确快速、运动控制精准、转弯快速。     

矿区无人运输系统总体设计

目前针对无人驾驶矿用卡车的研究多集中在路径跟踪、安全通行辅助决策等具体控制方法上,不足以支撑整个矿区运输系统的无人化运营。针对该问题,提出了一种矿区无人运输系统总体设计方案。该系统分为云控中心、边缘侧、智能终端3层,主要包括矿用卡车自动驾驶系统、矿区无人运输云控调度平台、无人运输仿真系统、远程应急接管系统、健康管理系统、协同作业管理系统和定位/通信系统。矿用卡车自动驾驶系统具备单车智能管理功能,可实现障碍物感知、智能决策、路径规划、高精定位、精准控制等功能。云控调度平台用于统一调度管理,实现无人驾驶矿用卡车与电铲、推土机等的协同自动装载和卸载及无人驾驶矿用卡车与各类有人驾驶辅助作业车辆的协同混编作业。无人运输仿真系统根据矿山实时环境模拟不同调度运行方式,形成最优调度方案指导实际生产。远程应急接管系统可实现极端危险场景下无人驾驶矿用卡车的远程控制,确保在矿用卡车自动驾驶系统遇到故障时能够紧急接管车辆。健康管理系统通过安装在无人驾驶矿用卡车终端的相关传感器实现设备自检、故障诊断、检修结果上报、健康状态评估等功能。协同作业管理系统通过安装在有人采掘设备、工程设备、辅助生产设备上的软硬件系统,...     

数字孪生-应对智能化综采工作面技术挑战

基于智能化综采工作面目标任务-自主完成综采工作面可靠割煤、保持工作面几何关系、顶板可靠支护,提出了综采工作面智能控制关键技术,包括采煤机定位技术、工作面可视化技术、液压支架电液控制技术（装置）、工作面通信技术、综采装备协同控制技术、采煤机自动调高技术、工作面自动调直技术和工作面围岩支护控制技术（其中前3种技术属于智能化综采工作面的感知与执行层,工作面通信技术是智能化综采工作面的传输层,后4种技术属于智能化综采工作面的决策层）。指出智能化综采工作面面临的挑战为决策层的自主决策能力不能适应复杂多变的工况、感知与执行层不能支撑决策层的信息需求和决策指令的可靠执行。针对上述挑战问题,采用基于仿真的数字孪生建模方法,提出了综采工作面数字孪生系统架构。综采工作面数字孪生系统虚拟实体包括机理模型和行为模型,利用综采装备机理模型可获得综采装备物理系统的不可测数据,行为模型可为综采工作面智能控制系统提供反映物理装备运行状态的全息信息,解决决策层数据信息匮乏问题;综采装备机理模型与其控制系统组合的离线运行模式形成综采工作面硬件在环仿真系统,为基于工艺规则的智能控制算法提供测试平台;综采装备机理模型、行为模...     

液压支架关键姿态参数测量系统

针对现有液压支架姿态监测方法测量参数不全面、精度和可靠性不高、工况环境适应性差等问题,提出一种直接测量与间接测量相结合的液压支架关键姿态参数测量系统,研制了以DSP为核心、以MEMS惯导为测量元件、具备LoRa无线通信功能的姿态传感器。分析得出了影响液压支架支护姿态的关键参数,其中底座、前连杆、掩护梁和顶梁与水平面夹角及推移步距采用直接测量方式,支护高度、立柱与平衡千斤顶长度采用间接测量方式。该系统包括安装于底座、前连杆、掩护梁、顶梁处的4个姿态传感器和1个安装于底座的红外激光测距传感器,采用LoRa无线通信方式组网。底座处的姿态传感器作为网关（即网关传感器）,用于测量底座与水平面的夹角,控制红外激光测距传感器测量推移步距,并解算支护高度、立柱长度和平衡千斤顶长度;其他3处的姿态传感器作为节点（即节点传感器）,用于测量前连杆、掩护梁和顶梁与水平面的夹角,并将获得的角度信息上报至网关传感器。测试结果表明,姿态角测量的最大绝对误差为0.2°,支护高度、立柱长度、平衡千斤顶长度测量的最大百分比相对误差分别为0.78%,0.72%,0.83%,推移步距测量的最大绝对误差为1.9 mm。以ZY9...     

基于主视图投影的列车障碍物侵限实时感知方法

为提高轨道交通自动驾驶列车的障碍物感知能力,需增加列车对运行场景中障碍物侵限的感知能力。针对目前多传感融合算法对限界分析较少、实时性差、算力要求高的问题,文章提出一种使用相机和激光雷达作为传感器实时感知侵限障碍物的方法。该方法基于主视图（front view, FV）二维投影平面进行信息融合,通过离线联合标定获得投影矩阵,将激光雷达点云投影到FV平面,从相机图像中提取轨道计算限界;并使用点云预测修正传感器同步误差,根据投影的障碍物点云和限界做出侵限判断。通过在列车上安装传感器和感知系统进行了数据采集和实验验证,结果显示,本方法能够在低功耗嵌入式设备中运行,算法平均耗时16.2 ms;可以实时检测列车运行时前方障碍物是否侵限,并同时获得障碍物的位置和尺寸信息。     

煤炭智能化开采关键技术创新进展与展望

全面总结了薄煤层和较薄煤层智能化开采、厚煤层大采高和超大采高智能化开采、特厚煤层综放开采智能化技术的创新与实践,分析了存在的不足;提出了综采装备适应围岩活动及环境动态变化所需攻克的采煤机智能调高控制、液压支架群组与围岩的智能耦合自适应控制、工作面直线度智能控制、基于系统多信息融合的协同控制、超前支护及辅助作业的智能化控制5项关键技术,为将智能开采由目前的初级阶段升级为自学习、自决策、自修正的高级阶段奠定技术基础;对煤炭行业近期、中期和远期提出了智能化、有限无人化和流态化的技术发展方向和目标,展望了可能的发展路径及需要突破的关键技术和发展方向。     

察哈素煤矿智能化建设实践

以国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿智能化建设为背景,阐述了煤矿智能化建设的重要内涵：通过完善各类设备设施,建设采、掘、机、运、通、洗、选等生产环节智能化系统,并构建智能生产综合管控平台,将各个环节接入,形成一个总体智能化体系,对煤矿进行整体感知和综合管控。从智能生产综合管控平台、主运输巷道智能巡检机器人、选煤行业分散控制系统、液压支架智能控制、刮板输送机智能控制、设备集中远程控制、精准定位、煤岩界面识别、围岩自适应支护、自主纠偏等方面分析了煤矿智能化建设关键技术。通过煤矿智能化建设,察哈素煤矿在生产智能化水平和企业安全管理水平方面得到了大幅进步。     

KJ765(A)矿用顶板压力监测系统

<正>KJ765(A)矿用顶板压力监测系统由天地(常州)自动化股份有限公司研制推出。该系统是基于以太网平台建立、可实现全矿井矿压在线监测的综合监测系统,支持多元矿压参数监测,每个测区内可兼容支架工作阻力、顶板离层、围岩应力、锚杆/索支护应力多元参数监测,实现了复杂环境条件下的煤矿顶板自动监测和分析。     

智轨电车纵向智能控制算法研究与应用

针对智轨电车智能驾驶需求,文章提出一种基于驾驶员行为习惯模型的纵向智能控制算法,其首先分析了智轨电车的运营场景与环境,并基于多传感器感知融合技术来保障列车周边环境360o无盲区障碍物识别与列车高精定位功能;通过引入状态机设计模式与模拟驾驶员行为特性设计思想,进行智轨电车纵向智能控制多模式划分,设计了纵向智能控制策略与算法,实现了列车自主跟车、自动通过红绿灯路口、弯道自动减速以及站点高精对标停车等智能驾驶控制功能。仿真测试结果表明,采用所开发的纵向智能控制算法,车辆能稳定跟随前车起步、加减速与停车,并能实现弯道自动减速和自动通过交通灯路口,且跟车过程中速度控制精度稳定在±1 km/h以内、冲击率小于0.75 m/s³,进站对标停车误差小于±0.21 m,有效降低了司机驾驶工作强度,提高了列车运行舒适性与运营效率。     

穿戴式自动加压脉象采集系统设计

针对传统中医脉诊过程存在主观影响、无定量标准、脉诊过程复现困难等问题,依据中医脉诊理论,结合新型传感与物联网技术,设计了一种便携式、可穿戴的自动加压多路脉象采集系统.系统采用充气式气囊施压方法,实现中医脉诊浮、中、沉脉象的施压控制,完成手腕寸、关、尺位置的脉搏信号采集,脉象采集终端通过本地路由器连接云服务器,实现数据的云端存储、显示.为线下精准医疗场景提供硬件可行性支撑,进而可以为中医脉象识别,脉象与病症的对应验证以及传统中医学向智能诊疗发展提供技术基础.     

基于自抗扰解耦模型的四旋翼姿态控制器设计

为了克服传统控制器控制四旋翼姿态效果差的问题,提出了基于自抗扰解耦模型的四旋翼姿态控制器设计。硬件结构通过通过 PCIE-PCI 转接卡和运动控制板卡连接计算机,借助运动控制板卡计算四旋翼电机控制量;选用MACH4运动控制板卡有效控制四旋翼姿态加速度;选择JQX-13F型号继电器,在电气输出电路中形成控制量阶跃性改变,借助小电流去操控大电流,有效控制四旋翼姿态角速度;使用MS-S3型号带数显伺服驱动器,可根据负载不同自动调节驱动器输出电流大小。以Cortex- M4内核结构为基础设计微控制器,有效控制四旋翼姿态角。分析四旋翼姿态控制器受力情况,构建自抗扰解耦模型,在滚转角、俯仰角和偏航角支持下,计算螺旋桨中心至机体坐标原点的距离、惯性力矩,借助Visual C++6.0设计控制流程。实验结果表明,以X轴为例,采用所设计控制器得到四旋翼加速度平均值为0.8m/s2、角速度平均值为6.08m/s、姿态角平均值为10.5°,与实际情况相符合,表明该控制器能够实现飞行姿态的稳定控制。     

基于多传感器集成的仿人机器人足部感知系统

足部是仿人机器人本体支撑的基础,也是唯一与地面接触并发生相互作用的主要部件,其各种地面信息获取能力是机器人实现仿人的自然性稳定行走控制的关键.基于六维力传感器、惯量测量单元和柔性触觉阵列传感器,设计了一种新型仿人机器人集成化足部感知系统(IPFS).具备对各种地面环境识别和足部姿态获取、足底与外界接触位置的实时感知和估...     

矿用卡车无人驾驶感知技术的设计与应用

针对我国矿区多尘、雨雪等恶劣天气、多碎石、路面颠簸等特殊环境导致障碍物检测不准确,易引起车辙误检的问题,设计了矿用卡车无人驾驶感知系统。构建了融合4D光场相机+激光雷达+毫米波雷达的感知系统,充分利用4D光场相机一次成像即同时可获得二维、三维一体化数据,免标定、无匹配误差、无融合误差、不受震动影响等优势,使感知系统具有极强的稳定性和高度的兼容性;构成了完整的数据通信系统,支持4G/5G/Mesh等多种通信方式,实现V2N、V2V和V2I通信,通过多种通信方式实现高精度差分定位信号的传输。将矿卡无人驾驶系统应用于黑岱沟露天煤矿,通过雷达点云数据、车辆位姿信息及地图融合模块,计算出车辆当前行驶道路路面的平整度、障碍物、可行驶区域检测等信息,在非结构化道路环境中,可实现行驶区域的稳定检测、感知模块可对路沿做稳定检测。     

多模态驾驶者姿态数据采集平台的研究

驾驶者全身姿态实时监测系统对于自动驾驶环境下汽车主、被动安全性的提升以及人机交互模式的完善具有重要意义。基于准确、稳定地采集和识别车内驾驶者姿态的现实需求,多传感器融合技术是发展的必然趋势;为开发可靠可行的姿态监测系统,高质量的驾驶者姿态数据是不可或缺的。因此构建了一个多模态驾驶者姿态数据采集平台,利用光学运动捕捉设备记录了23位志愿者各自执行42类动作时的真实姿态,同时利用彩色相机、深度相机和压力传感器对姿态信息进行测量。基于采集到的姿态数据,提出了一些应用示例,并展示了初步的研究结果。该数据采集平台能够为不同姿态识别方法的比较提供基准,为驾驶者姿态监测系统的开发提供数据支撑和思路借鉴。     

嵌入式助航灯具清洗机构控制系统设计

针对机场嵌入式助航灯具发光口自动清洗的需求,对嵌入式助航灯具清洗机构控制系统的方案进行设计;在控制系统需求分析的基础上,选用模块化设计方法,分别设计了以LM629微型控制器为核心的末端运动控制模块、以STM32F405RG为控制器的清洗控制单元模块、以工业相机为传感器的视觉检测模块;根据控制系统软件设计流程,实现清洗机构控制系统软件。实验结果表明:设计的嵌入式助航灯具清洗机构控制系统可实现灯具自动清洗,验证了控制系统的有效性与合理性,该系统具有良好的可维护性和可移植性,具有较好的工程应用推广价值。     

基于音视信息融合的桌面机械臂技能获取及控制系统

针对化学实验机械臂控制编程门槛高且技能获取准确率低等发展制约因素,设计一种基于音视信息融合算法的桌面型实验机械臂的控制系统,实验员通过边做边说的示教方式教给机械臂运动技能,进而代替实验员完成一些繁琐、具有危险性的实验工作。系统分为技能获取以及运动控制两部分。其技能获取部分使用改进的双流卷积网络实现动作检测;使用语音AI和正则表达式实现语音提取;再通过音视动作信息融合算法将动作检测和语音部分的识别信息相融合得出高重合度的运动技能,技能获取准确度可达81%以上。运动控制部分使用电机控制和抓取位姿识别,可实现更精细的控制和抓取。系统可用于具有特定流程化学实验的示教控制工作,在代替实验员来完成化学实验工作的同时大大降低了编程门槛,提高了效率。     

自动化工作面液压支架控制器设计

针对目前大多数煤矿仍采用手动方式操控液压支架控制器而导致作业效率低、操作安全性差等问题,介绍了一种自动化工作面液压支架控制器的硬件设计方案,重点阐述了该控制器集控功能及自诊断功能的实现方案。该控制器采用双控制核心结构及双RS485总线通信模式,可对液压支架顶板压力、推溜位移、采煤机位置等信息进行实时监测、处理及上传;可根据端头控制器发来的工艺指令自动跟踪采煤机,完成自动拉架、自动推溜等自动化采煤作业流程;采用I2C总线通信方式实现了自诊断功能,可实时监测并修正液压支架的故障动作信号。地面工业性试验及故障模拟实验验证了该控制器设计方案的正确性。