悬臂式掘进机视觉伺服截割控制系统研究

悬臂式掘进机的自动化、智能化程度低严重制约着煤矿巷道施工技术的发展,智能掘进技术成为目前国内外研究的热点.针对煤矿悬臂式掘进机自动截割控制问题,将视觉测量传感器应用于悬臂式掘进机截割头的控制系统中,提出了悬臂式掘进机视觉伺服截割控制系统.根据悬臂式掘进机的运动学,利用视觉测量系统有效实时反馈截割头位姿,融合惯性导航系统...     

掘进机切割监控系统的研究

通过对掘进机截割过程的分析,建立了工作机构工作参数和巷道断面尺寸之间的数学模型,导出了悬臂转角、液压缸行程及截割头空间坐标的位置关系。在此基础上,开发了以单片机为核心的悬臂式掘进机切割的控制系统,可精确控制悬臂的摆动行程,并实时反应截割头所在位置,实现了基于负载反馈的掘进机截割机构的调速。该系统可对电动机参数进行连续在线检测,自动进行截割电动机的恒功率控制,并采用CAN总线技术编制了CAN节点通信程序,实现了系统的网络通信。     

悬臂式掘进机自动截割控制系统设计

针对目前悬臂式掘进机自动化及智能化控制程度低等问题,提出了自动截割控制技术。通过建立截割头空间位置数学模型,设计了悬臂式掘进机自动控制系统,同时以可编程计算机控制器PCC模块化功能为基础完成对自动截割控制系统的程序设计。针对目前其可视化程度低的缺陷,设计了上位机监控,并与PCC进行实时通讯,以实现掘进机运行状态的实时监测。最后进行了井上井下实验,其结果证明:该控制系统运行可靠、稳定,重复精度高、无累计偏差,完成自动截割及刷帮功能后,巷道两帮无明显误差,能够很好地实现自动截割功能。     

悬臂式掘进机自适应截割控制系统研究

为了降低恶劣工况下工作载荷的突变对悬臂式掘进机截割性能和效率的影响,在分析影响掘进机工作载荷因素的基础上,指出截割控制的主要目的是要使掘进机截割头转速、截割臂摆动速度自动与工作载荷相适应,且二者之间相互匹配,从而实现高效、平稳截割。构建了基于PID神经元网络的自适应控制策略和硬件系统结构,并在此基础上建立了掘进机截割的近似数学模型。通过仿真分析证明,基于PID神经元网络的自适应截割控制方法,在0.1 s之内就可以达到设定目标值且稳态误差接近于0,满足悬臂式掘进机自适应截割的需求。     

悬臂式掘进机空间位姿的运动学模型与仿真

为实现掘进断面自动截割成形控制,达到无人采掘装备自主巡航目标,研究了悬臂式掘进机空间位姿运动学模型并进行了仿真。将悬臂式掘进机的机械机构简化为一系列平移或旋转关节串联而成的运动链,建立了掘进机空间位姿坐标体系;利用齐次坐标变换和机器人运动学相关理论建立了掘进机机身位姿和截割头相对于大地坐标系的空间位姿矩阵。采用D-H法求解了正向运动学问题即截割头空间位姿精确定位;采用代数法分析研究了逆向运动学问题即截割头轨迹规划及控制的数学模型。以EBZ200机型为例,实验仿真了类S形自下而上矩形截割断面工艺路径,并进行了现场多组试验。试验结果表明：设定巷道断面4 500 mm×4 000 mm,两帮综合最大误差为65 mm,相对控制最大误差为1.4%,达到煤巷断面质量精度要求,且重复精度高、无累计偏差。     

悬臂式掘进机截割头监测系统

提出了悬臂式掘进机截割头监测系统的设计方法。该系统通过截割悬臂监测参数获取截割头的位置,在巷道断面坐标模型的基础上,建立悬臂转角、液压缸位移和截割头空间坐标的函数关系,根据角度和位移传感器采集的实时数据,通过AVR单片机处理分析,确定截割头的位置坐标,完成掘进机截割头位置的实时监测,避免矿井掘进机作业中的超挖和欠挖现象,具有很好的应用前景。     

悬臂式掘进机自动截割控制系统研究

以煤矿 EBZ220 型悬臂式掘进机悬臂机构为研究对象,建立悬臂机构的截割运动在巷道断面的数学模 型,确定截割头在巷道断面投影的位置坐标与截割机构升降油缸、回转油缸伸缩长度及截割机构摆动角度之间的几 何关系。 经控制单元计算出掘进机截割头在巷道空间下的实时位置坐标,并与上位机设定的巷道边界参数进行比 较,提出具有反馈控制的巷道断面自动截割控制方案。 针对常见的矩形、梯形及半圆拱形 3 种巷道断面形状设计了控 制程序、截割工艺路径及人机交互界面功能。 以 EBZ220 型悬臂式掘进机为样机进行地面和井下试验,应用结果表 明,该控制系统可靠性高、实时性强,控制精度高,能满足巷道掘进工作面自动截割控制的要求,巷道断面自动成形控 制精度≤15 cm / 20 m,悬臂机构动态俯仰角和偏航角测量精度≤0. 1°,为实现煤矿掘进工作面智能化、无人化提供一 些技术研究基础。     

基于PID控制器的掘进机截割控制系统设计

采用结构简单的PID控制器实现对掘进机截割过程的控制,分析了PID控制器的工作原理后将油缸行程和回转台的角度偏差作为PID控制器的输入值。研究了掘进机截割控制系统的硬件组成,主PID控制器负责数据的采集,从PID控制器负责控制执行机构的运动,彼此之间通过CAN总线进行通信。实验结果验证了基于PID控制的掘进机截割系统可以控制截割头准确地完成截割运动。     

悬臂掘进机巷道断面自动成形控制运动学分析

煤巷悬臂掘进机正向大型化,智能化方向发展。断面自动成形控制是在截割过程中控制掘进机悬臂带动截割头运动,按设定的工艺流程切割出规整断面,减少无用掘进量和充填量。以EBZ -150型悬臂掘进机为例,主要进行巷道断面自动成形控制的运动学分析,通过截割头空间位置及其机构实现的几何分析,建立截割头空间位置坐标与油缸伸缩量之间的关系;简要阐述通过可编程控制器实现断面自动成形控制的思路,为巷道断面自动成形控制的进一步研究奠定基础。     

悬臂式掘进机智能截割控制系统研究与设计

为了实现悬臂式掘进机自适应不同煤岩的智能截割,提出了悬臂式掘进机智能截割控制系统,分析了该控制系统的控制策略,详细介绍了该控制系统的硬件设计、软件设计以及智能截割控制方法。实际工程应用检验表明,该控制系统可靠性高、实时性好,能够满足悬臂式掘进机智能截割的需求。     

基于空间交汇测量技术的悬臂式掘进机位姿自主测量方法

根据深部危险煤层无人化开采的需求,要实现无人环境下对悬臂式掘进机位姿的高精度测量。提出一种基于空间交汇测量技术的悬臂式掘进机自主位姿测量方法,由悬臂式掘进机搭载激光发射器并发射旋转激光平面,在其后方安装位置固定的激光接收器并通过激光平面获取激光发射器相对于其自身的方位,从而得到悬臂式掘进机相对于由激光接收器确定的巷道坐标系的位姿状态。构建悬臂式掘进机位姿测量的数学模型,运用仿真软件对该模型进行仿真并分析位姿测量精度。仿真表明：在激光发射器与激光接收器相距25 m时悬臂式掘进机定位点的最大测量误差在X轴,测量误差为0.082 3 m;姿态角的最大测量误差为横滚角,测量误差为2.018 4°。基本满足目前煤矿综掘工作面对悬臂式掘进机位姿测量精度的要求。     

纵轴式掘进机巷道断面自动截割成形控制方法

为减少无用掘进量和充填量,提高掘进效率,提出了巷道断面自动截割成形控制方法.首先根据煤矿实际工况制定了巷道断面自动截割工艺流程;然后对断面自动截割成形控制进行运动学分析,进行截割头空间位置及其机构实现的几何分析,得出截割头空间位置坐标与油缸伸缩量及截割臂摆动角之间的几何关系式.研究结果表明,直接测量控制截割头摆角更简单有效.该方法在EBZ160和EBZ200机型上得到实施,试验效果较好,为进一步研究掘进机位姿检测及定向纠偏奠定了基础.     

悬臂掘进机自动截割控制关键技术

阐述了悬臂掘进机巷道自动截割控制的4个关键技术,即掘进巷道断面自动成形控制、截割头恒功率自动牵引调速控制、掘进机位姿检测控制以及掘进机定向掘进控制。其中前2个关键技术已在EBZ160、EBZ200和EBH300机型上得到实施,试验效果很好。认为,该关键技术的研究为实现掘进工作面智能化、自动化、信息化和无人化奠定了基础。     

掘进机截割部运动行程的优化控制

在掘进机截割部的液压控制系统中引入流量再生回路,对不同供油条件下的升降缸有杆腔和无杆腔进行压力检测,结果表明,流量再生条件下的无杆腔平均压力降低了18.8%,节能效果显著,而且压力波动小,稳定性好。为确保截割头具有高可靠性的运动行程,采用PID控制,以截割头的位置偏差作为反馈控制信号实现自动掘进,实验测试表明,截割头运动坐标的测量值与目标值匹配性良好,高度方向的最大偏差为1.7%,水平方向的最大偏差为1.4%,有效地保证了掘进机截割部的运动行程精度。     

悬臂式掘进机工作机构动力学建模与仿真

对悬臂式掘进机进行机器人化模型简化,建立其运动雅可比矩阵,将截割阻力变换为掘进机的广义外力,推导出关节速度与末端速度、关节驱动力与广义截割阻力之间的变换关系。利用Matlab编制M文件进行了关节速度和驱动力的仿真,结果表明模型很好地反映了掘进机工作装置的动力学特性,为掘进机的运动和动力学控制提供了依据。     

悬臂式掘进机巷道自动成形控制初探

以EBJ 132A型悬臂掘进机为例 ,分析了截割部主要工作机构和工作过程 ,建立了相关工作参数和巷道断面尺寸之间的数学模型 ,以便为今后研究悬臂进机自动成形控制奠定数学基础     

矿井掘进机自动截割成形控制技术研究

随着科学技术的发展,自动化控制在煤矿开采中得以广泛应用。以纵轴掘进机为研究对象,建立了截割臂运动的动力学模型,通过PLC编程设计实现了井下巷道掘进工作中的断面自动成形功能。研究为掘进机定向纠偏、位姿检测等研究提供了参考,为井下无人掘进提供了科学依据。     

机器人化掘进机的运动分析及车体定位

为实现对悬臂式掘进机的截割断面实时监测和自动控制,对其机器人化模型进行简化.采用平行坐标系法建立掘进机连杆坐标系和工作坐标系,通过坐标变换矩阵描述掘进机悬臂的姿态以及掘进机车体相对巷道坐标系的位姿变换关系,并基于闭环尺寸链实现了掘进机车体以及截割头在作业空间的姿态定位.在分析掘进机悬臂运动学的基础上,讨论了掘进作业控制的正向和逆向问题,并进行了仿真验证.分析表明,掘进机作业控制正解是截割断面监测的基础,逆解可指导掘进操作和实现掘进自动控制.     

MATLAB在悬臂掘进机巷道断面自动成形控制研究中的应用

在对EBJ132型掘进机截割作业过程分析的基础上,建立了截割机构工作参数和巷道断面尺寸之间的数学模型,利用MATLAB编程计算出了相应的工作参数,并绘制了2种断面情况掘进头作业轨迹的包络线图。