基于虚拟煤岩界面的采煤机上滚筒路径规划

针对采煤机上滚筒截割过程中在顶板煤岩界面弯曲区域极易截割到顶板岩石的问题,提出了一种基于虚拟煤岩界面的采煤机上滚筒路径规划方法。该方法定义了对上滚筒产生斥力的虚拟煤岩界面和虚拟引力场,模拟了上滚筒跟随煤岩界面落煤的运动过程,通过上滚筒的运动模拟计算出了截割路径离散点,并基于高斯核模型的l2约束最小二乘回归方法,通过训练路径离散点获得了一条光滑的上滚筒截割路径曲线。仿真结果表明,采用该方法规划的路径能够有效避免上滚筒截割到顶板煤岩界面弯曲区域的岩石。     

MGTY400/930-3.3D电牵引采煤机截割轴的改进与应用

针对MGTY400/930-3.3D电牵引采煤机在采煤过程中时常因割到较硬物体而损坏摇臂的问题,对采煤机进行了改进分析,指出最合适的方法是改进截割轴;提出一种截割轴的改进方案,即人为在截割轴上制造一处薄弱点,使滚筒割到硬物时损坏截割轴,以切断动力传递,并在轴心车一个螺孔,以便将断轴从电动机中取出。改进后的MGTY400/930-3.3D电牵引采煤机已在东滩煤矿某综采工作面得到应用,结果表明,该方案大大缩短了截割轴的更换时间,降低了摇臂损坏事故的发生率,提高了采煤机采煤的安全性。     

基于预测控制的采煤机滚筒自动调高系统

为了快速跟随工作面顶板的起伏变化,提高采煤机截割滚筒调高系统的响应速度,防止截割顶板而造成部件的损坏,利用预测控制的理论和方法,建立了基于预测控制的采煤机截割滚筒自动调高控制系统,该系统通过历史数据对煤岩界面进行预测,实时调节调高油缸的位移,使采煤机的截割滚筒跟随煤岩界面。利用MATLAB/simulink构建了该系统的仿真模型,仿真试验表明:该系统对截割滚筒高度具有超前预见性,较常规传统控制系统的调节时间缩短0.25s,超调量减小4.8%,反应灵敏、波动小、工作平稳。预测算法中采样点的增多,对滚筒高度的波动和超调量有减小作用,但是调节时间增大。     

结合B样条优化的UAV多区域路径规划融合算法

为解决无人机(UAV,unmanned aerial vehicle)在多个目标区域之间快速找到最佳遍历路径的类旅行商问题(TSP,travelling salesman problem),设计一种基于蚁群算法、A*算法以及三次B样条优化的融合规划算法;尽管蚁群算法相对其他优化算法在解决TSP问题上有较为良好的表现,但其规划路径处理时间长、生成路径转折多、路径质量和安全性较差;算法首先改进传统A*算法的节点扩展方式,快速生成两两目标区之间的局部路径,然后将蚁群算法和改进A*算法融合使用进行全局路径规划,最后结合改进三次B样条对路径进行平滑处理;基于栅格地图的仿真结果证明了该算法相比传统算法具有更好的高效性和稳定性。     

采煤机滚筒工作性能优化研究

在实际生产中,截割破碎过程是多作用耦合的结果,离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)双向耦合技术可实现煤机设备与煤壁的信息交互,符合实际生产情况,具有较大的优越性。为提高采煤机滚筒的工作性能,基于DEM-MBD双向耦合机理,结合力学性能试验和模拟试验得到实际工况参数,采用仿真软件EDEM和RecurDyn建立了采煤机滚筒截割煤壁的双向耦合模型,对仿真过程中滚筒所受的转矩和截割力进行分析,证明耦合效果和截割效果较好。设计了单因素试验和正交试验,分析了滚筒运行参数对工作性能的影响规律,并利用SPSS软件得到滚筒转速、截割深度、牵引速度对截割比能耗、装煤率、载荷波动系数的影响程度,通过现场试验验证了模型的可行性。构建了以滚筒转速、截割深度、牵引速度为决策变量,以截割比能耗、装煤率和载荷波动系数为目标的多目标优化模型,利用改进多目标灰狼(MOGWO)算法和优劣解距离法(TOPSIS)对模型进行求解,得出当滚筒转速为31.12 r/min、截割深度为639.4 mm、牵引速度为5.58 m/min时,采煤机滚筒的工作性能最优,此时截割比能耗为0.467 7 kW·h/m³...     

采煤机滚筒辅助设计及载荷计算软件的开发与应用

为解决滚筒的参数化建模、切削面积和方正率的计算、切削图、截齿排列图、截割性能曲线图的绘制以及采煤机动态可靠性分析载荷文本的生成等问题,采用Matlab与Excel联合开发出采煤机滚筒辅助设计及载荷计算软件。根据滚筒的外形尺寸、截齿和煤岩的性质、采煤工作面的赋存条件及确定的工况等相关参数,应用此软件可设计出截割比能耗较低、切削面积较大的SL1000型采煤机工作机构。经验证,该软件可快速实现采煤机工作机构的设计,实现了高产、高效、低能耗的目标,缩短了采煤机滚筒的设计时间,提高了采煤机滚筒的设计能力和工作性能。     

基于改进蚁群算法的六自由度机械臂轨迹规划

为了解决六自由度械臂末端轨迹的平稳性和效率的问题,针对多关节机械臂末端轨迹提出了一种基于改进蚁群算法的多关节机械臂轨迹规划。采用了关节空间轨迹方法包括B样条插值、三次多项式插值和五次多项式插值进行实验分析论证,同时根据改进的蚁群算法对机械臂的轨迹进行规划,对比位置的准确性、轨迹的连续性、加速度的变化率,确定最后的轨迹规划算法为改进的蚁群算法与多项式轨迹规划相结合效果最好。     

飞机起飞调运航路规划方法研究

针对飞机从停机位到起飞位的调运航路规划问题,为了规划最优航路,首先采用栅格法建立了飞行场地和飞机的简化模型,根据飞行场地的飞机布列位置,应用蚁群优化算法,规划出所有飞机从停机位到不同的起飞位的调运航路;针对飞机运动时的转角约束条件,利用B样条对规划出的调运航路进行平滑处理。经仿真生成了安全、可行的最短调运航路。仿真结果表明,将蚁群算法和B样条相结合应用于飞机调运航路规划,可以满足飞机运动的约束条件且规划出的结果优化。     

基于改进门控循环神经网络的采煤机滚筒调高量预测

采煤机自适应截割技术是实现综采工作面智能化开采的关键技术。针对采煤机在复杂煤层下自动截割精度较低的问题,提出了一种基于改进门控循环神经网络（GRU）的采煤机滚筒调高量预测方法。鉴于截割轨迹纵向及横向相邻数据之间的相关性,采用定长滑动时间窗法对获取的采煤机滚筒高度数据进行预处理,将输入数据划分为连续、大小可调的子序列,同时处理横向、纵向的特征信息。为提高模型预测效率,满足循环截割的实时性要求,提出了一种用因果卷积改进的门控循环神经网络（CC-GRU）,对输入数据进行双重特征提取和双重数据过滤。CC-GRU利用因果卷积提前聚焦序列纵向的局部时间特征,以减少计算成本,提高运算速度;利用门控机制对卷积得到的特征进行序列化建模,以捕捉元素之间的长期依赖关系。实验结果表明,采用CC-GRU模型对采煤机滚筒调高量进行预测,平均绝对误差（MAE）为43.80 mm,平均绝对百分比误差（MAPE）为1.90%,均方根误差（RMSE）为50.35 mm,决定系数为0.65,预测时间仅为0.17 s;相比于长短时记忆（LSTM）神经网络、GRU、时域卷积网络（TCN）,CC-GRU模型的预测速度较快且预测精...     

改进B样条曲线的机器人轨迹拟合研究

以工业生产中常用的六自由度串联机器人PUMA560为研究对象,在关节空间采用改进B样条曲线进行轨迹拟合规划,相比于传统B样条插值与拟合算法显著改善了规划得到的轨迹全局最优解,并基于最优解对各关节进行规划得到时间最优的运动轨迹,验证该算法可以有效提高机器人运行效率的目的.     

复杂煤层条件下采煤机破煤过程的可靠性研究

以有限元理论与刚柔耦合多体动力学为基础,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了复杂煤层条件下螺旋滚筒的煤岩耦合模型,得到了不同工况下螺旋滚筒受到的冲击载荷以及煤岩的塑性变形分布规律;并找出了截齿在工作过程中的应力分布规律。基于LS-DYNA提取的滚筒载荷文本,通过ADAMS软件对采煤机整机刚柔耦合虚拟样机模型进行动力学仿真分析,发现了采煤机壳体与行星架的应力分布。结合神经网络技术,以不同工况下采煤机关键零件的等效应力值作为神经网络训练样本,获得在关键零件应力值最小时的采煤机牵引速度的最优值。分析结果为采煤机螺旋滚筒的结构设计及其截割性能的提高提供了重要参考。     

螺旋滚筒截割顶板工况的数值模拟

根据截齿截割机理和有限元理论,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了螺旋滚筒截割顶板的煤岩耦合模型,得到截割过程中螺旋滚筒受到的冲击载荷,并验证其载荷的可靠性;通过对螺旋滚筒的动力学分析,找出其在工作过程中的应力分布规律。研究表明:螺旋滚筒的最大应力主要集中在合金头的齿尖局部接触区域、齿柄头部的轴肩处以及截齿齿座根部,当滚筒转速相同时,煤岩受到的应力增加幅度随牵引速度的增加先增大随后逐渐减小;若牵引速度不变时,煤岩受到的应力减小幅度随滚筒转速增大而逐渐变小。分析结果为薄煤层采煤机螺旋滚筒的结构设计及其截割性能的提高提供了重要参考。     

基于红外热像检测的截齿煤岩截割特性与闪温分析

为实现采煤机截割过程中煤岩界面的精确动态识别,对采煤机截齿截割煤岩过程中的红外热像特性以及瞬态闪温差异进行研究,建立采煤机截齿煤岩截割试验台,分析得到截齿截割煤、岩过程中的温度演化规律及闪温特征.研究结果表明,截齿截割煤、岩过程中在齿尖一侧均产生突兀的点状闪温区,截岩时高温区范围与闪温瞬态峰值明显大于截煤过程,其二者峰值差与采煤机牵引速度及滚筒转速成正比,且煤岩硬度差异越大,截齿温度场峰值差越明显.研究结果为实现煤岩界面动态识别提供了重要的理论及数值依据.     

基于改进蚁群算法的机器人路径规划

提出了一种复杂静态环境下的移动机器人避碰路径规划的改进蚁群算法,基于栅格法的工作空间模型,模拟蚂蚁的觅食行为;针对路径规划的需要,搜索过程采用了蚂蚁回退策略、目标吸引策略、参数自适应调整和路径优化策略;利用蚂蚁回退策略和惩罚函数使得蚂蚁能够顺利跳出陷阱,并且在下一次搜索中不再选择此路径,从而避免了遇到陷阱时形成的路径死锁情况,同时也提高了最优路径的搜索效率;仿真试验结果表明,该算法能迅速规划出最优路径。     

基于蚁群算法的最小代价航迹规划仿真

在大比例尺地图的路径规划中,由于飞行器全局航迹规划需要计算机存储的栅格点数量巨大,存在维数爆炸问题,使得航迹解算计算量激增,因此提出1种改进的蚁群算法,将栅格由大及小进行划分,利用大栅格为飞行器选择相对平滑和离散度低的飞行地形,利用小栅格为飞行器提供相对精确的全局飞行航迹,将栅格带所有栅格的代价之和作为航迹代价,从而选出1条航迹代价最小的路径．该算法将蚁群算法的信息素更新机制更加合理地应用到航迹规划中．仿真结果表明,该方法能解决航迹维数解算问题,可以将一系列栅格点组成的路径点集合为最优解,为飞行器提供最优航迹规划路径．     

基于主成分分析的煤岩界面识别方法

提出了基于主成分分析的煤岩界面识别方法,详细介绍了主成分分析的原理及识别煤岩界面的过程。该方法采用多个传感器同时监测采煤机割煤时的各项参数,并对数据进行实时的主成分分析;利用主元信息建立HotellingT2和SPE统计量,再根据统计量捕捉采煤机割到岩石时的异常,从而识别煤岩界面。实际应用表明,该方法能够较快并准确地识别煤岩界面。     

基于非均匀环境建模与三阶Bezier曲线的平滑路径规划

针对工作于复杂环境下的大型工装,本文提出了一种基于非均匀环境建模与三阶Bezier曲线的平滑路径规划算法,以指导工装的运动.在环境建模方面,利用四叉树建立环境的非均匀模型,能够有效压缩环境信息,提高搜索效率;在路径搜索方面,以非均匀环境模型为基础,提出一种距离启发搜索和信息素混合更新的蚁群算法,能够得到工装的安全可行路径点;在路径平滑方面,基于三阶Bezier曲线,提出能够连接任意位置和任意方向两点的转弯单元的设计方法,利用转弯单元连接路径搜索算法得到的路径点,能够获得满足工装非完整性约束的平滑路径.最后,以大型激光驱动器的靶场环境为对象,对本文算法的有效性和可靠性进行验证,并利用DELMIA平台进一步验证了规划路径的运动平滑性和安全性.     

B样条曲线融合蚁群算法的机器人路径规划

针对蚁群算法在静态环境下全局路径规划存在无法找到最短路径、收敛速度慢、路径搜索盲目性大、拐点多等问题,提出一种改进蚁群算法。以栅格地图为机器人运行环境,对初始信息素进行非均匀分布,使路径搜索更倾向于起点和目标点的连线附近;把当前节点、下一节点和目标点的信息加入启发式函数,同时引入动态调节因子,促使启发函数在迭代前期起主导作用,而后期则加强信息素引导;引入伪随机转移策略,以减少路径选择的盲目性,加快找到最短路径;动态调整挥发系数,使得前期挥发系数大,后期较小,从而避免算法陷入早熟;在最优解的基础上,引入B样条曲线平滑策略,以进一步优化最优解,使得到的路径更短且更加平滑。对改进算法的主要参数进行敏感性分析,并对该算法的各改进环节的可行性与有效性进行了实验,而且在20×20和50×50环境下与传统蚁群算法及其他改进蚁群算法进行仿真对比,实验结果验证了改进算法的可行性、有效性和优越性。     

基于改进蚁群算法的机器人路径规划

针对机器人路径规划问题,提出一种改进的蚁群算法.建立栅格地图模型,结合蚁群算法,设置禁忌表,同时针对死锁问题,提出丢弃陷入死锁的蚂蚁;当蚂蚁迭代次数大于60代后,通过减小信息素增强系数Q,达到提高算法收敛速度的目的.实验结果表明,改进后的算法能快速规划出最优路径,同时能避免陷入死锁和局部优化.