小型侧壁钻孔机器人钻孔质量控制方法

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作者 张忠林 吴志强 +2 位作者 李立全 周辉 朱勇 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1230-1236,共7页

小型侧壁钻孔机器人在深部巷道/隧道动力灾害物理模拟试验系统中得到了具体应用。由于岩石空洞外径小而细长的有限条件,使得侧壁钻孔非常困难。本文为了提高其钻孔的质量,针对岩孔侧壁钻孔过程中的质量影响与控制进行研究。采用了力学... 小型侧壁钻孔机器人在深部巷道/隧道动力灾害物理模拟试验系统中得到了具体应用。由于岩石空洞外径小而细长的有限条件,使得侧壁钻孔非常困难。本文为了提高其钻孔的质量,针对岩孔侧壁钻孔过程中的质量影响与控制进行研究。采用了力学建模与实验验证的方法,得到了振动、横向进给位移、侧向进给速度是关键影响因素结论。建立了振动力学模型和速度匹配方程,应用在实际机器人的设计和控制系统中,并研制了小型侧壁钻孔机器人,完成其钻孔质量测试实验。测试结果表明:钻孔质量可以很好得到控制,能够满足实际岩孔参数Φ6×90+0.5 mm要求。 展开更多

关键词 小型侧壁钻孔机器人 深部隧道模拟系统 振动力学模型 控制设计 钻孔实验 质量分析

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煤矿防冲钻孔机器人负载敏感钻进系统特性分析

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作者 顾进恒 冯可楠 +3 位作者 闫海峰 王忠宾 司垒 谭超 《机床与液压》 北大核心 2025年第10期188-192,共5页

煤矿防冲钻孔机器人钻进系统是实现钻孔卸压作业与防治煤矿冲击地压的关键机构,需适应不同煤岩条件下的钻进负载要求,而负载敏感变量泵为钻进系统提供了重要的钻进负载流量保障。为此,提出一种负载敏感钻进系统方案,通过液压马达和给进... 煤矿防冲钻孔机器人钻进系统是实现钻孔卸压作业与防治煤矿冲击地压的关键机构,需适应不同煤岩条件下的钻进负载要求,而负载敏感变量泵为钻进系统提供了重要的钻进负载流量保障。为此,提出一种负载敏感钻进系统方案,通过液压马达和给进油缸执行钻进作业,充分考虑不同煤岩条件下的钻进负载特性;建立AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真模型,对负载敏感钻进系统的跟随特性进行分析,结合钻进负载变化特性确定负载敏感系统的动态性能,并进行仿真验证。结果表明:钻进回转转矩和轴向力均随着钻进煤岩条件的变化而变化,且呈非线性关系;所提的负载敏感钻进系统可在0.3~0.6 s响应钻进负载,并可跟随钻进负载的变化而变化,且钻进负载补偿压力约为1.5 MPa;当钻进负载缓慢和阶跃变化时,负载敏感钻进系统具有良好的动态响应特性,可满足不同煤岩条件下的钻进作业稳定性需求。 展开更多

关键词 负载敏感钻进系统 煤矿防冲钻孔机器人 系统特性

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智能防突防冲钻孔机器人研究与应用

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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。 展开更多

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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基于IMU-LiDAR紧耦合的煤矿防冲钻孔机器人定位导航方法 被引量：10

4

作者 司垒 王忠宾 +4 位作者 魏东 顾进恒 闫海峰 谭超 朱远胜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期2179-2194,共16页

防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其在复杂卸压巷道的精确地图构建和的稳定导航是实现钻孔作业智能化的基础和前提。在分析激光雷达点云畸变成因和同步定位与地图构建(SLAM)算法缺陷的基础上,设计了基于惯性测量单元(IMU)... 防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其在复杂卸压巷道的精确地图构建和的稳定导航是实现钻孔作业智能化的基础和前提。在分析激光雷达点云畸变成因和同步定位与地图构建(SLAM)算法缺陷的基础上,设计了基于惯性测量单元(IMU)连续时间轨迹的点云畸变矫正方法,建立了激光雷达和IMU的数据融合模型,提出了基于IMU-LiDAR紧耦合的防冲钻孔机器人定位建图方法。根据煤矿卸压巷道特点建立了密闭坡道模型,开展了建图效果仿真分析,结果表明,所提算法在定位精度、轨迹误差方面均优于现有常用算法。在此基础上,设计了基于改进人工势场法和快速扩展随机树的动态路径规划方法,建立了适用于防冲钻孔机器人的路径规划与导航融合方案,并设计了2种仿真运动场景,结果表明,所提路径规划方法在全局路径规划和动态路径规划的平均路径长度、平均运行时间、平均生成节点数等方面均具有较好的综合性能。为了进一步验证防冲钻孔机器人定位导航方法的实用性,在校内模拟巷道、地面实验基地和井下卸压巷道等场景下开展了多组对比实验,结果表明:将IMU数据与LiDAR数据紧耦合后,所提方法的定位建图精度明显提高,在特征退化场景中具有优越的定位建图性能,且规划路径的运算效率和路径代价方面均具有良好的表现,验证了所提定位导航方法在多种场景中的可行性和优越性。 展开更多

关键词 防冲钻孔机器人 同步定位与地图构建 惯性-雷达融合 定位导航 路径规划

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煤矿防冲钻孔机器人全自主钻进系统关键技术 被引量：10

5

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。 展开更多

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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基于无线电磁传输的防冲钻孔机器人钻进轨迹随钻测量方法 被引量：1

6

作者 王忠宾 司垒 +6 位作者 顾进恒 魏东 戴剑博 辛德忠 张修峰 陈航 邢飞 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期220-237,共18页

防冲钻孔机器人是高地应力矿井实现无人化卸压的必要装备,研发可靠的钻进轨迹随钻测量系统是保障钻孔卸压效果的重要措施。为此,在分析钻进轨迹算随钻测量基本原理的基础上,研制了基于无线电磁传输技术的钻进轨迹随钻测量钻杆;分析了不... 防冲钻孔机器人是高地应力矿井实现无人化卸压的必要装备,研发可靠的钻进轨迹随钻测量系统是保障钻孔卸压效果的重要措施。为此,在分析钻进轨迹算随钻测量基本原理的基础上,研制了基于无线电磁传输技术的钻进轨迹随钻测量钻杆;分析了不同电磁信号调制方式的频谱效益和抗噪声性能,设计了钻杆姿态信号的频移键控(FSK)调制和解调流程,进而开发了先放大后滤波的微弱信号调理系统,设计了相应的功能电路,并基于Multisim软件对其进行了测试,各电路模块满足设计要求。对比分析了5种轨迹解算算法的精度和执行效率,选择了均角全距法进行钻进轨迹解算,研究了基于小波滤波的惯性测量单元测量数据振动误差处理方法,验证了小波滤波算法对于提高姿态角解算精度的有效性。提出了基于拉线位移传感器与机器人动作标志位的钻进深度测量方法,并开展了地面试验与井下试验。试验结果表明:所设计的微弱信号调理系统可以实现煤矿井下微弱信号的接收与处理,基于拉线位移传感器与机器人动作标志位的钻进深度测量方法可以提高钻进轨迹的拟合精度。 展开更多

关键词 防冲钻孔机器人 随钻测量 无线电磁传输 钻进轨迹解算 微弱信号调理

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伸缩式钻孔机器人动力学模型及仿真分析研究 被引量：1

7

作者 许敏 邵向阳 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第8期333-338,345,共7页

钻孔机器人在油矿井下作业环境中逐渐广泛应用,提出了一种由钻孔液驱动的新型伸缩式钻孔机器人。首先根据钻孔机器人驱动力的工作原理,建立了压差流体力学模型,在此基础上分别推导了钻孔机器人在空载和负载条件下的牵引力计算方程,从而... 钻孔机器人在油矿井下作业环境中逐渐广泛应用,提出了一种由钻孔液驱动的新型伸缩式钻孔机器人。首先根据钻孔机器人驱动力的工作原理,建立了压差流体力学模型,在此基础上分别推导了钻孔机器人在空载和负载条件下的牵引力计算方程,从而建立了钻孔机器人的动力学模型,提出了钻压、钻速等关键参数的计算方法。通过仿真分析了表明,随着流量的增加,钻速/速度和钻孔机器人的牵引力均呈近似线性增加趋势,在空载条件下,钻孔机器人将处于加速状态,直到伸缩缸停止泵送钻孔液为止。在负载条件下,钻孔机器人与机械钻孔速率能快速达到平衡。 展开更多

关键词 钻孔机器人 伸缩式机器人 钻孔液驱动 压差

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煤矿用钻孔机器人钻臂定位误差补偿研究 被引量：3

8

作者 梁春苗 姚宁平 +1 位作者 姚亚峰 彭涛 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期153-163,共11页

目前钻孔机器人位姿调节多采用手动遥控调节与人工复测结合,未实现全自动调节,开环控制精度低、自动化能力低、无法实现煤矿用探放水、防突和防冲钻孔机器人精确开孔定位与孔群全自动施工。通过分析钻孔机器人钻臂结构和动作,建立了钻... 目前钻孔机器人位姿调节多采用手动遥控调节与人工复测结合,未实现全自动调节,开环控制精度低、自动化能力低、无法实现煤矿用探放水、防突和防冲钻孔机器人精确开孔定位与孔群全自动施工。通过分析钻孔机器人钻臂结构和动作,建立了钻臂运动学模型;通过对加工误差、机身变形、装配间隙等影响因素分析,发现采用回转减速器蜗轮蜗杆结构间隙会引起倾角和方位角误差放大,并在机身平时会引起倾角和方位角误差最大达0.85°;为消除误差,首先采用传统钻臂运动学误差补偿方法建立了钻臂静、动态误差补偿模型,利用全站仪测试关节间隙和变形量,基于补偿模型和RBF神经网络法求逆解得到误差补偿量,钻臂期望位姿与实际位姿误差的x方向平均误差为9.6 mm,y方向平均误差为18.2 mm,z方向平均误差为16 mm,满足工程应用要求;其次为解决传统全站仪试验测量的方法的复杂性和非实时性问题,提出了一种通过激光测距仪和高精度开孔定向仪组合获得位姿误差检测的方法,通过测距实时计算实际和理论倾角、方位角差值,作为误差补偿后的新倾角和方位角的控制输入量,对钻臂进行实时误差检测与补偿;最后利用传统全站仪精度检测方法对激光测距组合位姿误差补偿模型进行验证。试验表明:激光测距组合定位误差检测法最大误差差值在±0.5°以内,方位角最大误差在±0.5°以内,比未采用误差补偿前分别提高了41.1%和37.5%,满足了钻孔机器人开孔定位误差要求。在煤炭行业开展了钻孔机器人钻臂在线精确定位与误差补偿研究,对钻孔机器人精确自动开孔定位及孔群全自动施工具有重要的借鉴和指导意义。 展开更多

关键词 钻孔机器人 钻臂定位 运动学模型 位姿误差检测 误差补偿模型 煤矿

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软硬交错倾斜煤层下煤矿钻孔机器人钻杆系统振动特性研究

9

作者 康明霞 王忠宾 +2 位作者 刘新华 魏东 赵啦啦 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第10期128-134,146,共8页

煤矿钻孔机器人钻杆系统振动特性的研究是钻进轨迹预测及控制的重要前提。考虑水平钻进过程中钻杆系统与煤层交互约束的复杂机制,搭建煤矿钻孔机器人钻进实验平台及振动监测系统,开展不同软硬煤层及煤层倾斜角度下的水平钻进实验;采用... 煤矿钻孔机器人钻杆系统振动特性的研究是钻进轨迹预测及控制的重要前提。考虑水平钻进过程中钻杆系统与煤层交互约束的复杂机制,搭建煤矿钻孔机器人钻进实验平台及振动监测系统,开展不同软硬煤层及煤层倾斜角度下的水平钻进实验;采用经验模态分解方法对采集数据进行分解、滤波和重构处理,以消除噪声干扰,进而研究软硬交错倾斜煤层下钻孔机器人钻杆系统振动特性。研究结果表明:钻孔机器人无论是在硬→中硬→软煤层还是软→中硬→硬煤层中钻进,钻杆系统的纵向、横向、扭转振动幅度均随煤层倾斜角度的增大而增大;同一煤层倾斜角度下,钻孔机器人在软→中硬→硬煤层中钻进较在硬→中硬→软煤层中钻进时,钻杆系统的纵向、横向及扭转振动幅度更大;煤层倾斜角度较小时,软硬交错煤层对钻杆系统振动特性的影响较大,煤层倾斜角度较大时,煤层倾斜角度对振动特性的影响大于软硬交错煤层的影响;较大的砂石对钻杆系统振动产生一定影响。 展开更多

关键词 煤矿钻孔机器人 软硬交错煤层 倾斜煤层 水平钻进 钻杆系统 振动特性

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钻孔机器人负载敏感给进调速液压系统研究 被引量：1

10

作者 王宾昌 魏伟 +1 位作者 肖玉清 张溟晨 《矿业安全与环保》 北大核心 2024年第6期185-191,共7页

针对传统钻机给进调速液压系统无法满足钻孔机器人节能及准确给进调节需求的问题,分析了现有典型给进调速系统的特点,设计了用于钻孔机器人的负载敏感给进调速系统,构建了“泵—阀—负载—泵”的流量调节闭环。建立了负载敏感给进调速... 针对传统钻机给进调速液压系统无法满足钻孔机器人节能及准确给进调节需求的问题,分析了现有典型给进调速系统的特点,设计了用于钻孔机器人的负载敏感给进调速系统,构建了“泵—阀—负载—泵”的流量调节闭环。建立了负载敏感给进调速液压系统仿真模型,进行了斜坡负载、交变负载和恒负载—斜坡控制信号3种典型工况下的仿真,仿真过程中油缸运动速度稳定,系统具有较好的负载特性。与传统给进调速系统开展对比试验,结果表明,负载敏感给进调速液压系统在传动效率和控制精度方面都具有明显优势。研究结果有助于解决钻孔机器人给进液压传动效率和控制精度问题,可为钻孔机器人其他系统的优化提供借鉴。 展开更多

关键词 钻孔机器人 负载敏感液压系统 给进调速系统 流量调节 负载特性

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防冲钻孔机器人液压控制与钻孔结构设计

11

作者 颜芳娟 康予培 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第S2期191-194,共4页

防冲钻孔机器人是矿井巷道钻孔卸压作业的重要设备,其液压控制系统与钻孔结构的设计影响其在综采工作面的工作效率和安全性。以防冲钻孔机器人钻进系统为研究对象,重点分析了其液压控制系统的结构组成,建立了阀控液压回转马达和阀控液... 防冲钻孔机器人是矿井巷道钻孔卸压作业的重要设备,其液压控制系统与钻孔结构的设计影响其在综采工作面的工作效率和安全性。以防冲钻孔机器人钻进系统为研究对象,重点分析了其液压控制系统的结构组成,建立了阀控液压回转马达和阀控液压缸运动数学模型,在此基础上,提出了一种煤矿钻孔机器人给进和回转速度协同控制策略。实验结果表明,该策略速度控制响应速度快、稳态误差小。并基于速度协同控制策略,设计了一种与之相匹配的钻孔结构,主要由承载基柱、主钻头、辅助钻头组件、液压囊袋系统、调压控制阀、导流支管网络及连接管头等多个部分构成,使得液压控制系统工作更加安全、高效。 展开更多

关键词 防冲钻孔机器人 液压控制 钻孔结构 回转结构 进给机构

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机器人技术在复合材料修复中的应用

12

作者 宣善勇 张来彬 +2 位作者 单奕萌 周健 姚学锋 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第9期113-124,共12页

复合材料修复目前主要依赖于人工,存在效率低、准确度低、经验无法移植等问题,而机器人具有高自由度、高灵活性和操作标准化等特点。修复工艺与机器人技术相结合可以实现复合材料修复工艺的自动化,并大幅提高修复效率和标准化。目前,已... 复合材料修复目前主要依赖于人工,存在效率低、准确度低、经验无法移植等问题,而机器人具有高自由度、高灵活性和操作标准化等特点。修复工艺与机器人技术相结合可以实现复合材料修复工艺的自动化,并大幅提高修复效率和标准化。目前,已有学者结合复合材料修复工艺的实际需求,开发了适用于钻孔、打磨、自动铺带和监测的末端执行器和机器人自动化修复系统,一定程度上解决了人工修复存在的精度低、修复质量不稳定等问题,为实现复合材料结构的高质量修复奠定技术基础。根据目前复合材料机器人修复技术的研究现状,深入介绍了复合材料修复中的机器人钻孔、机器人打磨、机器人自动铺带和机器人检测工艺的国内外研究现状及关键技术问题,分析了机器人技术在复合材料修复领域的应用,最后对复合材料机器人修复技术未来发展进行了展望。 展开更多

关键词 复合材料修复 机器人钻孔 机器人打磨 机器人自动铺带 机器人检测

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基于惯性传感组件和BP神经网络的防冲钻孔机器人钻具姿态解算 被引量：12

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作者 司垒 王忠宾 +2 位作者 王浩 魏东 谭超 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期213-223,共11页

钻孔卸压是高地应力矿井治理冲击地压的首要措施,对实施钻孔作业的防冲钻孔机器人钻具姿态准确测量是保障钻孔位置及卸压效果的前提。为此,本文提出了基于惯性传感组件和BP神经网络的防冲钻孔机器人钻具姿态解算方法,通过设计惯性传感... 钻孔卸压是高地应力矿井治理冲击地压的首要措施,对实施钻孔作业的防冲钻孔机器人钻具姿态准确测量是保障钻孔位置及卸压效果的前提。为此,本文提出了基于惯性传感组件和BP神经网络的防冲钻孔机器人钻具姿态解算方法,通过设计惯性传感组件的空间阵列式布局方式(空间阵列式IMU),建立了空间阵列式IMU的数据融合模型及位姿解算模型,实现了钻具姿态的高精度解算。在此基础上,提出了基于BP神经网络的惯性传感组件误差补偿方法,建立了钻具姿态解算误差补偿模型,并通过钻具模拟运动的解算分析对空间阵列式IMU解算和误差补偿方法的可行性进行了验证。最后,通过搭建的防冲钻孔机器人钻具姿态监测实验平台,对不同方法的钻具解算结果进行对比分析。实验结果表明,在BP神经网络模型进行误差补偿后,本文所提方法解算出的钻具姿态精度明显提高,钻具方位角、倾角和横滚角的平均误差分别为0.099°、0.079°和0.045°,有效抑制了惯性传感组件的漂移和误差积累,且钻具姿态解算误差曲线没有出现发散现象。因此,该方法可以持续稳定地对防冲钻孔机器人钻具姿态进行可靠监测,具有较高的推广应用价值。 展开更多

关键词 防冲钻孔机器人 钻具姿态 惯性传感组件 神经网络 误差补偿

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基于空间阵列式惯性单元的防冲钻孔机器人位姿解算方法 被引量：9

14

作者 王忠宾 司垒 +5 位作者 王浩 张修峰 赵世豪 魏东 谭超 闫海峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期598-610,共13页

防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其准确定位和定姿是实现卸压作业无人化的基础和前提。通过分析国内外移动机器人及煤矿井下移动设备定位技术的特点,提出了一种基于空间阵列式惯性单元的防冲钻孔机器人位姿解算方法。在分... 防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其准确定位和定姿是实现卸压作业无人化的基础和前提。通过分析国内外移动机器人及煤矿井下移动设备定位技术的特点,提出了一种基于空间阵列式惯性单元的防冲钻孔机器人位姿解算方法。在分析常规惯性传感单元定位误差类型及来源的基础上,建立了空间阵列式惯性单元数据融合模型,推导出角速度和比例加速度的融合方程,设计了空间阵列式惯性单元位姿解算流程。通过分析防冲钻孔机器人的实际运行工况,模拟了防冲钻孔机器人的曲线运动轨迹,并对钻孔机器人的位姿解算方法进行了仿真分析,仿真结果表明,在曲线运动时,空间阵列式位姿解算方法的位移和姿态角解算精度均优于原始位姿解算方法和差分式位姿解算方法。为了验证所提方法的可行性,根据现场实际情况搭建了移动载体运动工况模拟实验台,根据设定的真实轨迹曲线进行轨迹跟随及监测实验,结果表明:空间阵列式惯性单元的位姿解算精度较高,在x,y,z三轴方向的位移平均误差分别为5.83,8.76和0.84 cm,俯仰角、航偏角和横滚角的平均误差分别为0.07°,0.15°和0.06°。为了进一步验证所提方法的实用性,搭建了防冲钻孔机器人惯性单元位姿监测实验平台,进行了防冲钻孔机器人的直线行走实验,实验结果表明:基于空间阵列式惯性单元解算的钻孔机器人俯仰角、航偏角和横滚角平均误差均小于0.5°,在x,y,z三轴方向的位移平均误差均小于2.00 cm,位姿解算误差均满足实际要求,验证了所提防冲钻孔机器人位姿解算方法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 防冲钻孔机器人 位姿解算 空间阵列式惯性单元 冲击地压 精确定位

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钻孔机器人钻进工况智能感知与自适应控制机理研究 被引量：17

15

作者 王清峰 陈航 陈玉涛 《矿业安全与环保》 北大核心 2021年第3期1-5,共5页

为提高瓦斯抽采孔钻进过程中控制参数调节的智能化程度,揭示了钻孔机器人钻进工况智能感知与自适应控制机理,开发了钻进参数自适应控制技术。以最高钻进效率为控制目标,选择卡钻概率、排渣顺畅性和锚固稳定性为边界条件,并据此划分了钻... 为提高瓦斯抽采孔钻进过程中控制参数调节的智能化程度,揭示了钻孔机器人钻进工况智能感知与自适应控制机理,开发了钻进参数自适应控制技术。以最高钻进效率为控制目标,选择卡钻概率、排渣顺畅性和锚固稳定性为边界条件,并据此划分了钻进状态种类。通过分析边界条件对钻进过程的影响,建立了各边界条件的数学模型,构建了钻孔机器人钻进工况智能感知与自适应控制机理数学模型体系。根据钻进工况智能感知与自适应控制机理,开发了基于差分进化算法的自适应控制技术,实现了钻孔机器人控制向量的自动优化。地面钻进试验表明,钻进工况智能感知与自适应控制技术能控制钻孔机器人在钻进岩层突变时较快地实现对控制参数的自动调节,使钻孔机器人保持高效、稳定的钻进状态。 展开更多

关键词 钻孔机器人 钻进工况 智能感知 自适应控制 边界条件 数学模型 钻进参数

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矿用钻孔机器人加卸钻杆的避障轨迹规划研究 被引量：4

16

作者 姚亚峰 姚宁平 +2 位作者 彭涛 梁春苗 彭光宇 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期149-158,共10页

矿用钻孔机器人加卸钻杆位置会随主机的调姿而变化,同时在加卸钻杆路径中还存在障碍物。因此,钻孔的加卸钻杆过程存在变目标的避障轨迹规划问题。根据防爆六自由度机械手的性能参数建立DH参数表,并提出三自由度主机调姿前后加卸钻杆位... 矿用钻孔机器人加卸钻杆位置会随主机的调姿而变化,同时在加卸钻杆路径中还存在障碍物。因此,钻孔的加卸钻杆过程存在变目标的避障轨迹规划问题。根据防爆六自由度机械手的性能参数建立DH参数表,并提出三自由度主机调姿前后加卸钻杆位置变化的函数关系。利用凸包络体结合简单几何体的包络法建立了加卸钻杆系统的碰撞检测模型,可通过欧氏距离判断是否发生碰撞。提出了三段式的加卸钻杆避障轨迹规划策略,第一段和第三段在笛卡尔空间下采用直线规划,第二段在关节空间下采用多项式插值算法进行规划,并可通过增加过渡点解决避障问题。开展了基于七次多项式插值的最小冲击避障轨迹规划算法研究,由仿真分析可知,关节角度、角速度、角加速度和角加加速度都是连续的,但绝对值峰值很大且路径较长。进一步开展了基于改进双树RRT算法、B样条路径优化及七次多项式插值的冲击优化避障轨迹规划算法研究,由仿真分析可知,不仅可保证关节角度、角速度、角加速度和角加加速度的连续性,且路径较短,角加加速度的绝对值峰值降低了98.2%。通过示教试验验证了冲击优化避障轨迹规划方法在避障、加杆轨迹规划等的可行性,机械手各关节运行曲线及运动路径与仿真结果具有较高的相似度。研究结果可为钻孔机器人加卸钻杆系统控制程序提供借鉴,对钻机智能化提升具有重要意义。 展开更多

关键词 钻孔机器人 加卸钻杆 轨迹规划 避障 机械手 煤矿

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新型小型非开挖市政道路钻孔施工机器人工作载荷分析 被引量：1

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作者 李小平 刘海兰 +1 位作者 邓志辉 宫亚梅 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2013年第11期30-33,共4页

针对目前非开挖市政道路钻孔施工存在的泥水难以分离,从而导致环境污染以及施工占地面积大的问题,提出了一种新型小型非开挖市政道路施工钻孔机器人的设计方案。在进行钻孔机器人机械结构设计时,首先要进行工作载荷分析。在前期研究成... 针对目前非开挖市政道路钻孔施工存在的泥水难以分离,从而导致环境污染以及施工占地面积大的问题,提出了一种新型小型非开挖市政道路施工钻孔机器人的设计方案。在进行钻孔机器人机械结构设计时,首先要进行工作载荷分析。在前期研究成果的基础上,通过分析、试验,得出了新型小型非开挖钻孔机器人机械结构工作载荷的计算公式,为下一步结构设计打下理论基础。 展开更多

关键词 非开挖 钻孔机器人 载荷分析

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矿山钻孔救援探测机器人设计 被引量：12

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作者 马宏伟 姚阳 +3 位作者 赵昊 梁林 马琨 田海波 《工矿自动化》 北大核心 2019年第9期1-6,共6页

基于矿山钻孔救援探测需求,针对现有探测机器人信息探测范围窄、探测距离较短、功能单一、无越障能力等问题,设计了一种矿山钻孔救援探测机器人。该机器人能够通过Φ225mm救援钻孔到达煤矿井下,利用携带的传感器和摄像头获取灾变区域的... 基于矿山钻孔救援探测需求,针对现有探测机器人信息探测范围窄、探测距离较短、功能单一、无越障能力等问题,设计了一种矿山钻孔救援探测机器人。该机器人能够通过Φ225mm救援钻孔到达煤矿井下,利用携带的传感器和摄像头获取灾变区域的环境信息和被困人员信息,并将信息实时传到地面;以NImyRIO作为控制核心,采用LabVIEW图形化编程构建控制系统,利用有线通信方式实现机器人在灾变区域内的数据远程控制。试验结果表明:该机器人运动性能良好,具有体积小、质量轻、越障能力强等特点,可顺利通过救援孔,能够对井下环境信息进行实时检测和传输,为地面救援指挥中心决策提供了第一手资料。 展开更多

关键词 矿山钻孔救援探测机器人 救援钻孔 小管径有线式小型履带式机器人 绳索牵引 自主行走 越障能力

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矿山钻孔救援探测机器人研究进展 被引量：12

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作者 马宏伟 马琨 田海波 《工矿自动化》 北大核心 2019年第2期24-29,共6页

分析了国内外钻孔救援技术、煤矿救援探测机器人及矿山钻孔救援探测机器人的研究现状,指出将煤矿救援探测机器人和管道机器人的研究成果与矿山钻孔救援的探测需求相结合,可以研制出满足要求的矿山钻孔救援探测机器人,提高井下灾后救援... 分析了国内外钻孔救援技术、煤矿救援探测机器人及矿山钻孔救援探测机器人的研究现状,指出将煤矿救援探测机器人和管道机器人的研究成果与矿山钻孔救援的探测需求相结合,可以研制出满足要求的矿山钻孔救援探测机器人,提高井下灾后救援的成功率。从移动机构、导航、定位和路径规划、传感探测、通信和控制方式、能源供给、防爆性能等方面分析了矿山钻孔救援探测机器人的关键技术及其发展趋势,指出应围绕机器人的通过性、可靠性、轻量化、智能化等目标,在移动机构、能源供给和防爆性能等方面进行创新设计,提高传感检测范围和精度,研究未知、非结构化环境中的导航、定位及控制的智能算法,提高机器人的环境适应性。 展开更多

关键词 矿山钻孔救援 煤矿救援探测机器人 矿山钻孔救援探测机器人 移动机构 导航定位 路径规划 传感探测 通信 能源供给

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岩体加固用岩孔侧壁钻孔机器人的设计 被引量：1

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作者 宋宁 郭容 程艳奎 《工程抗震与加固改造》 北大核心 2020年第3期166-166,共1页

岩体加固用岩孔侧壁钻孔机器人设计,有利于减少开挖岩体出现的高强度动力灾害,确保岩爆地段的施工安全。基于此,本文主要从结构与控制系统两方面,对岩孔侧壁钻孔机器人进行设计。图1为岩体加固用岩孔侧壁钻孔机器人的三维模型。根据岩... 岩体加固用岩孔侧壁钻孔机器人设计,有利于减少开挖岩体出现的高强度动力灾害,确保岩爆地段的施工安全。基于此,本文主要从结构与控制系统两方面,对岩孔侧壁钻孔机器人进行设计。图1为岩体加固用岩孔侧壁钻孔机器人的三维模型。根据岩孔侧壁钻孔机的技术要求,针对工况及技术要求的特殊性,设计出岩体加固用岩孔侧壁钻孔机器人的总体方案。 展开更多

关键词 钻孔机器人 控制系统 三维模型 岩体加固 岩孔 施工安全 动力灾害 总体方案

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