煤矿救援机器人研究现状及发展趋势

介绍了煤矿救援机器人动力系统、防爆设计、多参数监测及通信系统等的国内外研究现状及应用情况,指出煤矿救灾机器人存在续航能力有限、行走控制距离短、防爆材料质量大、信息处理与传输可靠性差等问题。展望了煤矿救灾机器人的发展趋势:研发适用于煤矿领域的新能源电池是煤矿救援机器人动力电源的发展趋势之一;研发具有自主行走、定位与路径规划的智能化机器人是未来煤矿救援机器人发展的趋势;防爆材料轻量化、多源信息智能融合、无线加有线的通信方式也将是煤矿救援机器人智能多元化发展的方向。     

煤矿巷道冲尘机器人关键技术研究

巷道冲尘机器人可有效解决煤矿巷道积尘问题,但目前尚未有相对成熟的产品能够实现“积尘自动监测-自主/半自主移动-自适应冲尘作业”。分析了国内外研发的轮轨式巷道冲尘装置、防爆洒水车、整车底盘外加液压机械臂的隧道冲尘车3种冲尘装备的研究现状,指出轮轨式巷道冲尘装置不含动力系统,巷壁积尘的冲尘效果受到限制;防爆洒水车自带动力,能够实现无轨长巷道全断面粉尘降尘,但喷水面较广,无法处理巷壁及管线等局部积尘严重区域;隧道冲尘车可解决长距离隧道积尘问题,但仍需人工驾驶及操作,且无法实现隧道积尘监测及自适应冲尘。通过上述分析,指出巷道冲尘机器人为了实现“积尘自动监测-自主/半自主移动-自适应冲尘作业”,需要从积尘监测、冲尘装置结构设计与控制、冲尘模式优化策略等方面进行研究。并指出上述研究面临的主要技术难题不仅包括防爆安全设计、井下精确定位、长距离无线通信等煤矿机器人共性难题,还包含积尘监测、自适应冲尘、车臂协同作业等巷道冲尘机器人特性难题。针对巷道冲尘机器人特性难题,提出了相应的关键技术：(1)研发基于称重法、激光法、图像法相结合的多传感器融合的巷道积尘监测技术,实现煤矿巷道积尘长期监测及冲尘效果动态评...     

煤矿巷道悬线巡检机器人结构设计及仿真

针对现有的煤矿巷道轮式或履带式巡检机器人结构及控制复杂、可靠性低,轨道式巡检机器人成本高、占用巷道空间资源等问题,设计了一种不受井下巷道复杂地理环境和人员及设备分布影响的煤矿巷道悬线巡检机器人。重点介绍了该机器人的结构设计,在ADAMS软件中建立了机器人虚拟样机模型,并对其水平行走且过障、上坡且过障、下坡且过障3种运动状态进行了仿真分析。结果表明:该机器人在水平沿线方向始终能够保持匀速直线运动;在竖直方向和水平侧摆方向上有波动,但均在允许范围之内;在3种运动状态下的位移变化比较平稳。仿真结果验证了该机器人结构设计的合理性。     

建筑机器人自主定位及行走轨迹规划方法

为优化机器人行走规划路径,开展建筑机器人自主定位及行走轨迹规划方法的设计研究。将建筑机器人的整个工作平面划分为数千个小区域,标定摄像机参数,进行建筑机器人空间坐标自主定位;将虚实耦合作为前提条件,利用BIM模型中各实体的位置信息,进行机器人行走导航地图的构建;引进Unty3D建模工具,使用Solidworks软件,构建机器人实验操作平台,将模型导入Unty3D的物理引擎中,生成建筑机器人运动学规范模型;引进A*算法,进行机器人运动空间全局路径的寻优,以此实现对机器人行走轨迹的规划。实验结果表明：设计方法可以在确保规划路线躲避空间中所有障碍物的基础上,保证规划的路线为最短路线。     

水下六足机器人及其运动规划研究现状

水下六足机器人具有丰富的步态样式和冗余的肢体结构,凭借其离散式的地面支撑和对水下障碍、礁坪等复杂特殊地形的极强适应性,具有广泛的应用前景。本文通过充分的文献调研和总结,对目前水下六足机器人平台发展现状进行了综述。针对水下六足机器人的海底爬行能力,分别从稳定性判据、路径规划与自适应行走方法 3项关键技术进行了分析和总结;在稳定性判据方面,分别针对水下六足机器人静态稳定性判据与动态稳定性判据进行阐述;在路径规划方面,在目前典型陆地六足机器人路径规划方法的基础上,结合水下六足机器人独有的运动特性进行阐述;针对水下六足机器人自适应行走方面,分别阐述传统自适应调整方法与目前基于深度强化学习的方法进行介绍;最后对这些关键技术的未来发展趋势进行了展望。     

欠驱动两足步行机器人研究现状

针对欠驱动两足步行机器人的研究现状与发展趋势进行了探讨。首先,总结了被动行走和踝关节欠驱动两足机器人的研究现状,介绍了欠驱动两足步行机器人的基本研究方法,包括问题描述、步态规划、运动控制和稳定性判定等,并对欠驱动两足机器人需要进一步研究的问题和发展方向进行深入研究,最终目标是将欠驱动控制策略应用于两足步行机器人的行走过程控制,以提高其运动性能。     

重载工业机器人控制关键技术综述

本文围绕影响重载工业机器人控制性能的关键技术进展进行了综述。首先针对目前重载工业机器人运动规划中关于规划空间选取、基函数选取、运动规划最优性问题及其所对应的算法进行了分析。然后分析了重载工业机器人所存在的不同类型的柔性环节,并对其相应的控制算法进行了分类综述。最后给出了相应结论。     

关节型工业机器人轨迹规划研究综述

关节型工业机器人凭借其良好的灵活性和高效率的工作模式被广泛地应用于现代工业自动化生产之中,例如搬运、码垛、焊接、切割等。轨迹规划是工业机器人运动控制的基础研究领域,决定着其作业效率和运动性能。工业机器人的轨迹规划是指综合考虑作业需求和机器人性能,在笛卡尔空间或关节空间内得出指导机器人末端执行器运动的轨迹。阐述了工业机器人轨迹规划的概念及其分类,就各个领域的轨迹规划算法进行了全面综述,包括基本轨迹规划和最优轨迹规划,指出了各类轨迹规划算法中所存在的问题和未来的发展方向。     

深海遥控重型作业机器人发展现状与展望

深海重型作业机器人是海洋资源开发的必要装备之一,遥控作业是当前面对多样化深海作业任务的主要方式。文章在介绍深海遥控作业机器人的分类、性能及功能结构的基础上,结合海底挖沟铺设作业工况,对以自行走的挖沟机、拖曳式铺设犁、悬浮喷射作业机器人为代表的深海遥控作业机器人产品性能进行了对比分析,为不同应用场合的设备选用提供了依据;并在分析现有传感通信和控制、供能和整机集成技术的基础上,对其未来智能化分布式控制、高效用能及安全供电、轻量化多功能集成设计的发展趋势进行了展望。最后,结合我国深海遥控作业机器人技术体系的现状,对其未来的发展提出了相应的建议。     

四足机器人躯干重心稳定的变步长行走研究

在机器人稳定性控制优化问题的研究中,四足机器人行走过程中躯干重心位置的波动是运动不平稳的一个重要原因,也会带来机器人的低能效比和机械寿命缩短等问题.为了解决上述问题,研究了四足机器人行走过程中保持重心稳定的方法,提出重心无波动关节运动规划方法.从静止加速到指定速度的过程,速度的增加按S型曲线变化,保证重心的平稳加速;在恒速行走过程中,以躯干重心位置变化的加速度为零、足端在起脚和落脚位置的冲击为零作为约束条件,计算出四足机器人各关节的运动函数,保证了行走过程的重心平稳.机器人行走的步长在行走过程中动态计算,计算依据是保证整个行走过程中重心在水平面的投影始终在机器人支撑脚所在多边形范围之内,可进一步减小重心在垂向的波动.对所提方法进行了计算机仿真,运动规划及关节驱动函数在Matlab中实时解算,运动过程的程序控制采用Matlab的状态机技术,四足机器人行走的动力学过程用Adams实时计算.仿真过程中四足机器人行走平稳,实际重心曲线在横向和垂向的偏移波动极小,表明提方法对于重心的控制是有效的,为机器人稳定行走设计提供了依据.     

从煤矿机械化到自动化和智能化的发展与创新实践——纪念《工矿自动化》创刊50周年

回顾《工矿自动化》杂志推动和见证中国煤炭50年从煤矿机械化到自动化和智能化发展与创新实践的发展概况,阐述了煤矿自动化和智能化的创新历程。对煤矿信息基础设施、自动化及智能化装备和系统的研发与实践进行了分析。实现异构网络融合与统一承载是煤矿自动化、智能化的信息基础。在主干网+接入网异构网络不断成熟的基础上,有线通信传输速率已达10 Gibit/s以上,5G和WiFi6等无线通信技术得到广泛应用,为煤矿智能化建设提供了可靠的通信平台;将有线通信、无线通信、IP广播、人员位置监测系统、视频监控系统融合,构建多网融合通信系统,实现了融合承载网络与统一位置服务。煤矿自动化、智能化装备发展迅速,采煤工作面在实现工作面采煤机记忆截割、液压支架自动跟机移架等技术的基础上,探索基于透明地质的工作面自适应截割技术、自动放煤控制技术等;掘进工作面在实现仿形截割、定位导航、远程控制的基础上,针对钻锚一体化、多机协同、基于地质模型的掘进截割模板规划等技术进行攻关,取得较好效果;智能变频节能传动支撑煤流运输系统智能装备发展;煤矿机器人集成研发及应用,巡检机器人成熟应用,智能辅助作业机器人得到攻关,多场景机器人集群调...     

仿人机器人斜坡行走的步态规划

为了解决双足机器人在复杂路面的行走问题,提出了一种具体的基于几何约束的机器人斜坡行走步态规划方法。通过对机器人行走的起步阶段,单脚支撑期中摆动腿对机器人身体稳定的影响,以及行走步态流程进行了详细的规划,以机器人Nao为研究对象,构建出了机器人的连杆模型,计算出机器人在前向和侧向运动中保证身体稳定的踝关节约束范围,分析了流程图中机器人各行走步态,并计算出各步态中关节角度变化,从而规划出了机器人Nao从起步到结束行走的过程。运用三次多项式插值的方法使得各关节运动平滑稳定,并根据规划中的各个步态运动利用MATIAB仿真,获得机器人在步行过程中X、Y、Z方向上的质心轨迹,并通过x、y方向的轨迹可以看出机器人行走过程重心稳定,从而证明此方法用于机器人斜坡行走的可行性。     

沙地环境移动机器人驱动轮的发展概况综述

本文详细介绍了国内外沙地行走机器人的驱动车轮及附属装置的研究和应用现状，分析了其发展过程中所面临的主要问题，预测了其发展方向。并针对日益发展的机器人的自主化、智能化趋势，提出了“感知轮”的概念并给出设计实例。     

煤矿灾后环境下机器人能耗模型研究

针对缺乏煤矿救灾机器人能耗模型及能耗效率影响因素研究成果的现状,分析了煤矿灾后环境下机器人的行走阻力,建立了机器人能耗模型,并以某型号救灾机器人样机为例对机器人能耗模型进行了验证,求取了机器人续航能力与路面状态、电池输出电流等因素之间的关系,得出结论:机器人在加速和转向时消耗的能量较大;在煤泥路面上行走时需要消耗更多的能量,约为在混凝土路面上的2倍。     

悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统研究

针对目前煤矿井下掘进过程自动化程度低、掘进效率低、巷道成型质量差等问题,提出了一种悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统。该系统结合巷道尺寸和截割工艺要求,基于三次多项式光滑函数的悬臂式掘进机器人关节空间轨迹规划方法,通过建立的悬臂式掘进机器人坐标系统及悬臂式掘进机器人运动学正问题与逆问题求解,确定轨迹规划光滑函数参数;规划好截割轨迹后,以视觉定位方法获得的悬臂式掘进机器人截割头位姿数据作为反馈量,基于反馈线性化积分滑模控制器的截割轨迹控制算法实时计算控制量,以规划轨迹点和视觉测量位姿点构建反馈控制系统,实现对悬臂式掘进机器人巷道成形截割过程的动态控制。实验结果表明,该系统能够实现悬臂式掘进机器人巷道成形截割过程的智能控制,定位精度高,稳定性好,轨迹跟踪误差小于25.61mm,可满足巷道成形质量需求。     

煤矿辅助运输机器人关键技术研究

针对煤矿辅助运输机器人移动速度较快、行驶路线多变、行驶路面情况复杂等特殊工况,给出了煤矿辅助运输机器人的结构形式和技术架构:采用无驾驶室的结构设计,以自动驾驶系统为控制中枢,以轮式防爆线控动力底盘为移动平台,通过可更换的多种上装载具,实现不同物料在井下运输的无人化。针对煤矿辅助运输机器人的环境感知、定位导航和路径规划三大功能,提出了相应的解决方案:①矿井低照度环境下的机器视觉增强及感知融合技术:通过深度相机红外成像技术和平面激光雷达探测技术相结合的方式实现机器人的环境感知功能;②煤矿井下受限空间内的无线通信及定位技术:利用物联网无线通信定位和即时定位与地图构建(SLAM)技术相结合的方式实现机器人执行运输作业时的主动精确定位;③矿井复杂地质条件下的路径规划及避障机制:利用最短路径搜索算法和动态窗口算法分别实现该机器人的全局路径规划和局部路径规划功能。     

移动机器人路径规划综述

移动机器人是目前科学技术发展最活跃的领域之一,在工业、农业、医疗等行业广泛应用,还在城市安全、国防和空间探测领域得到更广的应用。要实现机器人在未知环境下自主作业,具备实时、自主、识别高风险区域和风险管理的能力,路径规划是一个重要环节,规划水平的高低,在一定程度上标志着机器人的智能水平,因此研究机器人路径规划对提高机器人的智能化水平、加快工程化应用具有重要的意义。文章重点分别从全局路径规划和局部路径规划角度对机器人路径规划的研究方法进行了分析与总结,同时分析研究了基于仿生学的智能算法的遗传算法、蚁群算法、粒子群算法,最后展望了移动机器人的未来发展趋势。     

水上行走机器人

水上行走机器人仿生水黾,利用液体的表面张力在水面上站立和行走,是近年来机器人研究领域新出 现的研究方向．本文综合分析了水上行走机器人相关理论与技术及系统研制等方面的国内外研究现状,并对该领域 未来的研究重点、关键技术和发展方向进行了展望．     

煤矿救灾机器人研究现状及发展方向

介绍了煤矿救灾机器人的发展背景,综述了国内外煤矿救灾机器人的研究现状及应用情况;分析并指出了目前机器人参与矿难救援时存在地形适应性差、体型庞大、有效工作距离短、智能性欠缺、可靠性低等技术问题;提出了煤矿救灾机器人的技术发展方向,即机构仿生化、能源高效化、材料轻便化、操控智能化、救援协同化、设计模块化,同时指出煤矿救灾机器人未来的发展需伴随多种技术的共同发展。     

坡地自主行走机器人

农业中,坡地多数是作为草场来使用,其中坡度较小的作为收获牧草的采草地,而坡度较大的则作为家畜的放牧地。为了保持草场的地力,要对草场施肥,对坡度较大的放牧地,一般的拖拉机之类的农业机械无法作业,过去采用人力作业,致使劳动效率低、强度大。为了提高劳动效率,减轻劳动强度,日本农林水产省(农业部)草地试验场开发了“坡地自主行走机器人”。因为机器人是在坡地作业,所以首先要保证安全性,不能翻倒,其次也要考虑精度等作业指标。下面对此机器人作简单介绍。