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智能防突防冲钻孔机器人研究与应用
1
作者
张宏财
任永力
+1 位作者
李俊庆
韩金永
《中国煤炭》
北大核心
2025年第4期106-111,共6页
为了解决现有煤矿井下钻探作业效率低、劳动强度大、安全隐患多等问题,结合井下钻探实际工艺工况,研究了一种智能防突防冲钻孔机器人。介绍了该机器人结构设计,详细阐述了其关键技术。该机器人运用AI视觉算法实现人员行为实时监测与危...
为了解决现有煤矿井下钻探作业效率低、劳动强度大、安全隐患多等问题,结合井下钻探实际工艺工况,研究了一种智能防突防冲钻孔机器人。介绍了该机器人结构设计,详细阐述了其关键技术。该机器人运用AI视觉算法实现人员行为实时监测与危险区域智能预警;搭载激光雷达构建三维环境感知系统,实现自主避障与巷道定位;基于C++开发远程操控平台,通过井下网络实现钻机远程控制与数据管理;采用CAN总线+PLC智能控制架构优化系统集成度,结合PID闭环检测提升运行稳定性。通过工程实际应用验证表明,该机器人能够降低电控故障率,提升施工效率,减少现场人员配置,同时实现毫米级避障精度和全流程施工数字化管控,显著提升了井下钻探作业的安全性与智能化水平。
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关键词
智能防突防冲钻孔机器人
AI视觉算法
远程操控平台
PLC
智能
控制
数字化管控
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职称材料
煤矿防冲钻孔机器人全自主钻进系统关键技术
被引量：
13
2
作者
王忠宾
司垒
+6 位作者
魏东
戴剑博
顾进恒
邹筱瑜
张聪
闫海峰
谭超
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期1240-1258,共19页
针对高地应力矿井钻孔卸压作业智能化程度低的技术难题,总结分析了国内外钻孔卸压技术和装备的研究现状,指出研发高性能、高可靠、高效率的防冲钻孔机器人全自主钻进系统是破解冲击地压防治难题的重要发展方向。为此,凝练了影响钻进系...
针对高地应力矿井钻孔卸压作业智能化程度低的技术难题,总结分析了国内外钻孔卸压技术和装备的研究现状,指出研发高性能、高可靠、高效率的防冲钻孔机器人全自主钻进系统是破解冲击地压防治难题的重要发展方向。为此,凝练了影响钻进系统性能的“孔位精准识别、钻具姿态精确感知、无线电磁随钻智能检测、钻具运行状态智能识别和钻进系统精确控制”五大关键技术,并给出了解决思路和方法。针对在复杂恶劣环境下卸压孔的精确识别问题,设计了融合图像尺寸调节和多阶段训练模式的卸压孔图像样本扩充SinGAN模型,引入多层特征融合优化的FasterRCNN,构建了基于改进SqueezeNet轻量级网络架构的孔位识别模型,以实现卸压孔位的准确快速识别;针对钻具姿态精确感知问题,提出了基于改进梯度下降法算法优化无迹卡尔曼滤波的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)初始对准方法,设计了多个IMU的空间阵列布局方式,研究了基于BP神经网络的钻具姿态误差补偿方法,旨在提高钻具姿态的解算精度,实现精准钻孔卸压;针对复杂地质环境下钻进工况的精确检测问题,搭建了煤矿井下随钻测量无线电磁传输系统架构,探讨了微弱电磁波信号自适应调制和随钻高速双向电磁传输技术原理,研究了孔底地质参数、几何参数和工程参数的测量原理和实现过程;针对钻进系统运行状态识别问题,构建了钻进信号时域、频域、时频域的多域特征和深度网络高级特征提取架构,提出了钻进系统关键零部件健康状态评估和故障诊断技术,构建了基于改进蝙蝠优化长短期记忆网络的卡钻风险因子预测模型,实现对卸压钻具卡钻状态的准确预测;针对钻进系统的精确控制问题,分析了钻进系统的液压系统工作原理,构建了考虑煤岩性状的钻进系统精确控制方案,探讨了基于转矩和位置的钻进系统最优控制参数求解原理,旨在实现钻进回转系统和给进系统的智能协同控制和并行作业。
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关键词
防
冲钻孔
机器人
卸压孔识别
钻具姿态感知
无线电磁检测
钻进状态识别
智能
协同控制
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职称材料
题名
智能防突防冲钻孔机器人研究与应用
1
作者
张宏财
任永力
李俊庆
韩金永
机构
冀凯河北机电科技有限公司
出处
《中国煤炭》
北大核心
2025年第4期106-111,共6页
文摘
为了解决现有煤矿井下钻探作业效率低、劳动强度大、安全隐患多等问题,结合井下钻探实际工艺工况,研究了一种智能防突防冲钻孔机器人。介绍了该机器人结构设计,详细阐述了其关键技术。该机器人运用AI视觉算法实现人员行为实时监测与危险区域智能预警;搭载激光雷达构建三维环境感知系统,实现自主避障与巷道定位;基于C++开发远程操控平台,通过井下网络实现钻机远程控制与数据管理;采用CAN总线+PLC智能控制架构优化系统集成度,结合PID闭环检测提升运行稳定性。通过工程实际应用验证表明,该机器人能够降低电控故障率,提升施工效率,减少现场人员配置,同时实现毫米级避障精度和全流程施工数字化管控,显著提升了井下钻探作业的安全性与智能化水平。
关键词
智能防突防冲钻孔机器人
AI视觉算法
远程操控平台
PLC
智能
控制
数字化管控
Keywords
intelligent anti-outburst and anti-impact drilling robot
AI vision algorithm
remote control platform
PLC intelligent control
digital control
分类号
TD76 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
煤矿防冲钻孔机器人全自主钻进系统关键技术
被引量：
13
2
作者
王忠宾
司垒
魏东
戴剑博
顾进恒
邹筱瑜
张聪
闫海峰
谭超
机构
中国矿业大学机电工程学院
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第2期1240-1258,共19页
基金
国家重点研发计划资助项目(2020YFB1314200)
国家自然科学基金资助项目(52304184)
江苏省优势学科平台资助项目(苏政办发[2018]87号)。
文摘
针对高地应力矿井钻孔卸压作业智能化程度低的技术难题,总结分析了国内外钻孔卸压技术和装备的研究现状,指出研发高性能、高可靠、高效率的防冲钻孔机器人全自主钻进系统是破解冲击地压防治难题的重要发展方向。为此,凝练了影响钻进系统性能的“孔位精准识别、钻具姿态精确感知、无线电磁随钻智能检测、钻具运行状态智能识别和钻进系统精确控制”五大关键技术,并给出了解决思路和方法。针对在复杂恶劣环境下卸压孔的精确识别问题,设计了融合图像尺寸调节和多阶段训练模式的卸压孔图像样本扩充SinGAN模型,引入多层特征融合优化的FasterRCNN,构建了基于改进SqueezeNet轻量级网络架构的孔位识别模型,以实现卸压孔位的准确快速识别;针对钻具姿态精确感知问题,提出了基于改进梯度下降法算法优化无迹卡尔曼滤波的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)初始对准方法,设计了多个IMU的空间阵列布局方式,研究了基于BP神经网络的钻具姿态误差补偿方法,旨在提高钻具姿态的解算精度,实现精准钻孔卸压;针对复杂地质环境下钻进工况的精确检测问题,搭建了煤矿井下随钻测量无线电磁传输系统架构,探讨了微弱电磁波信号自适应调制和随钻高速双向电磁传输技术原理,研究了孔底地质参数、几何参数和工程参数的测量原理和实现过程;针对钻进系统运行状态识别问题,构建了钻进信号时域、频域、时频域的多域特征和深度网络高级特征提取架构,提出了钻进系统关键零部件健康状态评估和故障诊断技术,构建了基于改进蝙蝠优化长短期记忆网络的卡钻风险因子预测模型,实现对卸压钻具卡钻状态的准确预测;针对钻进系统的精确控制问题,分析了钻进系统的液压系统工作原理,构建了考虑煤岩性状的钻进系统精确控制方案,探讨了基于转矩和位置的钻进系统最优控制参数求解原理,旨在实现钻进回转系统和给进系统的智能协同控制和并行作业。
关键词
防
冲钻孔
机器人
卸压孔识别
钻具姿态感知
无线电磁检测
钻进状态识别
智能
协同控制
Keywords
anti-impact drilling robot
recognition of pressure relief holes
drilling tool posture perception
wireless electromagnetic detection
drilling status recognition
intelligent collaborative control
分类号
TD241 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
智能防突防冲钻孔机器人研究与应用
张宏财
任永力
李俊庆
韩金永
《中国煤炭》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
煤矿防冲钻孔机器人全自主钻进系统关键技术
王忠宾
司垒
魏东
戴剑博
顾进恒
邹筱瑜
张聪
闫海峰
谭超
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
13
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