基于SLAM导航的煤矿井下机器人设计

针对机器人在井下精准定位难题,实现机器人操作等问题,设计基于SLAM算法导航的井下机器人,利用激光雷达完成地形扫描,搭载Jetson Nano主机接收雷达数据实现建图、定位、路径规划、避障等功能,单片机接收来自主机的指令实现车轮电机速度与转角控制,进而完成井下探测、开采、运输、救援等工作。通过实验室的测试,验证了所设计的井下机器人能够有效地实现导航、避障等功能。     

智能分析预警技术在视频监控系统中的应用

针对传统煤矿视频监控系统功能单一、灵活性差的问题,提出了运用智能视觉分析与模式识别相结合的智能分析预警技术实现的煤矿智能视频监控系统,通过对监控画面异常的分析实现主动的预警,扩展了系统功能,有效克服了传统视频监控系统的不足。     

ZigBee定位技术在井下智能巡检机器人的应用研究

提出了一种基于ZigBee无线传感器网络的井下机器人定位监测系统。此系统采用具有定位跟踪引擎的CC2530无线定位芯片,并采用接收信号强度指示RSSI定位算法,使井下机器人完成对设备的信息采集、数据分析以及通信控制等任务,具有较强的可靠性和实时性。     

基于双目视觉技术的煤矿救援机器人研究进展

针对发生煤矿事故后的环境探测和紧急救援任务,研发和使用煤矿救援机器人是提高救援效率和降低救援危险系数的关键途径,而双目视觉技术是煤矿救援机器人获取事故现场信息和实现自主避障及路径规划的前提。首先,基于双目视觉技术的实现流程,介绍了视觉测距的数学原理,归纳了目前摄像机标定领域的代表性方法,包括传统标定方法、主动视觉标定方法和自标定方法。阐述了立体视觉匹配中全局匹配算法、局部匹配算法和亚全局匹配算法的最新研究成果,并比较了3类匹配算法的优缺点。然后,在对近年来煤矿救援机器人研究文献进行分析的基础上,研究了双目视觉技术在煤矿救援机器人中的应用和发展情况。指出双目视觉技术在煤矿救援机器人领域的研究范围主要涵盖立体视觉匹配算法、模式分类与识别、视觉测量与3维重建、组合测量与定位、视觉伺服控制和基于虚拟现实技术的视觉算法仿真等方面。最后,根据煤矿非结构化环境的高动态和强干扰特点,指出煤矿救援机器人现场应用的关键是解决运动模糊和镜头污染、超广角镜头的非线性大幅畸变、弱/零照度条件等技术难题;根据煤矿救援机器人双目视觉的大视场、高精度、自适应感知等要求,提出了包括多自由度测量、多传感器信息融合、基于主动视觉的自适应感知等未来发展建议。     

煤矿巷道智能掘进关键共性技术

依据我国煤矿智能化发展战略,深入分析了国内外智能掘进研究现状,结合我国煤炭赋存条件复杂,巷道掘进问题突出,智能掘进挑战严峻等实际,提出了直接影响和制约我国煤矿巷道智能掘进加快发展的智能截割、智能导航、智能协同控制和远程智能测控四大关键共性技术并给出了解决思路和方法。针对掘进系统智能截割问题,提出了基于视觉伺服的掘进系统智能定形截割控制方法和基于遗传算法优化的BP(GA-BP)神经网络的自适应截割控制方法,旨在提高巷道截割成形质量和效率;针对掘进系统智能导航问题,提出了基于惯导与视觉信息融合的履带式掘进系统智能导航控制方法和基于惯导、数字全站仪与油缸行程信息融合的液压推移式掘进系统智能导航控制方法,旨在提高掘进定位定向精度,实现智能导航;针对掘进系统中掘进、支护、钻锚、运输等多系统协同控制和多任务并行控制问题,提出了基于强化学习的并行作业控制方法和基于Agent的并行控制方法,以及leader-follower法和基于行为法的智能协同控制方法,旨在实现多机器人系统或智能设备的智能协同控制和并行作业,提高掘进效率;针对掘进系统智能测控问题,创建了本地控制层、近程集控层和远程监控层的智能测控系统架构,提出了数字孪生驱动的虚拟远程智能控制方法,旨在保证掘进系统安全、可靠、高效运行,实现身临其境的虚拟远程智能测控。     

智能采煤机器人关键技术

采煤机是综采工作面的核心装备,研发智能采煤机器人是实现综采工作面智能化的关键。综合分析当前采煤机机器人化研究进程中的传感检测、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制等技术的研究现状,提出研发智能采煤机器人必须破解的“智能感知、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制、位-姿-速协同控制”五大关键技术,并给出解决方案。针对智能感知问题,提出了构建智能感知系统思路,给出了智能采煤机器人智能感知系统的架构,实现对运行状态、位姿、环境等全面感知,为智能采煤机器人安全、可靠运行提供保障;针对位姿控制问题,提出了智能PID位姿控制思路,给出了改进遗传算法的PID位姿控制方法,实现了智能采煤机器人位姿精准控制;针对速度控制问题,提出了融合“力-电”异构数据的截割载荷测量思路,给出了基于神经网络算法的截割载荷测量方法,实现了截割载荷的精准测量;提出牵引与截割速度自适应控制思路,给出了人工智能算法牵引与截割速度决策方法和滑模自抗扰控制的牵引与截割速度控制方法,实现了智能采煤机器人速度精准自适应控制;针对截割轨迹规划与跟踪控制问题,提出了截割轨迹精准规划思路,给出了融合地质数据和历史截割数据的截割轨...     

基于虚拟现实的煤矿救援机器人远程控制技术

针对当前煤矿井下救援机器人自主导航效率低下,难以满足矿难时效性的救援要求,提出了一种基于虚拟现实(VR)的煤矿救援机器人远程控制方案,以虚拟仿真技术、智能检测与控制、远程通信、环境动态建模等技术为基础,以煤矿救援机器人的远程控制为目标,建立了煤矿救援机器人虚拟仿真模型以及井下工作环境场景,对传感器数据进行解析动态建模,完成机器人井下的以巷道为基础的局部定位,并实时更新煤矿救援机器人井下作业场景,为机器人自主控制增加了判据。此方案定位于复杂工况下有效的人工远程干预,借助VR技术充分融合人、机和环境信息,可有效提升井下矿难救援效率。     

基于UDE的掘进机器人非奇异终端滑模控制

随着科学技术的不断进步,煤矿悬臂式掘进机正朝着自动化、少人化、智能化的方向发展。巷道断面成形是悬臂式掘进机的一个主要任务,针对煤矿掘进机器人截割头轨迹控制易受外界未知干扰、系统非线性以及参数不确定性等因素影响,提出一种基于未知动态估计器（Unknown Dynamic Estimator,UDE）的非奇异终端滑模控制方法。首先,考虑液压驱动部分建立了掘进机截割电液驱动系统的3阶非线性严反馈状态空间模型。其次,利用有限时间状态收敛的超螺旋滑模微分器估计系统的未知速度状态,基于低通滤波器设计UDE估计系统的非匹配项集总不确定性,并采用非奇异终端滑模面和幂指数趋近律设计快速终端滑模控制律,对UDE观测的系统扰动进行实时前馈补偿可有效缓解传统滑模控制存在的控制器抖振问题。同时为降低高阶虚拟控制量导数计算复杂度,引入指令滤波技术,并采用高增益鲁棒反馈抑制系统匹配项扰动,利用李雅普诺夫准则证明闭环系统的稳定性。最后,利用搭建的掘进机器人样机开展实验验证。试验结果表明：在跟踪阶跃信号、0.1 Hz正弦信号以及混频信号时,所提出的控制方法相较传统的PI控制跟踪误差的平均值分别降低了61.60%、66....     

矿井变电所机器人智能巡检系统设计

针对煤矿井下变电所设备运行状态的日常巡检、停送电安全技术措施落实以及视频监控全覆盖等问题,设计了一种直线轨道式巡检机器人系统与变电所设备实现通讯,建立智能巡检系统。重点介绍了矿井变电所机器人智能巡检系统的组成结构与巡检功能,论述了机器人系统巡检动作方式与智能巡检系统执行流程。实践表明：该智能巡检系统可以有效替代矿井变电所的人工巡检岗位,完成日常巡检任务,保障停送电安全技术措施的可靠落实,实现变电所视频的无盲区监控。机器人系统感知功能齐全,与变电所设备联动可靠,巡检运行状态平稳,解决了矿井变电所减员增效的关键技术问题。     

矿井智能通风系统关键技术研究

实现矿井通风智能化是建设智能矿山的主要技术手段。针对目前通风系统调整失准、智能化水平低、预警信息不能反映到抢险救灾指挥中心等问题，提出一种矿井智能通风系统建设方案；该方案由井下监控设备和地面控制中心组成，旨在建立三维通风模拟与隐患智能识别平台，实现矿井通风数据实时动态分析、三维可视化展现以及安全预警与辅助决策；重点研究了通风监测大数据库、三维通风模拟、AI视频智能识别、预警及辅助决策、系统联动控制5个关键技术，详细阐述了各自的技术特征与实现方案。基于计算机软件开发技术、三维仿真技术以及人工智能技术设计并开发实现了矿井智能通风系统。     

物联网在智能变电站辅助系统监控中的应用

为了提高智能变电站相关辅助系统的联动性,设计了一种集成到虚拟现实环境中的智能变电站辅助系统物联网原型。利用应用功能和任务均衡分配调度的边缘计算算法,实现了对单个边缘节点的有效控制,提高物联网智能变电站辅助系统的即时性和安全性。通过MQTT协议和Co AP协议传输数据,结合ESP-8266 Wi-Fi模块提高了信息交换速度并降低带宽消耗。利用ACS712电流传感器和HC-SR501运动传感器检测变电站各装置的实时状态,通过虚拟现实技术将监控管理信息展现给用户,实现了变电站内设备的完整监控功能。     

煤矿远程智能掘进面临的挑战与研究进展

煤矿巷道掘进智能化相关理论与技术研究是当前解决"采掘失衡"难题的基石.远程智能掘进是实现少人甚至无人化掘进作业的根本目标和远景,面临单一掘进装备定位与控制、设备群协同、人-机-环感知与呈现,以及远程智能决策等瓶颈问题.聚焦巷道近程或地面远程智能掘进场景控制需求,提出了数字孪生驱动掘进装备远程智能控制技术构架,通过构建掘...     

矿用智能安全头盔的设计

安全头盔是矿井下工作人员不可缺少的防护设备,传统的头盔仅具有头部防护作用,无法对周围环境进行主动预测,更无法实现人员定位及佩戴监管。本文在研究煤矿物联网技术的基础上,设计了一种矿用智能安全头盔智能终端系统。该系统集成了工作人员定位、环境信息采集、无线通信传输、佩戴异常报警、声光报警等功能,据此进行了系统软硬件设计。以STM32F103微处理器作为系统控制核心,采用RFID高性能室内定位技术实现矿井复杂环境下的人员定位;配备有毒气体检测、温湿度等环境信息采集传感器,采压力检测进行佩戴异常预警,并将上述信息通过无线通信模块传输至地面监控中心。本文还对智能安全头盔系统进行了概念设计,实现了对矿井工作环境信息检测和井下人员定位的监控,在我国煤矿安全监测领域具有重要意义。     

瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统研究与应用

为了解决高瓦斯易自燃煤层工作面采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治智能化程度低、缺乏灾害风险的精准分级管控等问题,构建了以瓦斯抽采与自然发火监测数据为基础、以风险分级智能化管控为核心的瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统。采用API接口调用方式建立数据采集平台,构建了基于多源信息融合、K-Means聚类分析、预警规则知识库等方法的分析预警模型,设计开发了瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统软件,实现了复合灾害的精准监控、风险动态评判和智能预警。在试点工作面的应用结果表明,该系统可直观展示复合灾害监测预警信息,使采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治工作透明化,有效提升了灾害防治的智能化水平。     

基于线性预测残差分析与压扩算法的高精度局部放电定位检测方法

局部放电（PD）是导致变压器、气体绝缘全封闭组合电器、高压电缆等变电装备绝缘故障的主要原因,也是反映变电装备绝缘状态以及研判绝缘老化程度的主要依据。针对现有的超声局放监测存在的传感器灵敏度低、故障定位精度不高等问题,利用多传感器信号融合,研究了一种线性预测残差分析和压扩算法相结合的高精度PD定位检测方法,对多个传感器检测到超声局放脉冲信息之间的到达时间差做出准确估计。在此基础上,研制了一种智能超声局放传感器系统,通过源端局放超声波信号的自适应滤波和放大,提高了传感器的现场抗干扰能力和检测灵敏度。实验结果表明所提出的PD源定位方法的定位精度在1.2 cm内,验证了所提出的智能超声局放传感器的高定位精度。     

基于BIM技术的煤矿井下施工安全预警系统研究

介绍了一种基于BIM技术分析的实时监测、事件报告和预警平台,结合基于RSS距离的加权质心定位算法,用于改善煤矿井下施工安全管理和预防事故。该平台利用物联网、云计算、实时操作数据库、应用网关和应用程序接口,无缝集成了监控、分析和本地化方法,用于空气质量参数(包括温度、湿度、CH₄、CO₂和CO)的传感器表现出出色的性能,每个参数的回归常数始终大于0.97。该框架支持实时监控、识别异常事件(>90%),并验证矿工在地下矿山恶劣环境中的定位(误差小于1.8 m)。该研究成果能够有效促进煤矿井下安全,为矿井安全预警研究提供依据。     

基于LGOS和LSVS逻辑节点的变电站 虚端子对接设计研究

随着智能电网建设步伐的推进,面向对象的变电站事件（GOOSE）与电气量采样值（SV）的信息传输和监测至关重要。为此,利用IEC 61850 2.0版本的新型LGOS与LSVS逻辑节点,研究了基于LGOS、LSVS逻辑节点的GOOSE与SV虚端子的对接方法,开发了一套变电站虚端子对接架构,实现了GOOSE与SV的全可控、透明化显示和实时监测。研究结果表明,本文提出的架构提升了GOOSE与SV虚端子的信息传输与监测的可控性,实现了可视化监测和显示,同时也提升了GOOSE与SV信息的可靠性。     

大倾角放顶煤智能化工作面建设方案与分析

以煤矿智能化建设和鹤壁矿区煤层赋存特点为工程背景,介绍了鹤煤公司煤矿智能化建设现状、规划及目标,提出了大倾角放顶煤智能化工作面建设实施方案,设计了综放智能化工作面设备配置、综放工作面智能化控制系统、液压支架电液控制系统、工作面视频系统、巷道集控中心、工作面原煤破碎运输集中控制系统、乳化液保障系统和地面监控中心8个方面的...