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论“掘进就是掘模型”的学术思想
1
作者 马宏伟 孙思雅 +16 位作者 王川伟 毛清华 薛旭升 刘鹏 田海波 王鹏 张烨 聂珍 马柯翔 郭逸风 张恒 王赛赛 李烺 苏浩 崔闻达 成佳帅 喻祖坤 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期661-675,共15页
为了实现煤矿巷道安全、高效、智能掘进,提出了“掘进就是掘模型”的学术思想,给出了“掘进就是掘模型”学术思想的内涵和体系架构,凝练了“掘进就是掘模型”的关键技术问题,即融合多源信息的多元巷道模型构建技术、基于巷道模型的智能... 为了实现煤矿巷道安全、高效、智能掘进,提出了“掘进就是掘模型”的学术思想,给出了“掘进就是掘模型”学术思想的内涵和体系架构,凝练了“掘进就是掘模型”的关键技术问题,即融合多源信息的多元巷道模型构建技术、基于巷道模型的智能截割技术、基于巷道模型的智能临时支护技术、基于巷道模型的智能永久支护技术、基于巷道模型的智能导航技术和基于巷道模型的机群智能并行协同控制技术。针对巷道模型构建问题,提出融合地质勘探、巷道设计、超前探测等多源数据的巷道模型构建方法,为掘进系统各子系统模型构建提供统一基准;针对基于巷道模型的智能截割问题,建立了待掘巷道模型与截割子系统模型的耦合子模型,提出了智能截割轨迹规划以及截割参数优化方法,制定了巷道智能截割策略,实现了截割子系统自适应规划截割;针对基于巷道模型的智能临时支护问题,建立了截割巷道模型与临时支护子系统耦合的临时支护子模型,提出了临时支护位姿与支护力自适应调整方法,实现了临时支护子系统安全可靠作业,提高了围岩的稳定性,为掘锚并行协同作业奠定了时空基础;针对基于巷道模型的永久支护问题,建立了临时支护巷道模型与永久支护子系统耦合的永久支护子模型,提出了受限时空下永久支护子系统内部各钻锚设备的协同控制方法,实现了永久支护子系统的高效协同控制;针对基于巷道模型的智能导航问题,建立了巷道模型与导航子系统耦合的导航子模型,提出了“惯导+全站仪”的智能掘进系统精确导航方法,提高了巷道掘进精度和成型质量;针对基于巷道模型的机群智能并行协同控制问题,建立了巷道模型与机群协同控制子系统耦合的并行协同控制子模型,制定了多机并行协同控制策略,提出了多任务多系统智能掘进系统协同控制方法,实现了智能掘进系统安全高效掘进。基于“掘进就是掘模型”的学术思想,研发了护盾式煤矿巷道掘进机器人系统,成功应用于陕煤化集团陕西小保当矿业有限公司,破解了夹矸厚、硬度大、片帮严重等复杂地质条件煤矿巷道掘进难题,有效提高了巷道掘进的安全性、高效性和智能化水平。 展开更多
关键词 煤矿智能掘进 掘进就是掘模型 智能掘进机器人 智能导航 智能支护 多任务协同控制
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煤矿巷道掘进锚索自动输送系统设计与仿真
2
作者 马宏伟 喻祖坤 +4 位作者 王川伟 崔闻达 成家帅 郭逸风 苏浩 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第3期429-438,共10页
针对煤矿巷道掘进中锚索支护过程自动化程度低、劳动强度大等问题,提出了一种煤矿巷道掘进锚索输送系统。通过对锚索输送系统的空间布局进行参数化建模,以机械臂输送过程中锚索的弯曲半径和悬空长度为指标,利用多目标粒子群算法(MOPSO)... 针对煤矿巷道掘进中锚索支护过程自动化程度低、劳动强度大等问题,提出了一种煤矿巷道掘进锚索输送系统。通过对锚索输送系统的空间布局进行参数化建模,以机械臂输送过程中锚索的弯曲半径和悬空长度为指标,利用多目标粒子群算法(MOPSO),求解得出了锚索输送系统的最优空间布局;结合锚索输送和安装需求,设计锚索输送装置的总体结构,利用改进D-H法建立了输送装置的运动学模型并分析了工作空间;分析锚索与其输送装置之间的相互作用机理,建立锚索参数、锚索弯曲弹性力和弯管参数关系的力学模型,以及锚索输送装置的虚拟样机模型,完成了锚索输送过程动力学仿真。结果表明:锚索输送装置能够满足6000 mm×4400 mm(宽×高)巷道的支护要求;当锚索参数确定时,锚索驱动力与弯管曲率半径平方项相关,而与锚索和弯管摩擦系数呈线性关系,增大弯管曲率半径可以显著减小所需最大驱动力;为使机械臂牵引的负载最小,弯管曲率半径的取值应使得弯管入口与锚索库出口高度接近;考虑锚索输送力得到的最优空间布局为弯管曲率半径1.5 m,端面转角90°,输送装置与锚索库水平距离1.51 m。研究结果为煤矿巷道锚索支护效率的提高,锚索支护的自动化和智能化的实现提供了参考依据。 展开更多
关键词 煤矿巷道掘进 锚索自动输送装置 工作空间 虚拟样机 粒子群算法
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煤矿井下移动机器人激光标靶定位方法研究
3
作者 马宏伟 苏浩 +7 位作者 薛旭升 李超 郭逸风 王星 周文剑 崔闻达 喻祖坤 成佳帅 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期60-73,共14页
针对煤矿井下巷道中移动机器人受环境影响,位姿感知难、定位精度低等难题,提出了一种以激光标靶作为定位基准的移动机器人精确定位方法。根据巷道环境特征与激光追踪检测原理,提出激光标靶网络分布式部署策略,构建基于激光标靶网络与激... 针对煤矿井下巷道中移动机器人受环境影响,位姿感知难、定位精度低等难题,提出了一种以激光标靶作为定位基准的移动机器人精确定位方法。根据巷道环境特征与激光追踪检测原理,提出激光标靶网络分布式部署策略,构建基于激光标靶网络与激光追踪器的机身定位检测平台;依据已知巷道空间信息与激光标靶位置信息,构建巷道坐标系及位置信息数据库并内置于激光标靶,利用定位检测平台解算激光标靶在激光发射器坐标系下的实际位置信息,建立激光标靶在巷道坐标系与机身坐标系的关联关系;通过提取数据库中激光标靶的4个特征点坐标信息,将其作为输入数据引入激光发射器与激光标靶定位模型,通过EPnP (Efficient Perspective-n-Point)算法求解机身位置信息,并以激光标靶巷道坐标与实测坐标最小残差平方和表征机身位置误差,构建机身位置误差模型,利用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt, L-M)算法最小化机身位置误差,通过空间坐标转换得到移动机器人在巷道坐标系的精确位置信息。经试验验证:移动机器人沿巷道方向、宽度方向和高度方向位置测量最大误差小于11.33、8.12、8.57 mm;动态轨迹测量试验的实际位置与理论位置误差在巷道方向、宽度方向、高度方向最大误差率为2.74%、3.14%、2.36%,且保证了在转弯的复杂巷道中机身定位的稳定测量,满足煤矿井下移动机器人定位精度要求。 展开更多
关键词 煤矿井下 移动机器人定位 激光标靶 EPnP Levenberg–Marquardt(L-M)算法
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