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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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黄海北部单船有翼单囊底拖网结构优化研究 被引量：5
4
作者 周景宇 张国胜 +6 位作者 许传才 崔闻达 王振宇 王羿宁 刘景 庄鑫 邢彬彬 《大连海洋大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期231-236,共6页
为解决单船有翼单囊底拖网作业时兼捕稚幼鱼比例较大的问题,增大了原生产网第五节网背网衣的网目尺寸,并将改进后的生产网作为试验网,在黄海北部海洋岛附近海域采用交替作业法进行原生产网和试验网各10网次的对比试验。结果表明:试验网... 为解决单船有翼单囊底拖网作业时兼捕稚幼鱼比例较大的问题,增大了原生产网第五节网背网衣的网目尺寸,并将改进后的生产网作为试验网,在黄海北部海洋岛附近海域采用交替作业法进行原生产网和试验网各10网次的对比试验。结果表明:试验网的总渔获质量比原生产网减少69.87 kg;原生产网捕获27种渔获物,试验网捕获19种渔获物,比原生产网减少8种,兼捕现象得到缓解;相比原生产网,试验网中的各渔获种类体长分布范围向右偏移,说明体长范围偏小的渔获物得到一定释放。本研究结果可为中国拖网类渔具的结构优化和渔业资源保护提供参考。 展开更多
关键词 底拖网 结构优化 渔获量 对比分析
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多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人关键技术 被引量：17
5
作者 马宏伟 孙思雅 +7 位作者 王川伟 毛清华 薛旭升 王鹏 夏晶 贾泽林 郭逸风 崔闻达 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期497-509,共13页
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... 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,构建了以工序时长最短为目标的时间协同任务分配模型,通过求解得到最优任务指派矩阵和多机械臂相交任务轨迹的优先级,并提出了在所有机械臂无碰撞运动的同时收敛于期望轨迹的分布式协同控制策略,旨在实现钻锚机器人多机械臂多钻机系统的智能协同控制和并行作业。多机械臂多钻机的钻锚机器人及其关键技术研究,对于创新研发高性能、高效率、高可靠、高智能的煤矿巷道钻锚机器人,确保煤矿巷道安全、高效、绿色智能掘进具有十分重要的意义。 展开更多
关键词 煤矿巷道 钻锚机器人 布局优化 机械臂位姿控制 轨迹规划 智能协同控制
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煤矿智能单轨吊研究进展与关键技术 被引量：19
6
作者 马宏伟 段优优 +5 位作者 薛旭升 孙思雅 张烨 王川伟 郭逸风 崔闻达 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第6期57-67,共11页
分析了目前常用的5种矿用单轨吊(即防爆柴油机单轨吊、防爆蓄电池单轨吊、气动单轨吊、绳牵引单轨吊和电缆拖挂单轨吊)的优缺点,指出防爆柴油机单轨吊和防爆蓄电池单轨吊因运输能力强,已广泛应用于煤矿井下设备及物料运输,防爆蓄电池单... 分析了目前常用的5种矿用单轨吊(即防爆柴油机单轨吊、防爆蓄电池单轨吊、气动单轨吊、绳牵引单轨吊和电缆拖挂单轨吊)的优缺点,指出防爆柴油机单轨吊和防爆蓄电池单轨吊因运输能力强,已广泛应用于煤矿井下设备及物料运输,防爆蓄电池单轨吊因其绿色清洁的特点,逐渐成为煤矿井下辅助运输的重点研发装备。从电池驱动、定位、测控、信息传输4个方面分析了矿用单轨吊系统的研究现状,指出目前的矿用单轨吊系统存在自动化、智能化水平低等问题,要实现单轨吊智能化运输,需研究单轨吊锂电池防爆及电池管理、全局与局部融合精确定位、多传感器信息融合智能测控、边缘计算信息传输等关键技术。针对锂电池防爆及电池管理技术,提出了基于变密度法的防爆大容量锂电池结构拓扑优化设计方法,及基于改进麻雀搜索算法/遗传算法的均衡管理方案;针对精确定位技术,提出了惯导+里程计融合的全局定位方法,及基于视觉+UWB组合的局部定位方法;针对智能测控技术,提出了基于递推最小二乘算法/二阶近似扩展卡尔曼滤波的智能检测方法、随动电子围栏实时构建方法和基于模糊规则的矢量控制方法;针对信息传输技术,提出了基于融合5G网络的“本地-近程-地面”通信系统架构,及基于边缘计算的分布式数据计算及传输方法。煤矿智能单轨吊关键技术问题和解决方案的提出,为加快煤矿智能单轨吊发展提供了一种新思路。 展开更多
关键词 智能单轨吊 防爆柴油机单轨吊 防爆蓄电池单轨吊 气动单轨吊 绳牵引单轨吊 电缆拖挂单轨吊 电池驱动 精确定位 智能测控 边缘计算信息传输
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韩城矿区岩巷TBM快速掘进系统及应用
7
作者 陈武选 李民 崔闻达 《陕西煤炭》 2024年第10期147-152,共6页
韩城矿区地质条件复杂,特别是桑树坪煤矿北二采区开拓巷道穿越煤层,巷道硬度变化较大。为克服岩层掘进支护困难、煤层顶板破碎、片帮严重等难题,研发了复杂地质条件下岩巷TBM快速掘进系统。TBM快速掘进系统机械系统由刀盘、推进、支撑... 韩城矿区地质条件复杂,特别是桑树坪煤矿北二采区开拓巷道穿越煤层,巷道硬度变化较大。为克服岩层掘进支护困难、煤层顶板破碎、片帮严重等难题,研发了复杂地质条件下岩巷TBM快速掘进系统。TBM快速掘进系统机械系统由刀盘、推进、支撑、钻锚等系统组成,控制系统由导航、监测、控制等系统组成。TBM快速掘进系统集成度高,能够实现掘进、支护、出渣等多工序并行连续作业,掘进面操作人员由18人减少到8人,最高日进尺17.9 m,最高月进尺352 m。实践表明,TBM快速掘进系统提高了掘进效率,提升了巷道成形质量,减少了作业人员,解决了复杂地质条件下岩巷施工速度慢、采掘失衡等难题。 展开更多
关键词 巷道掘进 TBM工法 快速掘进系统 岩巷 掘进效率
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