煤矿救援机器人全局路径规划

全局路径规划是煤矿救援机器人自主导航的关键技术之一,其任务是按照某一最优指标寻找一条从起始点到目标点的安全避碰路径。文中针对矿难发生后,井下部分巷道的局部环境不确定的特点,提出以矿难前的已知GIS系统为基础,结合改进蚁群算法获取环境不确定情况下的优化路径,从而获得全局最优路径的策略;依据安全性、路径最短原则设计了适应值评价函数,依此作为路径评价和信息素更新的依据;为避免停滞现象,采用确定性选择和随机选择相结合的路径选择策略。实验结果验证了算法的正确性和有效性。     

基于综合智能算法的新型救援机器人路径规划研究

为满足救援机器人在特殊工作环境下的成功避障和趋于目标,设计了一种新的机器人总体结构,采用超声波传感器收集周围距离信息并采用生命探测仪扫描周围环境将结果用于指导机器人到达事故地点.为提高结构化和非结构化交互环境下救援机器人的避障成功率,提出一种自适应模糊神经网络路径规划算法,利用障碍物信息生成相应的模糊控制规则,并将模糊算法构建成神经网络结构形式,使得规则的在线精度和神经网络的学习速度均有较大的提高,同样可使救援机器人具有较为迅速的反应能力,实现机器人连续、快速地避障并顺利搜索到指定目标.系统仿真证明了该算法在救援机器人路径规划中的有效性.     

蛇形搜救机器人的ORB-SLAM研究

针对蛇形搜救机器人在复杂颠簸的搜救场景中连续获取的单帧图像之间旋转变化剧烈的特点,提出一种结合ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)特征检测算子和局部敏感哈希(locality-sensitive hashing,LSH)特征关联算法来完成蛇形搜救机器人的同步定位与建图(simultaneous localization and mapping,SLAM)。该方法具有尺度不变性和旋转不变性,可有效解决特征点的检测与匹配问题。实验平台采用自主研制的具有高清摄像头的蛇形搜救机器人,分别对不同步态、不同场景进行实验验证,结果表明,与传统视觉SLAM相比,该算法计算量小,时效性强,适用于复杂环境下蛇形搜救机器人的工作。     

基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模

针对传统的D-H参数法需在每个关节上建立局部坐标系、建模过程复杂、几何意义不明确且求逆解易产生增根等不足,文中对具有关节多、结构冗余度高的蛇形机器人运动学建模展开研究,提出了基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模方法,证明了D-H参数法与基于旋量理论的建模方法的等价性,并基于旋量理论的指数积公式求解了蛇形机器人的速度雅可比矩阵,建立了蛇形机器人速度模型.使用Adams软件对蛇形机器人进行运动仿真,测量所得的末端执行器线速度和角速度曲线与Matlab计算所得的末端执行器线速度和角速度曲线一致,结果表明了旋量理论建模方法的正确、简捷和有效性.     

煤矿事故救援游戏式训练系统中的玩家个性化建模研究

根据游戏设计的需要,利用3DSMax的插件Facial Studio建立了不同玩家的多种表情模型,并设计生成玩家个性描述文件,以在训练系统中实现简单的玩家个性化袁现。     

一种蛇形机器人蜿蜒运动的实现及环境适应性研究

生物蛇数量众多的脊椎骨以及无足的身体结构,使其形成了特殊的蜿蜒式前进步态,能够广泛适应于草地、沙漠和湖泊等起伏地形,这种节律性的运动方式被证明是由中枢模式发生器(CPG)控制的.利用Hopf振荡器的稳态特性建立了能够实现蛇形机器人蜿蜒步态的CPG步态控制网络,依据蛇形机器人的模型仿真器得到了控制蜿蜒运动的CPG网络参数,并利用该网络的输出蛇形机器人成功实现了前进.根据Hopf振荡器对控制参数突然变化的良好适应性,通过在线调整得到了新的输出.讨论了面对复杂环境时蛇形机器人转弯运动的实现以及改变蛇形机器人身体S波构形来提高其环境适应性的方法.在蛇形机器人样机上的实验证明了基于CPG的运动控制方法在蛇形机器人蜿蜒运动上的有效性.     

人工肌肉多自由度弯曲柔性关节的仿生蛇形机器人

设计了一种由气体驱动的波壳伸缩式人工肌肉的、多方向弯曲的柔性关节,阐述了由此弯曲关节为基础的模块、及由多模块构成的蛇形机器人的设计思路.此关节原理采用万向节为柔性骨架,弹性的波壳受气压后轴向膨胀作为肌肉动力.给出了柔性关节的简单结构、蛇形机器人的基本构造、接受与控制系统的硬件组成,气体驱动系统的原理图以及旋转配气阀的结构.     

救援环境下基于遥操作的机器人控制系统研究

结合救援机器人作业环境的要求,开发出基于客户端/服务器模式的远程控制平台。该平台实现了通过无线网络实时传输各类数据和控制命令,客户端再现了机器人的工作环境和状态。并在此基础上进行了机器人实时操作测试。从测试实验结果可以看到,目前基于无线局域网进行机器人的遥操作是可行的。     

未知环境下基于可视切线图的救援机器人导航

研究了未知环境下救援机器人的导航问题,提出了一种基于可视切线图的导航算法,并对所提算法的可行性进行了分析。该算法包括反射式导航和反应式导航两个过程,采用方向吸引算子搜索全局目标指导下的局部最优路径。基于Matlab的仿真实验证明,采用该导航算法的机器人行走路径较短,所需运动时间相对较少,并且具有较好的环境适应能力,能够满足救援机器人在未知环境下的运动要求。     

基于多层径向基神经网络的机器人手爪腕力测量

机器人手爪腕部所受的力的量化对于机器人的安全操作是非常重要的.为了获取手指上力传感器的输出变化,首先对机器人进行标定实验,得到了机器人在行走和操作工件时腕部所受的多维力的信息.分析了利用经典的BP网络、RBF网络方法对机器人手爪腕力测量的缺陷,设计了一种新的神经网络.3R神经网络,对机器人手爪的8个指力传感器数据进行数据融合.结果显示,该方法能大大提高手爪腕部所受的力的估测精度,从而为机器人的安全操作提供了决策依据.     

煤矿搜救机器人履带式行走机构性能评价体系

为了探究何种履带式行走机构更加适用于煤矿搜救机器人,采用网络分析法从行走机构行走能力、防爆难易、操控性以及可靠性四个方面对5种常见的履带式行走机构进行性能评价.对5种行走机构的空间通过性、最大越障高度、最大越壕沟宽度和底盘高度进行了理论建模分析,同时提出了驱动电机数量对于防爆难易、操控性以及可靠性影响的数学模型.根据煤矿搜救机器人设计经验以及所推导的理论模型,对5种行走机构采用网络分析法进行了量化评价.最终,评价结果认为角度型行走机构更适于煤矿搜救机器人.基于评价结果,设计了CUMT-V型煤矿搜救机器人行走机构.     

基于改进的DDPG算法的蛇形机器人路径规划方法

针对蛇形机器人执行路径规划任务时,面对复杂环境传统强化学习算法出现的训练速度慢、容易陷入死区导致收敛速度慢等问题,提出了一种改进的深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient, DDPG)算法。首先,在策略-价值(actor-critic)网络中引入多层长短期记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络模型,使其控制经验池中信息的记忆和遗忘程度;其次,通过最优化特征参数将CPG(central pattern generators)网络融入强化学习模型,并设计新型网络状态空间和奖励函数;最后,将改进算法与传统算法分别部署在Webots环境中进行仿真实验。结果表明,相比于传统算法,改进算法整体训练时间平均降低了15%,到达目标点迭代次数平均降低了22%,减少了行驶过程中陷入死区的次数,收敛速度也有明显的提升。因此所提算法可以有效地引导蛇形机器人躲避障碍物,为其在复杂环境下执行路径规划任务提供了新的思路。     

基于灰色-模糊综合法的煤矿应急救援能力评价研究

为了对煤矿应急救援能力进行综合评价研究,分析了应急救援能力的内涵,重新界定了应急救援能力的概念;在分析煤矿应急救援能力的影响因素的基础上,构建了多层次煤矿应急救援能力评价指标体系,建立了基于灰色-模糊综合评价法的煤矿应急救援能力评价模型.通过实例表明,该方法能对煤矿应急救援现状进行较为准确的评价,为煤矿提升自身应急救援能力提供依据.     

矿区环境影响模糊综合评价

应用模糊数学的方法,通过确立矿区环境影响的评价指标,建立了指标体系的模糊评价因素集和权重集.通过对矿区环境的影响程度的测算方法的建立,可以判断出整个矿区综合环境质量所属评价集类别,并应用某矿区实例阐释了具体的计算过程.该方法可以客观全面的为评价部门提供环境质量评估依据.     

煤矿机器设备的可靠性研究

随着机械化水平的提高,机在煤矿系统中发挥着越来越重要的作用,随之而来的是机械设备故障增加,导致机械伤害事故日益增多。研究以提高煤矿建设中机器可靠性为主要目的,分析影响设备可靠性的因素,利用模糊综合评价理论,建立煤矿机器系统可靠性的多因素多级模糊综合评价模型,在实例中对机器设备的可靠性程度进行综合评价,找出影响其可靠性的薄弱环节,并提出提高煤矿机器可靠性的相关措施。     

露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运方法研究

针对露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运问题,建立了由控制中心、无线网关和无线传感器组成的无线传感器网络来控制多个机器人协同工作.为了实现高效的合作,以任务完成时间衡量机器人的合作效率,提出了基于效率最优的任务分配机制,采用蚁群算法,由控制中心进行集中式任务分配,并通过无线传感器网络告知机器人,实现了多机器人合作.利用无线传感器节点的定位信息,采用基于到达时间差的定位方法实现了机器人定位,使得机器人可在露天煤矿自主搬运煤矿.搭建了无线传感器网络,并用Pioneer III机器人和能力风暴机器人模拟煤矿搬运,模拟结果证明提出的方法可以实现露天煤矿下多机器人的协同控制,使机器人在最短的时间内完成任务.     

露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运方法研究

针对露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运问题,建立了由控制中心、无线网关和无线传感器组成的无线传感器网络来控制多个机器人协同工作。为了实现高效的合作,以任务完成时间衡量机器人的合作效率,提出了基于效率最优的任务分配机制,采用蚁群算法,由控制中心进行集中式任务分配,并通过无线传感器网络告知机器人,实现了多机器人合作。利用无线传感器节点的定位信息,采用基于到达时间差的定位方法实现了机器人定位,使得机器人可在露天煤矿自主搬运煤矿。搭建了无线传感器网络,并用Pioneer III机器人和能力风暴机器人模拟煤矿搬运,模拟结果证明提出的方法可以实现露天煤矿下多机器人的协同控制,使机器人在最短的时间内完成任务。     

细水煤矿"3.19"瓦斯爆炸事故救灾与分析

本文介绍了细水煤矿"3.19"瓦斯爆炸事故的抢救经过,分析了事故发生的原因,对事故抢救过程中关键环节决策的科学性进行了分析,最后经过科学决策和科学救援,在极短的时间内完成了救援任务,对今后处理类似矿井事故实施救灾指挥,有一定的借鉴作用.     

三维地质建模在煤矿地质可视化中的应用分析

煤矿智能化发展是煤炭行业未来发展的大趋势,三维地质建模及其可视化技术促进了地质资料信息的管理和共享,在煤炭行业的应用非常广泛且具有极其重要的意义。三维地质建模及其可视化技术可以对地质体的透明化勘探、煤矿的成矿预测、储量估算等进行精细化的指导,确保煤矿的采掘、通风系统的设计以及智能化开采的科学性,直观化灾害事故反演、地表环境监测、生产智能化管控等,减少勘探和开采的风险,能够大大提高煤炭开发的效率。本文对三维地质建模及其可视化技术在煤矿中的应用现状进行了总结,归纳了目前其在矿产领域的研究方向与相关软件的使用情况,介绍了地质数据和巷道数据的获取处理和建模技术,以及在各应用领域的具体进展,最后结合煤炭精准智能开采的发展趋势,针对三维地质建模技术在助力煤矿智能化发展方面的具体问题提出了思考和认识。