煤矿掘进机器人系统智能并行协同控制方法

煤矿巷道掘进长期存在的"采快掘慢""掘快支慢"顽症,尤其是掘进工作面装备成套化、自动化、智能化程度偏低、顺序作业工艺技术落后等问题,严重影响生产接续和安全高效开采。对此,研发了护盾推移式煤矿巷道掘进机器人系统成套装备,提出了一种煤矿巷道掘进机器人系统智能并行协同控制方法。首先,结合掘进机器人系统与巷道的耦合关系,分析了掘进机器人系统中各个子系统之间的相关性以及多任务之间的相互影响机理,得出了决定掘进效率的关键因素在于截割机器人和钻锚机器人的并行协同控制;其次,针对钻锚机器人各钻机之间的时空关系,构建了多钻机多任务协同钻锚作业数学模型,获得了钻机布置排距、排数及其各排钻锚任务数,同时使用优化组合的方法进行求解,并对计算结果通过安全距离最大原则进行优化,获得了钻锚机器人各排钻机最佳时空匹配策略;最后,通过钻锚机器人系统并行协同控制仿真和实验,证明了该方法的有效性;通过对掘进机器人工作时截割机器人与钻锚机器人的时序分析,得出优化后的钻锚机器人工作时间能够与截割机器人工作时间有效匹配,2者能够并行协同的完成截割和钻锚任务。该方法已经应用在团队研发的煤矿智能掘进机器人系统上,实现了多机器人系统的...     

多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人关键技术

针对煤矿巷道掘进智能化进程中存在的“掘快支慢”难题,总结分析了国内外快速掘进钻锚技术和装备以及类似多任务多机械臂控制技术的研究现状,指出研发具有多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人是破解永久支护难题的重要发展方向。提出了多机械臂多钻机协作的钻锚机器人基本方案,凝练了影响钻锚机器人性能的“有限时空多机械臂与多钻机布局优化、面向装卸任务的机械臂姿态控制、复杂受限空间机械臂最优轨迹规划和多机械臂多钻机智能协同控制”四大关键技术,并给出了解决思路和方法。针对在有限时空约束下钻锚机器人结构布局优化问题,构建了钻锚机器人配置优化模型,提出了时空最优的钻锚机器人多机械臂与多钻机结构布局方案,旨在提高钻锚效率的同时获得最优空间布局;针对机械臂与钻机协同位姿控制问题,提出了基于机器视觉和强化学习的机械臂抓取与布放控制方法,旨在提高机械臂末端位姿控制精度,实现精准装卸物料作业;针对复杂受限空间机械臂最优轨迹规划问题,建立了机械臂多目标轨迹优化模型,提出了基于随机采样与包围盒相结合的机械臂防碰撞轨迹优化方法,旨在保证机械臂在搬运过程中安全、可靠、高效运行;针对钻锚机器人多机械臂与多钻机并行协同控制问题,构...     

煤矿钻锚机器人钻锚工艺及优化研究

煤矿巷道掘进长期存在着采掘失调的情况,为此研发了一种与截割系统配套使用的钻锚机器人,提出了一种钻锚机器人钻机布局及钻锚作业工艺方法。以均匀分配为原则,以各钻机的钻锚时间与工作时间的标准差最小为目标,确定了钻机最优数量、布局及其对应的钻锚作业任务,实现了截割与钻锚的并行作业任务。通过1 a多的煤矿井下应用验证了煤矿钻锚机器人钻锚工艺及优化方法的正确性及可靠性。     

煤矿钻锚机器人控制系统设计

针对目前煤矿井下巷道掘进作业中锚杆支护环节存在的人工操作频繁、支护效率低等问题,研究设计了一种结构简单的煤矿钻锚机器人。主要设计了钻锚机器人的控制系统,选用罗克韦尔Compact Logix系列MicroLogix 1100控制器,融合多传感器技术,通过工业以太环网EtherNet实现机器人本地遥控控制和远程人机交互控制。对钻锚机器人控制系统进行硬件选型配置和软件设计,实现钻锚机器人自动控制。为煤矿井下钻锚设备智能化研究提供设计依据。     

煤矿井下钻锚机器人布网单元设计与仿真

针对现有煤矿井下巷道成型永久支护速度慢、效率低、危险性系数较高、人员参与较多等问题，论文提出了一种钻锚机器人，并对其布网单元进行设计，通过SolidWorks对其进行三维建模，并对关键部件的受力情况在ANSYS中进行有限元分析计算|在ADAMS中建立了钻锚机器人布网单元简化样机模型，并对其抓网、运网动作进行运动学仿真分析。结果表明：钻锚机器人布网单元整体结构设计合理，满足支护片网单张稳定抓取、移动、顶放姿态要求，且布网单元机械手的关键部件符合刚度、强度要求。     

煤矿钻锚机器人自动钻锚单元的设计与仿真分析

针对煤矿井下巷道掘进作业中锚杆支护环节存在的人工操作频繁、支护效率低等问题,研究设计了一种结构简单的煤矿钻锚机器人,提出一种自动钻锚单元。利用Solidworks三维建模软件构建钻锚单元中的钻锚装置和自动上料(锚杆)库模型,将建好的模型导入仿真软件ADAMS中,并且添加相应的约束和驱动等,通过对该模型进行运动学仿真分析,得出关键部件的运动学特性曲线,验证结构设计的合理性和可行性,为钻锚机器人的运动控制及其结构的优化设计提供参考依据。     

基于多传感器组合的钻锚机器人机身定位方法研究

针对目前煤矿钻锚作业仍以人工为主,作业强度大、环境恶劣且效率低的问题,为提高效率、保障工人生命安全,研发了煤矿钻锚机器人以提升钻锚作业自动化水平。针对工况环境下的钻锚机器人机身定位困难、干扰大、精度低、效率低等问题,提出了一种基于激光测距传感器和激光雷达的组合传感器定位方法。根据钻锚作业需求,研究基于分布式激光测距传感器的钻锚机器人与掘进工作面之间的距离信息,建立"机器人-工作面"定位模型,解算钻锚机器人前移过程中与掘进工作面的位置关系;以机器人后端顶部锚杆为目标,利用激光雷达扫描获取锚杆与钻锚机器人的动态点图信息,建立"机器人-锚杆"定位模型,解算钻锚机器人后移过程中与锚杆的空间位置关系。搭建组合定位系统,通过样机试验验证表明:"机器人-工作面"定位模型距离误差≤10 mm,偏航夹角误差≤1°;"机器人-锚杆"定位模型距离误差≤20 mm,偏航夹角误差≤1.5°,可以实现煤矿巷道钻锚机器人机身自动、准确、实时的定位目标。     

煤矿掘进机的机器人化研究现状与发展

基于煤矿巷道掘进智能化、无人化的发展要求,综述了悬臂式掘进机综掘技术、连续采煤机掘进技术和掘锚一体化掘进技术3条掘进作业线的国内外发展现状,依据国家煤炭安全监察局发布的《煤矿机器人重点研发目录》中对煤矿掘进机器人的规划,从感知、决策、执行3个层面分析了煤矿掘进机的机器人化应具备的特征,感知层通过多类传感器对煤矿井下巷道环境信息进行采集感知,决策层分析和求解作业任务,并融合感知层传输的环境信息,制定规划出最适合的控制策略,执行层接收决策层的指令,对机器人化掘进群组的位姿和运动进行控制。系统阐述了机器人化掘进群组关键技术:掘进机器人的自主定位、煤岩识别与自动截割、远程监控与故障检测等技术;临时支护机器人的自动支护技术;钻锚机器人的平行钻锚技术;辅助装载输送机器人的同步运输技术等。对比分析国际先进机器人化掘进装备和群组,结合我国煤矿巷道掘进技术与装备的现状,提出了煤矿掘进机的机器人化技术与装备发展思路和研究方向:冲击致裂-快速掘进新技术;远程前探-精准惯导新技术;协同掘支-自适护顶新装备;钻锚一体-智能锚固新装备,实现钻探-掘进-支护-锚固-运输协同作业的机器人化掘进群组快速掘进技术,最终达到煤矿巷道掘进作业少人化、无人化的目标。     

煤巷掘进工作面支护机器人的设计

目前煤矿巷道掘进支护过程中存在支护效率低、支护劳动强度大、安全风险系数高等问题,这些问题将影响巷道的支护和掘进速度,最终影响煤矿的开采效率。设计了七自由度掘进工作面液压支护机器人,该机器人与传统机器人不同,其大臂具有伸缩功能,各个关节均采用液压驱动,通过伸缩大臂到达不同的工作区域,而且该支护机器人可以安装在掘进工作面的支护平台上进行巷道支护。根据工况,计算各关节所需要的力矩,并对液压支护机器人进行运动学分析;为实现巷道的安全高效智能支护、掘进,提出了一种以机器人代替矿工的掘进支护施工新方案。     

晋煤集团研制成功自行龙门锚护机

山西晋城煤业集团研制成功了自行龙门式锚护机。这种自行龙门式锚护机集掘进、支护于一体,能跨在掘进机上方．通过与掘进机循环作业,实现前面掘进后边支护,在条件允许时还可以实现同步作业：可安装多台钻机。对顶板及侧帮同时进行钻孔锚固,实现多台钻机同时作业：其覆带式行走方式特别适应井下巷道坡度大的特点．操作平台可实现上下升降,支护立柱支撑顶板可起到临时支护作用,既可提高锚掘速度。降低工人的劳动强度,又可提高安全保障能力。     

EBZ200型综掘机在拱形巷道掘锚一体化作业的研究及应用

针对目前梅花井煤矿使用综掘机进行巷道掘进、人工使用锚杆钻机进行锚固支护的方式,提出了一种在综掘机机身安装锚杆钻机、临时支护和工作平台的方法,通过改进设备以及优化巷道掘进工艺,提高巷道掘进速度,降低劳动强度,实现掘锚一体化作业。现场应用证明,综掘机改为掘锚一体机,集掘进、支护于一体,减少了巷道掘进过程中人工搬用锚杆钻机的工序,提高了掘进速度。     

高陡边坡堆积体锚固钻孔配套机具研究

岩土工程中的高陡边坡堆积体的锚固工程中经常遇到的由于边坡高陡、钻机架设搬迁困难、底层破碎成孔困难等,有针对性地选用了相应的锚固钻机,并对钻机进行了改进,以使其更加符合高陡边坡堆积体锚索施工的要求;同时研制加工了符合该类地质情况的偏心跟管钻具.以期能够解决高陡边坡堆积体锚固成孔困难、效率低、造价高的难题.     

预应力锚索孔内扩孔工艺的研究

预应力锚索技术是进行滑坡治理、边坡锚固等地质灾害治理中的常用技术,传统锚索内锚头自由地搁置在内锚固段孔内,在无预应力状态下进行内锚固段注浆;而自承载式预应力锚索在有预应力的状态下注浆,有利于充分发挥浆体材料及岩体的力学性能。对于中硬以下碎裂岩层,采取在锚固段进行扩孔,在扩孔段安装自承载式锚索承载体,承载体扩体后,利用孔壁的摩擦力和扩孔段端部的承载力进行初张拉锁定。因此,研究了一种适用于中硬以下岩层(抗压强度30 MPa)且适合使用空气潜孔锤钻进工艺的扩孔钻具和钻孔工艺,通过进行扩孔钻进室内试验,结果表明,该扩孔钻具和工艺能够实现在锚固段进行分段扩孔。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂运动学研究

通过分析煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂机构动作过程和结构原理,建立了钻臂关节坐标系,得到了连杆D-H参数,根据建立的钻孔机器人钻臂正向运动学模型,求得钻孔机器人钻臂基坐标系与钻杆末端坐标之间位姿变换矩阵、钻臂关节变量与末端位姿关系式;运用非线性映射能力强的RBF神经网络算法,实现了钻臂运动学逆解的快速和高精度求解。采用蒙特卡洛法对钻臂工作空间求解,得到了末端集合点在钻臂工作空间的散点图,验证钻臂设计工作空间可行性。该研究可为钻孔机器人钻臂的精确定位、运动学分析、轨迹规划奠定基础。     

锚固系统应力传递影响因素正交优化试验研究

为研究锚固系统应力传递规律的影响因素,基于正交试验研究方法,采用数值模拟软件FLAC对不同钻孔直径、锚杆直径、锚杆材质和间排距条件下的锚固剂和钻孔围岩界面的剪力进行了数值模拟计算,并对试验结果进行了极差分析。结果表明:锚固系统应力传递的影响因素排序由大到小依次为锚固长度、锚杆间距、钻孔直径、锚杆直径和锚杆材质。为提高锚固效果,锚杆直径与钻孔直径要合理匹配,锚固长度和锚杆间距也要合理匹配。经过现场实践,验证了锚杆支护设计方案的可行性。     

丹江口水库大坝加高工程应力分散型预应力锚杆研制及应用

介绍了丹江口水库大坝加高改造工程中采用的应力分散型、自锁式内锚头预应力锚杆技术。项目研制了性能可靠、结构合理的专用扩孔器具和自锁式内锚头,解决了50 m深孔高精度钻孔难题。该锚固技术改善了内锚固段应力集中的不良状态,改变了普通锚杆预应力通过内锚固体与孔壁的粘结力传递到承载体上的方式,而是通过在扩孔段设置的自锁式内锚头,以压力的形式,分散直接作用于不同深度的承载体上,锚固力不会因粘结力衰减而损失,起到长期锚固的作用。     

MZ150型锚杆钻机的工业性试验

ＭＺ１５０型锚杆钻机是针对我国锚杆施工市场需求而设计的一种小型全液压钻机。通过长螺旋钻进、冲击挤密钻进及风动冲击回转钻进３种钻进工艺方法的工业性试验证明,其各项技术参数达到了设计要求,完全适合于我国锚固工程施工要求     

锚杆钻车钻架的加工和维护

简单介绍了钻架的基本结构,详细分析了钻架的加工难点和克服这些难点的解决方案,阐述了钻架主要部件的检验方法。最后对钻架的使用和维护方法进行了详细的说明。     

煤巷液压锚杆钻机随钻参数采集系统及其应用

围岩岩性随钻识别技术能够实时获取巷道围岩力学参数,为煤巷围岩支护提供基础保障。本文基于煤矿巷道液压锚杆钻机研发了煤巷液压锚杆钻机随钻参数采集系统,包括钻进系统、动力系统、监测系统及试件平台。利用该系统进行了不同强度砂浆组合试件的钻进实验,结果表明,系统性能良好,随钻参数变化规律明显,扭矩和推进压强在不同岩层交界处有明显的跃迁现象。为了验证岩石强度随钻识别的可靠性,通过随钻参数计算破岩比能,进一步分析了随钻参数与抗压强度的关系。基于破岩比能法该系统可以实现随钻参数对岩石力学性能的识别。