基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制研究

针对复杂巷道环境下掘进机器人自主纠偏控制难题,通过分析掘进机器人偏移原因,明确了掘进机器人纠偏控制功能需求,提出了一种基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制系统,介绍了系统组成;以掘进机器人对中纠偏为例,分析了系统纠偏控制机理,提出了基于双目视觉图像信息的掘进机器人纠偏控制方法,以双目视觉检测的巷道图像为基础数据,通过提取巷道图像特征及分析巷道坐标系与掘进机器人坐标系关系,解算出掘进机器人相对于巷道空间的位姿参数,根据解算结果对掘进机器人进行纠偏控制;构建了掘进机器人及巷道数字模型和定位定向参数数据库,通过虚实映射关系,实现了掘进机器人虚拟远程纠偏控制。实验结果表明,基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制系统在不同工况下均可有效补偿掘进机器人偏航角和偏移距离,纠偏过程可实时显示在监测监控界面,且纠偏路径规划仿真结果与实际工况一致。     

9号煤回采巷道锚杆支护技术

古书院矿通过二水平 9# 煤回采巷道锚杆支护实施 ,总结出了一套适合该矿地质条件的煤巷道锚杆支护方法 ,并进行了推广应用 ,取得了显著的经济效益和社会效益。     

钻锚机器人与掘进机会车防碰撞预警方法研究

针对钻锚机器人与掘进机会车易发生碰撞的问题,提出了一种多传感器融合的会车防碰撞预警方法。通过在钻锚机器人机身内外两侧安装多个超声传感器,实时检测其与掘进机、煤壁的距离关系,实现碰撞检测与预警。同时针对因工作人员以及其他因素引起系统误报警的问题,根据掘进机与其他物体宽度不同,剔除无效报警信息,并利用D-S证据理论融合多个超声传感器信息,提高掘进机宽度检测精度。搭建了会车防碰撞试验平台,并进行了试验测试。试验结果表明：传感器碰撞检测误差不超过15 mm,多传感器融合检测掘进机宽度误差不超过28 mm,在50次工作人员从钻锚机器人内部穿行测试中,无误报发生。     

基于双目视觉的掘锚机器人行驶位移检测方法

针对掘锚机器人在行驶过程中存在行驶位移检测精度低的问题,以已支护锚杆为定位基准,通过分析掘锚机器人与已支护锚杆之间的距离关系,建立“掘锚机器人-已支护锚杆”定位模型,提出一种基于双目视觉的掘锚机器人行驶位移检测方法。煤矿井下环境复杂,采用传统的Census变换算法得到的视差图具有局限性,通过分析双目视觉测距原理,提出一种改进Census变换算法获取锚杆的视差图,得到锚杆图像的深度信息;提出一种锚杆特征的识别与定位方法,利用边缘检测算法对视差图中的锚杆进行轮廓提取,采用最小外接矩形与最大外接矩形算法对锚杆轮廓进行框选,提取锚杆特征点的像素坐标,通过分析坐标转换关系将特征点像素坐标转换为世界坐标,采用最小二乘法将特征点空间坐标拟合成一条直线,经过该直线建立平行于巷道截面的平面,解算双目相机与该平面之间的距离,进而得到掘锚机器人与该平面之间的距离。搭建移动机器人平台进行掘锚机器人行驶位移检测实验,结果表明：改进后的Census变换算法使误匹配率从19.85%降低到11.52%,较传统Census变换算法的误匹配率降低了41.96%;锚杆特征点识别与定位方法能够有效提取锚杆特征点的空间坐标,经...     

基于特征间隔的煤矿钢丝绳芯输送带接头自动定位方法

针对煤矿钢丝绳芯输送带接头断裂问题,构建了基于弱磁与行程检测的接头自动检测系统,并提出了一种基于特征间隔的接头自动定位方法。该方法通过自动检测特征间隔来确定特征接头,根据特征接头对输送带接头进行自动编号,并将自动编号与实际输送带接头编号一一对应,从而实现接头自动定位。运用多个煤矿的钢丝绳芯输送带接头检测信号对提出的自动定位方法进行了试验验证,试验结果表明该方法实现了钢丝绳芯输送带接头的准确定位。     

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...