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基于FDH包围盒算法的煤矿井下机器人避障最小安全距离控制
1
作者
韩雷
云龙
《中国煤炭》
北大核心
2024年第S01期21-27,共7页
煤矿井下复杂多变的环境对煤矿井下机器人的避障能力提出更高的要求。提出基于FDH包围盒算法的煤矿井下机器人避障最小安全距离控制。构建煤矿井下机器人的运动学模型,通过控制各轮子的加速度控制机器人运动状态;采用FDH包围盒算法构造...
煤矿井下复杂多变的环境对煤矿井下机器人的避障能力提出更高的要求。提出基于FDH包围盒算法的煤矿井下机器人避障最小安全距离控制。构建煤矿井下机器人的运动学模型,通过控制各轮子的加速度控制机器人运动状态;采用FDH包围盒算法构造FDH二叉树,利用点三角形碰撞检测方法精确计算机器人与障碍物基本几何元素之间的距离,进而判断两者是否发生碰撞。排除不会发生碰撞的障碍物后,采用一元五次多项式算法规划机器人移动轨迹,并获取机器人横向加速度,根据位移量与横向加速度确定机器人避障最小安全距离。实验结果说明:利用该方法进行避障最小安全距离控制,机器人在简单场景和复杂场景狭窄的空间中能够成功避开障碍物,平滑、顺利到达终点;且所规划出的避障轨迹中机器人与障碍物之间的安全距离最小。
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关键词
FDH包围盒
煤矿井下机器人
避障
最小安全距离
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职称材料
煤矿井下机器人钻臂智能控制研究
2
作者
姜秀华
《煤炭技术》
CAS
北大核心
2011年第10期16-18,共3页
把神经网络控制技术引入至煤矿井下机器人的钻臂控制系统里,针对机器人钻臂控制系统实施研究。推导出了工作装置电液比例控制系统的传递函数,设计了电液比例控制系统,分析了神经网络控制问题,构建了煤矿井下机器人电控系统模型,讨论了...
把神经网络控制技术引入至煤矿井下机器人的钻臂控制系统里,针对机器人钻臂控制系统实施研究。推导出了工作装置电液比例控制系统的传递函数,设计了电液比例控制系统,分析了神经网络控制问题,构建了煤矿井下机器人电控系统模型,讨论了机器人钻臂控制问题。
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关键词
煤矿井下机器人
钻臂控制
电液比例控制
路径规划
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职称材料
煤矿井下移动机器人同步定位关键技术研究
被引量：
2
3
作者
赵亚东
马腾飞
+1 位作者
思旺斗
王猛
《煤矿机械》
2024年第2期48-51,共4页
同步定位是实现智能矿山设备自动化的关键技术,然而由于煤矿复杂的工况环境使得激光雷达的同步定位容易退化,导致移动机器人定位和测绘失败。基于此,提出了一种鲁棒的激光雷达同步定位方法。该方法通过集成激光雷达和惯性测量单元(IMU)...
同步定位是实现智能矿山设备自动化的关键技术,然而由于煤矿复杂的工况环境使得激光雷达的同步定位容易退化,导致移动机器人定位和测绘失败。基于此,提出了一种鲁棒的激光雷达同步定位方法。该方法通过集成激光雷达和惯性测量单元(IMU)数据来检测和补偿退化的场景。利用扰动模型检测由于线、面特征约束不足而导致退化的方向和程度,从而获得退化的因子和矢量。将IMU预积分得到的位姿投影到平面特征上,用于局部地图匹配,实现两步退化补偿。最后通过因子图优化实现了全局一致的激光雷达同步定位。
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关键词
煤矿井下机器人
同步定位
激光雷达
惯性测量单元
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职称材料
煤矿井下移动机器人多传感器自适应融合SLAM方法
被引量：
4
4
作者
马艾强
姚顽强
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2024年第5期107-117,共11页
基于同时定位与建图(SLAM)技术的移动机器人能够快速、准确、自动化地采集空间数据,进行空间智能感知和环境地图构建,是实现煤矿智能化和无人化的关键。针对目前煤矿井下多传感器融合SLAM方法存在机器人前端位姿估计退化失效和后端融合...
基于同时定位与建图(SLAM)技术的移动机器人能够快速、准确、自动化地采集空间数据,进行空间智能感知和环境地图构建,是实现煤矿智能化和无人化的关键。针对目前煤矿井下多传感器融合SLAM方法存在机器人前端位姿估计退化失效和后端融合精度不足的问题,提出了一种煤矿井下移动机器人激光雷达(LiDAR)−视觉−惯性(IMU)自适应融合SLAM方法。对LiDAR点云数据进行聚类分割,提取线面特征,利用IMU预积分状态进行畸变校正,采用基于自适应Gamma校正和对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)的图像增强算法处理低照度图像,再提取视觉点线特征。用IMU预积分状态为LiDAR特征匹配与视觉特征跟踪提供位姿初始值。根据LiDAR相邻帧的线面特征匹配得到移动机器人位姿,之后进行视觉点线特征跟踪,分别计算LiDAR、视觉、IMU位姿变化值,通过设定动态阈值来检测前端里程计的稳定性,自适应选取最优位姿。对不同传感器构建残差项,包括点云匹配残差、IMU预积分残差、视觉点线残差、边缘化残差。为了兼顾精度与实时性,基于滑动窗口实现激光点云特征、视觉特征、IMU测量的多源数据联合非线性优化,实现煤矿井下连续可用、精确可靠的SLAM。对图像增强前后效果进行试验验证,结果表明,基于自适应Gamma校正和CLAHE的图像增强算法能显著提升背光区和光照区的亮度和对比度,增加图像中的特征信息,大幅提升特征点提取数量和匹配质量,匹配成功率达90.7%。为验证所提方法的性能,在狭长走廊和煤矿巷道场景下进行试验验证,结果表明,所提方法在狭长走廊场景的定位均方根误差为0.15 m,构建的点云地图一致性较高;在煤矿巷道场景中的定位均方根误差为0.19 m,构建的点云地图可真实地反映煤矿井下环境。
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关键词
煤矿
井下
移动
机器人
同时定位与建图
激光雷达−视觉−惯性自适应融合
图像增强
位姿估计
多传感器数据融合
滑动窗口紧耦合优化
SLAM
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职称材料
煤矿井下巡检机器人技术及应用
5
作者
王周
田乐
+2 位作者
石浩然
杜永波
张涛
《数字通信世界》
2024年第6期185-187,共3页
该文将探讨巡检机器人的分类、技术原理以及在矿山安全管理中的应用场景,剖析其对煤矿安全生产的深远影响。指出现代矿山安全管理所面临的问题,以及巡检机器人技术为解决这些问题所带来的方案。
关键词
煤矿
井下
巡检
机器人
分类
技术原理
系统架构
应用
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职称材料
煤矿井下搜救机器人越障分析
被引量：
6
6
作者
邓乐
赵莉莉
《河南理工大学学报（自然科学版）》
CAS
2011年第5期567-570,共4页
煤矿生产时常受到瓦斯、煤尘事故的影响,煤矿事故一旦发生,需要快速及时地进行救援,事故后井下复杂恶劣的环境对煤矿井下搜救机器人越障能力提出了更高要求.根据煤矿井下的环境特点,结合现有机器人的移动机构,对煤矿井下搜救机器人总体...
煤矿生产时常受到瓦斯、煤尘事故的影响,煤矿事故一旦发生,需要快速及时地进行救援,事故后井下复杂恶劣的环境对煤矿井下搜救机器人越障能力提出了更高要求.根据煤矿井下的环境特点,结合现有机器人的移动机构,对煤矿井下搜救机器人总体进行设计.从运动学角度分析了机器人克服台阶、沟槽、斜坡等典型障碍的运动规律及其最大越障能力.
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关键词
煤矿
井下
搜救
机器人
摆臂
越障
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职称材料
煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航研究
被引量：
48
7
作者
马宏伟
王岩
杨林
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第6期2193-2206,共14页
煤矿井下移动机器人是煤矿机器人的主力军,煤矿井下移动机器人的自主导航是其研究的难点和热点。目前,煤矿井下移动机器人自主导航所必须的三维环境数据库尚未形成,尤其是制作高分辨率、多信息融合的煤矿井下高精度地图还处于研究阶段...
煤矿井下移动机器人是煤矿机器人的主力军,煤矿井下移动机器人的自主导航是其研究的难点和热点。目前,煤矿井下移动机器人自主导航所必须的三维环境数据库尚未形成,尤其是制作高分辨率、多信息融合的煤矿井下高精度地图还处于研究阶段。为了有效解决煤矿井下移动机器人自主导航问题,构建了基于深度相机的机器视觉系统,提出了一种基于深度视觉的导航方法,自主导航过程分为地图创建与自主运行两个阶段。在地图创建中:①对深度视觉数据进行特征提取与匹配,利用10组煤矿井下真实视频截图,对比测试5种特征提取与匹配组合算法,结果表明SURF+SURF+FLANN与GFTT+BRIEF+BF算法能够在煤矿井下获得良好匹配结果;②建立煤矿井下移动机器人深度视觉定位与建图问题的捆集调整迭代最近点图模型(Iterative Closest Points Bundle Adjustment,ICP BA);③通过图优化方式估计当前观测下的最优位姿与环境路标点坐标。在实验室场景中利用提出的ICP-BA图优化算法,建立了包含关键位姿与三维环境点的原始点云地图。在自主运行阶段:①通过八叉树数据结构,将点云地图转化为移动机器人运动规划可使用的Octomap导航地图,实验结果表明,Octomap导航地图分辨率可调、系统资源占用低、索引效率高;②使用三维到二维映射的视觉图匹配PNP(Perspective N Points)方法进行实时在线重定位;③基于图搜索的A*(A Star)路径规划作为轨迹规划初值,自定义最小化能量损失泛函为最小化加加速度的变化率(Minimum-Snap)求解2次规划问题,生成用于煤矿井下移动机器人运动执行的轨迹。在Matlab开发环境中设计随机导航地图,生成时间分配、位置、速度、加速度、加加速度的最优轨迹规划结果,验证了运动规划算法的正确性。通过理论分析和实验验证,表明笔者提出的煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航方法的有效性。
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关键词
煤矿
井下
移动
机器人
自主导航
深度视觉
地图创建
重定位
运动规划
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职称材料
煤矿井下移动机器人运动规划方法研究
被引量：
12
8
作者
杨林
马宏伟
+1 位作者
王岩
王川伟
《工矿自动化》
北大核心
2020年第6期23-30,共8页
针对现有煤矿井下移动机器人运动规划所生成的轨迹存在超调、碰撞、不连续、不光滑等问题,提出了一种由路径规划、轨迹生成、轨迹优化3个部分构成的煤矿井下移动机器人运动规划方法。路径规划采用基于图搜索的A*算法实现,通过开始搜索...
针对现有煤矿井下移动机器人运动规划所生成的轨迹存在超调、碰撞、不连续、不光滑等问题,提出了一种由路径规划、轨迹生成、轨迹优化3个部分构成的煤矿井下移动机器人运动规划方法。路径规划采用基于图搜索的A*算法实现,通过开始搜索、路径排序、继续搜索3个步骤循环迭代,快速规划出一条可通行的全局路径作为轨迹生成的初值。轨迹生成通过构建基于Minimum Snap的目标函数,并施加等式约束来实现。轨迹优化则是在轨迹生成的基础上施加不等式约束来实现:通过调整时间分配和构建基于Corridor轨迹规划的不等式约束,解决基于Minimum Snap轨迹生成在求解过程中出现的超调现象,并对整段轨迹本身进行约束,避免发生碰撞;通过引入调和函数Bezier Curve,构建基于Bezier Curve的Minimum Snap的轨迹优化问题,使得轨迹高阶目标函数的求解变得简单高效,最终生成一条适用于煤矿井下移动机器人的能量损失最小、连续、光滑、无碰撞、可执行的运动轨迹。在Matlab仿真环境中设计了随机地图,生成了包含时间分配、位置规划、速度规划、加速度规划的最优轨迹规划结果。实验结果验证了该运动规划方法的正确性和有效性。
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关键词
煤矿
井下
移动
机器人
运动规划
路径规划
轨迹生成
轨迹优化
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职称材料
基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究
被引量：
19
9
作者
马宏伟
张璞
+1 位作者
毛清华
周颖
《工矿自动化》
北大核心
2019年第4期35-42,共8页
针对现有煤矿井下移动机器人定位方法存在定位难、精度低的问题,提出了一种基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法。该方法利用卡尔曼滤波对捷联惯导进行初始对准,以此确定定位的初始坐标,得到初始姿态转换矩阵;利用捷联惯导独立完...
针对现有煤矿井下移动机器人定位方法存在定位难、精度低的问题,提出了一种基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法。该方法利用卡尔曼滤波对捷联惯导进行初始对准,以此确定定位的初始坐标,得到初始姿态转换矩阵;利用捷联惯导独立完成机器人位置解算,同时利用里程计输出的速度信息与捷联惯导输出的实时姿态转换矩阵进行航位推算解算,再次得到机器人的位置信息;为了减少累积误差对捷联惯导的影响,使用里程计和捷联惯导构成航位推算系统,采用Sage-Husa自适应滤波设计组合定位算法,选择误差作为系统状态,经过滤波计算和校正,可获得机器人的精确位置信息。实验结果表明,该方法可实现机器人实时定位,有效减少捷联惯导累积误差的影响;定位精度较高,机器人在Y向运动4.3m,Z向运动0.25m后,Y向定位误差为0.25m,Z向定位误差为0.005m。
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关键词
煤矿井下机器人
移动
机器人
定位
捷联惯导
里程计
初始对准
航位推算
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职称材料
煤矿井下群机器人高效任务分配算法
10
作者
吴文臻
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2023年第8期60-69,共10页
松散型合作群机器人系统在现阶段煤矿辅助机器人作业中具有广泛应用前景。但松散型合作群机器人系统的任务分配过程未向划分过程进行反馈,导致任务划分与分配过程高效性与合理性不足。针对该问题,提出一种基于改进型鲁宾斯坦协商策略的...
松散型合作群机器人系统在现阶段煤矿辅助机器人作业中具有广泛应用前景。但松散型合作群机器人系统的任务分配过程未向划分过程进行反馈,导致任务划分与分配过程高效性与合理性不足。针对该问题,提出一种基于改进型鲁宾斯坦协商策略的煤矿井下群机器人高效任务分配算法。根据群机器人系统任务划分与分配过程的多方博弈特点,将鲁宾斯坦协商策略由双方博弈向多方共同博弈方向延伸,提出多方协商博弈的“出价-讨价-还价”规则。从机器人个体执行能力与任务执行情况差异的角度出发,提出基于机器人个体单位时间任务完成量的折扣因子计算方法,以及基于各分配周期任务执行情况的任务完成状态反馈参数模型,以实现任务的动态划分与分配。通过3组机器人合作执行煤矿矿区的整体监测任务,对算法性能开展实验验证,结果表明:(1)算法3(采用改进型鲁宾斯坦协商策略)的任务划分与分配效率较算法1(将每组无人机数量与运行速度乘积的比例直接作为3组无人机任务划分与分配的标准)、算法2(使用多方共同协商的鲁宾斯坦协商策略,但不考虑任务完成状态反馈参数)分别提升了30.10%,18.29%。(2)基于算法3的3组无人机执行任务的平均最大时间差为42 s,较算法1、算法2分别优化了77.66%,65.29%,这是由于算法3通过引入任务完成状态反馈参数,及时对任务参与方的任务执行过程进行评估,将任务的分配和执行过程向任务的划分阶段进行反馈,使任务的划分与分配更加准确。
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关键词
煤矿
井下
群
机器人
松散型合作群
机器人
鲁宾斯坦协商策略
任务划分与分配
折扣因子
状态反馈
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职称材料
题名
基于FDH包围盒算法的煤矿井下机器人避障最小安全距离控制
1
作者
韩雷
云龙
机构
国能神东煤炭有限责任公司榆家梁煤矿
出处
《中国煤炭》
北大核心
2024年第S01期21-27,共7页
文摘
煤矿井下复杂多变的环境对煤矿井下机器人的避障能力提出更高的要求。提出基于FDH包围盒算法的煤矿井下机器人避障最小安全距离控制。构建煤矿井下机器人的运动学模型,通过控制各轮子的加速度控制机器人运动状态;采用FDH包围盒算法构造FDH二叉树,利用点三角形碰撞检测方法精确计算机器人与障碍物基本几何元素之间的距离,进而判断两者是否发生碰撞。排除不会发生碰撞的障碍物后,采用一元五次多项式算法规划机器人移动轨迹,并获取机器人横向加速度,根据位移量与横向加速度确定机器人避障最小安全距离。实验结果说明:利用该方法进行避障最小安全距离控制,机器人在简单场景和复杂场景狭窄的空间中能够成功避开障碍物,平滑、顺利到达终点;且所规划出的避障轨迹中机器人与障碍物之间的安全距离最小。
关键词
FDH包围盒
煤矿井下机器人
避障
最小安全距离
Keywords
FDH enclosure box
underground coal mine robot
obstacle avoidance
minimum safe distance
分类号
TD67 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
煤矿井下机器人钻臂智能控制研究
2
作者
姜秀华
机构
重庆工业职业技术学院
出处
《煤炭技术》
CAS
北大核心
2011年第10期16-18,共3页
文摘
把神经网络控制技术引入至煤矿井下机器人的钻臂控制系统里,针对机器人钻臂控制系统实施研究。推导出了工作装置电液比例控制系统的传递函数,设计了电液比例控制系统,分析了神经网络控制问题,构建了煤矿井下机器人电控系统模型,讨论了机器人钻臂控制问题。
关键词
煤矿井下机器人
钻臂控制
电液比例控制
路径规划
Keywords
coal mine robot
boom control
electro-hydraulic proportional control
path planning
分类号
TD63 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
煤矿井下移动机器人同步定位关键技术研究
被引量：
2
3
作者
赵亚东
马腾飞
思旺斗
王猛
机构
中国神华能源股份有限公司
北京航天拓扑高科技有限责任公司
出处
《煤矿机械》
2024年第2期48-51,共4页
文摘
同步定位是实现智能矿山设备自动化的关键技术,然而由于煤矿复杂的工况环境使得激光雷达的同步定位容易退化,导致移动机器人定位和测绘失败。基于此,提出了一种鲁棒的激光雷达同步定位方法。该方法通过集成激光雷达和惯性测量单元(IMU)数据来检测和补偿退化的场景。利用扰动模型检测由于线、面特征约束不足而导致退化的方向和程度,从而获得退化的因子和矢量。将IMU预积分得到的位姿投影到平面特征上,用于局部地图匹配,实现两步退化补偿。最后通过因子图优化实现了全局一致的激光雷达同步定位。
关键词
煤矿井下机器人
同步定位
激光雷达
惯性测量单元
Keywords
underground coal mine robot
synchronous positioning
LiDAR
inertial measurement unit
分类号
TP242 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
煤矿井下移动机器人多传感器自适应融合SLAM方法
被引量：
4
4
作者
马艾强
姚顽强
机构
西安科技大学测绘科学与技术学院
出处
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2024年第5期107-117,共11页
基金
国家自然科学基金项目(42001417)
国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室项目(KF2021-4)。
文摘
基于同时定位与建图(SLAM)技术的移动机器人能够快速、准确、自动化地采集空间数据,进行空间智能感知和环境地图构建,是实现煤矿智能化和无人化的关键。针对目前煤矿井下多传感器融合SLAM方法存在机器人前端位姿估计退化失效和后端融合精度不足的问题,提出了一种煤矿井下移动机器人激光雷达(LiDAR)−视觉−惯性(IMU)自适应融合SLAM方法。对LiDAR点云数据进行聚类分割,提取线面特征,利用IMU预积分状态进行畸变校正,采用基于自适应Gamma校正和对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)的图像增强算法处理低照度图像,再提取视觉点线特征。用IMU预积分状态为LiDAR特征匹配与视觉特征跟踪提供位姿初始值。根据LiDAR相邻帧的线面特征匹配得到移动机器人位姿,之后进行视觉点线特征跟踪,分别计算LiDAR、视觉、IMU位姿变化值,通过设定动态阈值来检测前端里程计的稳定性,自适应选取最优位姿。对不同传感器构建残差项,包括点云匹配残差、IMU预积分残差、视觉点线残差、边缘化残差。为了兼顾精度与实时性,基于滑动窗口实现激光点云特征、视觉特征、IMU测量的多源数据联合非线性优化,实现煤矿井下连续可用、精确可靠的SLAM。对图像增强前后效果进行试验验证,结果表明,基于自适应Gamma校正和CLAHE的图像增强算法能显著提升背光区和光照区的亮度和对比度,增加图像中的特征信息,大幅提升特征点提取数量和匹配质量,匹配成功率达90.7%。为验证所提方法的性能,在狭长走廊和煤矿巷道场景下进行试验验证,结果表明,所提方法在狭长走廊场景的定位均方根误差为0.15 m,构建的点云地图一致性较高;在煤矿巷道场景中的定位均方根误差为0.19 m,构建的点云地图可真实地反映煤矿井下环境。
关键词
煤矿
井下
移动
机器人
同时定位与建图
激光雷达−视觉−惯性自适应融合
图像增强
位姿估计
多传感器数据融合
滑动窗口紧耦合优化
SLAM
Keywords
mobile robots for underground coal mines
simultaneous positioning and mapping
LiDAR-visual-IMU adaptive fusion
image enhancement
pose estimation
multi sensor data fusion
sliding window tightly coupled optimization
SLAM
分类号
TD67 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
煤矿井下巡检机器人技术及应用
5
作者
王周
田乐
石浩然
杜永波
张涛
机构
陕西智引科技有限公司
出处
《数字通信世界》
2024年第6期185-187,共3页
文摘
该文将探讨巡检机器人的分类、技术原理以及在矿山安全管理中的应用场景,剖析其对煤矿安全生产的深远影响。指出现代矿山安全管理所面临的问题,以及巡检机器人技术为解决这些问题所带来的方案。
关键词
煤矿
井下
巡检
机器人
分类
技术原理
系统架构
应用
Keywords
coal mine underground inspection robot
classification
technical principles
system architecture
application
分类号
TP242 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
煤矿井下搜救机器人越障分析
被引量：
6
6
作者
邓乐
赵莉莉
机构
河南理工大学机械与动力工程学院
出处
《河南理工大学学报（自然科学版）》
CAS
2011年第5期567-570,共4页
基金
河南理工大学博士基金资助项目(B2009-7)
文摘
煤矿生产时常受到瓦斯、煤尘事故的影响,煤矿事故一旦发生,需要快速及时地进行救援,事故后井下复杂恶劣的环境对煤矿井下搜救机器人越障能力提出了更高要求.根据煤矿井下的环境特点,结合现有机器人的移动机构,对煤矿井下搜救机器人总体进行设计.从运动学角度分析了机器人克服台阶、沟槽、斜坡等典型障碍的运动规律及其最大越障能力.
关键词
煤矿
井下
搜救
机器人
摆臂
越障
Keywords
robot for under- mine rescue
swing arm
obstacle surmounting
分类号
TP24 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航研究
被引量：
48
7
作者
马宏伟
王岩
杨林
机构
西安科技大学机械工程学院
陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第6期2193-2206,共14页
基金
国家自然科学基金面上资助项目(50674075,51975468)
陕西省科技统筹创新工程计划资助项目(2013KTCL01-02)。
文摘
煤矿井下移动机器人是煤矿机器人的主力军,煤矿井下移动机器人的自主导航是其研究的难点和热点。目前,煤矿井下移动机器人自主导航所必须的三维环境数据库尚未形成,尤其是制作高分辨率、多信息融合的煤矿井下高精度地图还处于研究阶段。为了有效解决煤矿井下移动机器人自主导航问题,构建了基于深度相机的机器视觉系统,提出了一种基于深度视觉的导航方法,自主导航过程分为地图创建与自主运行两个阶段。在地图创建中:①对深度视觉数据进行特征提取与匹配,利用10组煤矿井下真实视频截图,对比测试5种特征提取与匹配组合算法,结果表明SURF+SURF+FLANN与GFTT+BRIEF+BF算法能够在煤矿井下获得良好匹配结果;②建立煤矿井下移动机器人深度视觉定位与建图问题的捆集调整迭代最近点图模型(Iterative Closest Points Bundle Adjustment,ICP BA);③通过图优化方式估计当前观测下的最优位姿与环境路标点坐标。在实验室场景中利用提出的ICP-BA图优化算法,建立了包含关键位姿与三维环境点的原始点云地图。在自主运行阶段:①通过八叉树数据结构,将点云地图转化为移动机器人运动规划可使用的Octomap导航地图,实验结果表明,Octomap导航地图分辨率可调、系统资源占用低、索引效率高;②使用三维到二维映射的视觉图匹配PNP(Perspective N Points)方法进行实时在线重定位;③基于图搜索的A*(A Star)路径规划作为轨迹规划初值,自定义最小化能量损失泛函为最小化加加速度的变化率(Minimum-Snap)求解2次规划问题,生成用于煤矿井下移动机器人运动执行的轨迹。在Matlab开发环境中设计随机导航地图,生成时间分配、位置、速度、加速度、加加速度的最优轨迹规划结果,验证了运动规划算法的正确性。通过理论分析和实验验证,表明笔者提出的煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航方法的有效性。
关键词
煤矿
井下
移动
机器人
自主导航
深度视觉
地图创建
重定位
运动规划
Keywords
underground coal mine mobile robot
autonomous navigation
depth vision
map creation,relocation
motion planning
分类号
TP242 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
TD67 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
煤矿井下移动机器人运动规划方法研究
被引量：
12
8
作者
杨林
马宏伟
王岩
王川伟
机构
西安科技大学机械工程学院
陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室
出处
《工矿自动化》
北大核心
2020年第6期23-30,共8页
基金
国家自然科学基金面上项目(50674075,51975468)
陕西省科技计划项目青年基金项目(2018JQ5116)
陕西省科技统筹创新工程计划项目(2013KJTCL01-02)。
文摘
针对现有煤矿井下移动机器人运动规划所生成的轨迹存在超调、碰撞、不连续、不光滑等问题,提出了一种由路径规划、轨迹生成、轨迹优化3个部分构成的煤矿井下移动机器人运动规划方法。路径规划采用基于图搜索的A*算法实现,通过开始搜索、路径排序、继续搜索3个步骤循环迭代,快速规划出一条可通行的全局路径作为轨迹生成的初值。轨迹生成通过构建基于Minimum Snap的目标函数,并施加等式约束来实现。轨迹优化则是在轨迹生成的基础上施加不等式约束来实现:通过调整时间分配和构建基于Corridor轨迹规划的不等式约束,解决基于Minimum Snap轨迹生成在求解过程中出现的超调现象,并对整段轨迹本身进行约束,避免发生碰撞;通过引入调和函数Bezier Curve,构建基于Bezier Curve的Minimum Snap的轨迹优化问题,使得轨迹高阶目标函数的求解变得简单高效,最终生成一条适用于煤矿井下移动机器人的能量损失最小、连续、光滑、无碰撞、可执行的运动轨迹。在Matlab仿真环境中设计了随机地图,生成了包含时间分配、位置规划、速度规划、加速度规划的最优轨迹规划结果。实验结果验证了该运动规划方法的正确性和有效性。
关键词
煤矿
井下
移动
机器人
运动规划
路径规划
轨迹生成
轨迹优化
Keywords
underground mobile robot
motion planning
path planning
trajectory generation
trajectory optimization
分类号
TD67 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究
被引量：
19
9
作者
马宏伟
张璞
毛清华
周颖
机构
西安科技大学机械工程学院
出处
《工矿自动化》
北大核心
2019年第4期35-42,共8页
基金
陕西省创新人才计划项目(2018TD-032)
文摘
针对现有煤矿井下移动机器人定位方法存在定位难、精度低的问题,提出了一种基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法。该方法利用卡尔曼滤波对捷联惯导进行初始对准,以此确定定位的初始坐标,得到初始姿态转换矩阵;利用捷联惯导独立完成机器人位置解算,同时利用里程计输出的速度信息与捷联惯导输出的实时姿态转换矩阵进行航位推算解算,再次得到机器人的位置信息;为了减少累积误差对捷联惯导的影响,使用里程计和捷联惯导构成航位推算系统,采用Sage-Husa自适应滤波设计组合定位算法,选择误差作为系统状态,经过滤波计算和校正,可获得机器人的精确位置信息。实验结果表明,该方法可实现机器人实时定位,有效减少捷联惯导累积误差的影响;定位精度较高,机器人在Y向运动4.3m,Z向运动0.25m后,Y向定位误差为0.25m,Z向定位误差为0.005m。
关键词
煤矿井下机器人
移动
机器人
定位
捷联惯导
里程计
初始对准
航位推算
Keywords
coal mine underground robot
positioning of mobile robot
strapdown inertial navigation
odometer
initial alignment
dead reckoning
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
煤矿井下群机器人高效任务分配算法
10
作者
吴文臻
机构
煤炭科学技术研究院有限公司
煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室
出处
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2023年第8期60-69,共10页
基金
国家重点研发计划资助项目(2021YFB3201905)。
文摘
松散型合作群机器人系统在现阶段煤矿辅助机器人作业中具有广泛应用前景。但松散型合作群机器人系统的任务分配过程未向划分过程进行反馈,导致任务划分与分配过程高效性与合理性不足。针对该问题,提出一种基于改进型鲁宾斯坦协商策略的煤矿井下群机器人高效任务分配算法。根据群机器人系统任务划分与分配过程的多方博弈特点,将鲁宾斯坦协商策略由双方博弈向多方共同博弈方向延伸,提出多方协商博弈的“出价-讨价-还价”规则。从机器人个体执行能力与任务执行情况差异的角度出发,提出基于机器人个体单位时间任务完成量的折扣因子计算方法,以及基于各分配周期任务执行情况的任务完成状态反馈参数模型,以实现任务的动态划分与分配。通过3组机器人合作执行煤矿矿区的整体监测任务,对算法性能开展实验验证,结果表明:(1)算法3(采用改进型鲁宾斯坦协商策略)的任务划分与分配效率较算法1(将每组无人机数量与运行速度乘积的比例直接作为3组无人机任务划分与分配的标准)、算法2(使用多方共同协商的鲁宾斯坦协商策略,但不考虑任务完成状态反馈参数)分别提升了30.10%,18.29%。(2)基于算法3的3组无人机执行任务的平均最大时间差为42 s,较算法1、算法2分别优化了77.66%,65.29%,这是由于算法3通过引入任务完成状态反馈参数,及时对任务参与方的任务执行过程进行评估,将任务的分配和执行过程向任务的划分阶段进行反馈,使任务的划分与分配更加准确。
关键词
煤矿
井下
群
机器人
松散型合作群
机器人
鲁宾斯坦协商策略
任务划分与分配
折扣因子
状态反馈
Keywords
coal mine underground group robots
loose cooperative group robots
Rubinstein negotiation strategy
task division and assignment
discount factor
state feedback
分类号
TD67 [矿业工程—矿山机电]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于FDH包围盒算法的煤矿井下机器人避障最小安全距离控制
韩雷
云龙
《中国煤炭》
北大核心
2024
0
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职称材料
2
煤矿井下机器人钻臂智能控制研究
姜秀华
《煤炭技术》
CAS
北大核心
2011
0
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职称材料
3
煤矿井下移动机器人同步定位关键技术研究
赵亚东
马腾飞
思旺斗
王猛
《煤矿机械》
2024
2
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职称材料
4
煤矿井下移动机器人多传感器自适应融合SLAM方法
马艾强
姚顽强
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2024
4
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职称材料
5
煤矿井下巡检机器人技术及应用
王周
田乐
石浩然
杜永波
张涛
《数字通信世界》
2024
0
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职称材料
6
煤矿井下搜救机器人越障分析
邓乐
赵莉莉
《河南理工大学学报（自然科学版）》
CAS
2011
6
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职称材料
7
煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航研究
马宏伟
王岩
杨林
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020
48
在线阅读
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职称材料
8
煤矿井下移动机器人运动规划方法研究
杨林
马宏伟
王岩
王川伟
《工矿自动化》
北大核心
2020
12
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职称材料
9
基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究
马宏伟
张璞
毛清华
周颖
《工矿自动化》
北大核心
2019
19
在线阅读
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职称材料
10
煤矿井下群机器人高效任务分配算法
吴文臻
《工矿自动化》
CSCD
北大核心
2023
0
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职称材料
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