计算机与PLC通信技术在煤矿探测与救援机器人中的应用 被引量：1

1

作者 吴倩颖 高峻峣 朱建国 《机床与液压》 北大核心 2012年第8期110-113,116,共5页

机器人内部各个控制模块之间的通信、下位机PLC模块与上位机PC之间的通信是机器人智能控制中的重要环节。以某大学研制的煤矿探测与救援机器人为平台,介绍下位机中多个PLC的通信过程及下位机与上位机通信的实现,重点阐述了采用Visual C+... 机器人内部各个控制模块之间的通信、下位机PLC模块与上位机PC之间的通信是机器人智能控制中的重要环节。以某大学研制的煤矿探测与救援机器人为平台,介绍下位机中多个PLC的通信过程及下位机与上位机通信的实现,重点阐述了采用Visual C++6.0开发串行通信程序来实现PC与PLC实时通信的过程。通过PC对机器人的通信控制实验证明,这种通信方式简单有效、实时性较强。 展开更多

关键词 串口通信 PLC 煤矿探测与救援机器人

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基于阻塞栅格地图的煤矿救援机器人路径规划

2

作者 邵小强 刘明乾 +3 位作者 马博 李浩 吕植越 韩泽辉 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第7期249-261,共13页

针对矿难发生后,煤矿救援机器人面对井下复杂环境使用路径规划算法耗时太长,路径规划过程中产生冗余点过多且易陷入死锁的问题,提出一种基于类型匹配的栅格地图阻塞算法,该算法可通过迭代阻塞以减少栅格地图中无需探索的可通行节点数量... 针对矿难发生后,煤矿救援机器人面对井下复杂环境使用路径规划算法耗时太长,路径规划过程中产生冗余点过多且易陷入死锁的问题,提出一种基于类型匹配的栅格地图阻塞算法,该算法可通过迭代阻塞以减少栅格地图中无需探索的可通行节点数量。算法的阻塞过程利用定义的栅格节点和其邻节点构成的3×3子图类型与栅格地图进行匹配。首先根据路径规划算法的寻路特点定义可阻塞栅格类型和不可阻塞栅格类型;然后按照各种类型特征进行建模,为每种类型设置权重和偏置;最后将各类型子图与初始栅格地图通过二维卷积操作进行匹配以阻塞无需拓展节点,在使用基于栅格地图的路径规划算法之前对输入栅格地图进行阻塞处理。阻塞节点不会断开原始栅格地图中存在最小成本路径。结果表明:该算法可应用于各种栅格环境地图中,在真实煤矿井下栅格地图环境下,与单独使用路径规划算法相比,使用本文算法结合A*算法与仅使用A*算法相比,该算法结合A*算法路径规划总时间减少60.0%,拓展节点数量减少60.4%;结合蚁群算法与仅使用蚁群算法相比,该算法结合蚁群算法路径规划总时间减少55.8%,迭代次数减少53.7%。所提算法极大缩小了路径规划时间,解决了路径规划死锁问题,在复杂环境地图中优势明显,保证事故救援的及时性。 展开更多

关键词 煤矿救援机器人 栅格地图 阻塞栅格地图 A*算法 蚁群算法

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基于扩展无向图的煤矿救援多机器人自主探索方法

3

作者 周林娜 吴体昊 +2 位作者 黄新利 杨春雨 张鑫 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期338-348,共11页

煤矿灾后环境退化,救援任务复杂艰巨,救援人员面临着众多威胁,机器人参与救援可以有效提高救援效率和安全性,但现有遥感救援机器人面临无法实时通信等问题。因此,针对井下灾后复杂环境,提出基于扩展无向图的多机器人自主探索方法,研究... 煤矿灾后环境退化,救援任务复杂艰巨,救援人员面临着众多威胁,机器人参与救援可以有效提高救援效率和安全性,但现有遥感救援机器人面临无法实时通信等问题。因此,针对井下灾后复杂环境,提出基于扩展无向图的多机器人自主探索方法,研究多机器人自主探索系统协同搜救以进一步提高救援效率。首先,根据煤矿井下环境特点和灾后救援需求,针对自主探索计算效率和空间探索深度的问题,结合局部和全局规划策略构建煤矿救援多机器人自主探索系统架构和算法流程;其次,在机器人系统进行局部救援探索时,存在狭窄/开阔空间并存的特殊环境,难以快速采样并生成局部探索路径导致救援任务过早结束,因此融入旅行商问题,各机器人在局部空间进行视点采样与探索增益计算构建局部图并确定待访问点,利用A*算法优化局部图最短探索路径;然后,当局部图探索增益不足时进行全局图探索,各机器人共享全局图并以增量方式扩展,减少多个机器人直接访问目标点造成的整体效率下降影响,协同全局图搜索算法求解各车的全局图探索最短路径。最后,使用3台不同型号的机器人进行实车试验,并与基于边界点方法的常用多机器人自主探索算法对比,结果表明本文多机器人自主探索方法在探索完整度上提高了51%、探索时间节约了58%以上,可以较好地实现复杂环境下多机器人自主探索任务。 展开更多

关键词 煤矿救援机器人 多机器人系统 自主探索 车辆路径问题 A*算法

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基于改进A*和势场法的轮式煤矿救援机器人路径规划 被引量：7

4

作者 王宏伟 李超 +2 位作者 梁威 姚林虎 李永安 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期159-170,共12页

煤矿救援机器人在非结构化井下巷道环境中执行搜救任务,传统的路径规划算法用于搜索空间较大或者复杂度较高的非结构化环境时,可能会面临效率低、非最优路径和平滑度较差等问题;此外,巷道存在复杂的交叉口等环境特征,机器人在该区域容... 煤矿救援机器人在非结构化井下巷道环境中执行搜救任务,传统的路径规划算法用于搜索空间较大或者复杂度较高的非结构化环境时,可能会面临效率低、非最优路径和平滑度较差等问题;此外,巷道存在复杂的交叉口等环境特征,机器人在该区域容易偏离预设路线或与路口壁面发生剐蹭。为了克服这些问题并提高机器人的导航精度,提出了针对轮式煤矿救援机器人的路径规划算法改进方案:①改进启发式全局路径规划A*算法,通过分层邻域搜索与剪枝的方法改进邻域搜索方式,优化代价函数以更好地平衡实际代价和启发式代价的影响,更准确地评估每个节点的代价,使其适应实际情况且缩减了计算量,并利用B样条方法对路径进行平滑处理;②利用随机样本一致算法(RANSAC)构建煤矿巷道壁面的几何模型,以便提取交叉路口特征点坐标纳入规划系统,利用B样条曲线基函数的局部支撑性优化路径,当后续添加路径优化点时,仅影响相应区间的曲线形状,对路径的其余部分不产生影响;③根据构建的环境几何模型和提取的特征点建立综合局部势场,引入调整系数优化势场分布,并使用粒子群算法(PSO)优化的PID算法实现运动控制,增强机器人针对巷道交叉口等复杂环境通行的适应能力。通过MATLAB和机器人操作系统(ROS)仿真验证了算法原理与应用的可行性,结果表明该方法可以实现在复杂交叉环境中路径规划、自主行驶等功能。 展开更多

关键词 煤矿救援机器人 路径规划 B样条方法 势场控制 PID控制算法

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煤矿灾害救援双级式信息探测机器人系统研制 被引量：4

5

作者 郑兴 张高峰 王红旗 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第5期58-64,135,共8页

针对煤矿灾害救援信息探测机器人难以到达井下灾害现场的现状,研制一种新的基于井下避难硐室的煤矿灾害救援双级式信息探测机器人系统。当发生煤矿灾害时,该系统一级运载机器人从避难硐室附近出发,沿煤矿巷道顶板预设的工字钢轨道行驶,... 针对煤矿灾害救援信息探测机器人难以到达井下灾害现场的现状,研制一种新的基于井下避难硐室的煤矿灾害救援双级式信息探测机器人系统。当发生煤矿灾害时,该系统一级运载机器人从避难硐室附近出发,沿煤矿巷道顶板预设的工字钢轨道行驶,直到无法继续前进时释放二级信息探测机器人进一步对灾害信息进行探测。该系统基于RSSI的改进路径损耗模型设计,解决了受限空间的无线通信不畅和中继设备安放间隔难以确定的问题。煤矿巷道仿真实验室对该系统测试结果表明,双级式煤矿信息探测机器人在井下通信顺畅,图像数据传输清晰连续,系统运行稳定。 展开更多

关键词 煤矿灾害 避难硐室 信息探测机器人 双级式机器人

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煤矿救援机器人路径规划研究

6

作者 朱洪波 殷宏亮 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第12期145-154,共10页

针对煤矿救援机器人采用双向A*算法存在搜索效率低、路径安全性和平滑性差,及动态窗口法(DWA)融合全局路径规划算法存在实时寻路效率低等问题,提出了一种基于分层平滑优化双向A*引导DWA(HSTA*−G−DWA)算法的煤矿救援机器人路径规划方法... 针对煤矿救援机器人采用双向A*算法存在搜索效率低、路径安全性和平滑性差,及动态窗口法(DWA)融合全局路径规划算法存在实时寻路效率低等问题,提出了一种基于分层平滑优化双向A*引导DWA(HSTA*−G−DWA)算法的煤矿救援机器人路径规划方法。首先,将碰撞约束函数的调整机制引入双向A*算法中,以提高路径规划的安全性。其次,在双向A*算法的代价函数中增加归正因子函数,防止正反向搜索路径不相交的情况,同时为预估代价函数增加动态加权因子函数以剔除路径搜索过程中无关扩展节点的搜索,从而提升路径搜索效率。然后,利用分层平滑优化策略消除路径中的冗余点和转折角,以减少节点数量和路径长度,并提高路径平滑性。最后,若煤矿救援机器人按照初始全局路径行驶过程中探测到未知障碍物,则利用全局路径引导DWA实现局部动态避障。仿真实验结果表明:①静态环境下HSTA*−G−DWA算法路径搜索时间较传统A*算法和双向A*算法分别平均减少了81.82%和64.63%,路径的安全性和平滑性更好。②未知环境下HSTA*−G−DWA算法可实时避开环境中出现的未知障碍物,路径长度较快速扩展随机树(RRT)算法、改进A*算法和现有融合算法分别减少了10.34%,14.28%和2.45%,路径搜索时间较现有融合算法平均减少了70.48%。实验室环境下实验结果表明:①静态环境下,HSTA*−G−DWA算法路径搜索时间较传统A*算法平均减少了58.75%,机器人边缘距障碍物的最小距离平均增加了0.71 m。②未知环境下,相比于传统A*算法,HSTA*−G−DWA算法可实时避开环境中出现的未知障碍物且路径的平滑性更好。 展开更多

关键词 煤矿救援机器人 路径规划 双向A*算法 分层平滑 动态窗口法 动态加权因子 归正因子 动态避障

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矿山钻孔救援探测机器人研究进展 被引量：12

7

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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煤矿救援机器人的通信系统设计 被引量：15

8

作者 刘建 朱华 +1 位作者 郑之增 宋明 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2009年第8期87-90,共4页

为了保证煤矿救援机器人通信性能的可靠性,根据ISO/OSI层次模型设计了通信系统,该系统包括机身通信系统和上下位机通信系统。针对物理层,介绍了快速建立井下有线光纤网络和以Zigbee技术为基础的Ad Hoc无线网络的方式;针对数据链路层,根... 为了保证煤矿救援机器人通信性能的可靠性,根据ISO/OSI层次模型设计了通信系统,该系统包括机身通信系统和上下位机通信系统。针对物理层,介绍了快速建立井下有线光纤网络和以Zigbee技术为基础的Ad Hoc无线网络的方式;针对数据链路层,根据高级数据链路控制(HDLC)协议设计了上下位机的stop-wait-ARQ串口通信协议,保证了数据传输的正确性,也进一步提高了通信系统的可靠性;使用MSComm控件设计了上位机和下位机通信软件,在应用层实现了串口通信协议。通过矿井现场试验验证了该系统的可靠性和数据传输的正确性。 展开更多

关键词 救援机器人 通信 AD HOC OSI 煤矿

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煤矿探测机器人行走机构设计与步态分析 被引量：6

9

作者 蔡李花 方海峰 +2 位作者 高进可 吴群彪 李允旺 《工矿自动化》 北大核心 2017年第6期47-51,共5页

为了适应煤矿井下复杂地形,设计了一种煤矿探测机器人行走机构:躯体为圆形,6条腿均布在躯体四周;躯体及腿部采用高强度铝合金材料,整机仅800g。对该机器人直线行走步态、原地转向步态及其运动能力进行了分析。采用Solidworks和ADAMS软... 为了适应煤矿井下复杂地形,设计了一种煤矿探测机器人行走机构:躯体为圆形,6条腿均布在躯体四周;躯体及腿部采用高强度铝合金材料,整机仅800g。对该机器人直线行走步态、原地转向步态及其运动能力进行了分析。采用Solidworks和ADAMS软件建立了机器人仿真模型,对其进行仿真及样机试验,结果表明,机器人单次旋转动作的最大完成角度达24°,最多2次旋转操作即可完成任意角度转向;机器人直线行走时平均速度达0.1m/s,其位移、速度及加速度变化较规律,运动较平稳,没有出现剧烈抖动。 展开更多

关键词 煤矿救援 救灾机器人 探测机器人 行走机构 步态分析

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矿山钻孔救援探测机器人设计 被引量：12

10

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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煤矿救援机器人虚拟样机仿真分析 被引量：12

11

作者 魏娟 贾广利 马宏伟 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2008年第11期1369-1373,共5页

运用虚拟样机技术,在CATIA环境下建立煤矿救援机器人三维实体模型并对其结构和运动姿态进行仿真分析。以机器人自撑起运动为例,建立其动力学模型,在ADAMS下进行运动学和动力学仿真。分析机器人在完成自撑起运动时,摆臂的速度、加速度与... 运用虚拟样机技术,在CATIA环境下建立煤矿救援机器人三维实体模型并对其结构和运动姿态进行仿真分析。以机器人自撑起运动为例,建立其动力学模型,在ADAMS下进行运动学和动力学仿真。分析机器人在完成自撑起运动时,摆臂的速度、加速度与驱动力矩的变化规律,为煤矿救援机器人的进一步仿真分析提供依据,同时也为煤矿救援机器人控制系统设计提供可行的理论数据。 展开更多

关键词 煤矿救援机器人 虚拟样机 动力学建模 仿真分析

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基于双目视觉技术的煤矿救援机器人研究进展 被引量：22

12

作者 翟国栋 张文涛 +3 位作者 岳中文 潘涛 胡文渊 卢杏浩 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第7期206-217,共12页

针对发生煤矿事故后的环境探测和紧急救援任务,研发和使用煤矿救援机器人是提高救援效率和降低救援危险系数的关键途径,而双目视觉技术是煤矿救援机器人获取事故现场信息和实现自主避障及路径规划的前提。首先,基于双目视觉技术的实现流... 针对发生煤矿事故后的环境探测和紧急救援任务,研发和使用煤矿救援机器人是提高救援效率和降低救援危险系数的关键途径,而双目视觉技术是煤矿救援机器人获取事故现场信息和实现自主避障及路径规划的前提。首先,基于双目视觉技术的实现流程,介绍了视觉测距的数学原理,归纳了目前摄像机标定领域的代表性方法,包括传统标定方法、主动视觉标定方法和自标定方法。阐述了立体视觉匹配中全局匹配算法、局部匹配算法和亚全局匹配算法的最新研究成果,并比较了3类匹配算法的优缺点。然后,在对近年来煤矿救援机器人研究文献进行分析的基础上,研究了双目视觉技术在煤矿救援机器人中的应用和发展情况。指出双目视觉技术在煤矿救援机器人领域的研究范围主要涵盖立体视觉匹配算法、模式分类与识别、视觉测量与3维重建、组合测量与定位、视觉伺服控制和基于虚拟现实技术的视觉算法仿真等方面。最后,根据煤矿非结构化环境的高动态和强干扰特点,指出煤矿救援机器人现场应用的关键是解决运动模糊和镜头污染、超广角镜头的非线性大幅畸变、弱/零照度条件等技术难题;根据煤矿救援机器人双目视觉的大视场、高精度、自适应感知等要求,提出了包括多自由度测量、多传感器信息融合、基于主动视觉的自适应感知等未来发展建议。 展开更多

关键词 煤矿救援机器人 双目视觉 摄像机标定 立体视觉匹配 应急救援 信息融合 主动视觉

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多节履带式煤矿救援机器人机构及其动力学仿真 被引量：4

13

作者 刘罡 刘玉斌 +2 位作者 赵杰 刘刚峰 朱磊 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期83-87,共5页

为在煤矿事故复杂环境下及时获得事故现场信息，提出了一种可穿越狭窄空间、翻越较高障碍并可携带多种环境探测传感器的多节串联多履带式的新型煤矿救援机器入。采用递推形式的牛顿欧拉法建立了该机器入的动力学模型，并利用Maflab Func... 为在煤矿事故复杂环境下及时获得事故现场信息，提出了一种可穿越狭窄空间、翻越较高障碍并可携带多种环境探测传感器的多节串联多履带式的新型煤矿救援机器入。采用递推形式的牛顿欧拉法建立了该机器入的动力学模型，并利用Maflab Function模块进行了动力学仿真分析。分析结果表明，影响该机器人动力学特性的主要因素是其各单元之间的耦合作用、各单元的初始状态以及地面土壤参数，此结论为实现该机器人的控制提供了有效的依据。 展开更多

关键词 煤矿救援机器人 机构建模 动力学仿真 牛顿欧拉法

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煤矿救援机器人全局路径规划 被引量：14

14

作者 张小艳 周筱媛 魏娟 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2008年第2期323-326,335,共5页

全局路径规划是煤矿救援机器人自主导航的关键技术之一,其任务是按照某一最优指标寻找一条从起始点到目标点的安全避碰路径。文中针对矿难发生后,井下部分巷道的局部环境不确定的特点,提出以矿难前的已知GIS系统为基础,结合改进蚁群算... 全局路径规划是煤矿救援机器人自主导航的关键技术之一,其任务是按照某一最优指标寻找一条从起始点到目标点的安全避碰路径。文中针对矿难发生后,井下部分巷道的局部环境不确定的特点,提出以矿难前的已知GIS系统为基础,结合改进蚁群算法获取环境不确定情况下的优化路径,从而获得全局最优路径的策略;依据安全性、路径最短原则设计了适应值评价函数,依此作为路径评价和信息素更新的依据;为避免停滞现象,采用确定性选择和随机选择相结合的路径选择策略。实验结果验证了算法的正确性和有效性。 展开更多

关键词 蚁群算法 煤矿救援机器人 全局路径规划

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煤矿救援机器人液压系统设计与仿真 被引量：5

15

作者 李雨潭 朱华 +1 位作者 高志军 刘建 《液压与气动》 北大核心 2013年第8期24-26,共3页

为了能够更好地解决煤矿救援机器人的防爆问题,尝试了将液压系统应用于煤矿救援机器人。设计由液压泵、液压马达和相关控制阀组成的闭式液压系统,使之既满足煤矿救援机器人驱动的基本需求,又能对机器人的防爆起到积极作用。运用AMESim... 为了能够更好地解决煤矿救援机器人的防爆问题,尝试了将液压系统应用于煤矿救援机器人。设计由液压泵、液压马达和相关控制阀组成的闭式液压系统,使之既满足煤矿救援机器人驱动的基本需求,又能对机器人的防爆起到积极作用。运用AMESim软件对所设计的液压系统进行平地行走和越障能力仿真,结果表明,所设计的液压系统完全能够实现煤矿救援机器人驱动的要求。因此,液压驱动方法用于煤矿救援机器人是可行的。 展开更多

关键词 煤矿救援机器人 液压系统 仿真

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一种新型煤矿灾害信息探测机器人系统设计 被引量：4

16

作者 秦玉鑫 杜翠洁 +1 位作者 王红旗 王裕清 《工矿自动化》 北大核心 2015年第2期17-20,共4页

针对现有救灾机器人难以适应煤矿井下灾害现场环境的问题,提出了一种新型煤矿灾害信息探测机器人系统,介绍了该系统在煤矿井下的布置、总体结构及控制系统设计,分析了机器人爬坡性能。该系统中机器人运行在煤矿井下已有的单轨吊工字钢... 针对现有救灾机器人难以适应煤矿井下灾害现场环境的问题,提出了一种新型煤矿灾害信息探测机器人系统,介绍了该系统在煤矿井下的布置、总体结构及控制系统设计,分析了机器人爬坡性能。该系统中机器人运行在煤矿井下已有的单轨吊工字钢轨道上,可在发生煤矿灾害时及时行进到灾害现场,采集现场图像信息和环境参数并发送至地面指挥中心。在煤矿巷道仿真实验室对系统进行测试,结果表明该系统运行稳定,图像传输清晰连续,机器人爬坡角度为18.5°。 展开更多

关键词 煤矿井下 煤矿灾害 信息探测机器人 救灾机器人 工字钢轨 爬坡能力

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新型煤矿救援机器人研发与试验 被引量：27

17

作者 朱华 由韶泽 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期2170-2181,共12页

煤矿救援机器人是一种在矿井发生灾害事故时,替代救护队员进入危险区域进行环境探测和对矿工实施救援的多功能智能救援装备,其应用对提升煤矿灾后救援效率、减少2次伤亡具有重要的意义。以中国矿业大学CUMT-V系列煤矿环境探测与救援机... 煤矿救援机器人是一种在矿井发生灾害事故时,替代救护队员进入危险区域进行环境探测和对矿工实施救援的多功能智能救援装备,其应用对提升煤矿灾后救援效率、减少2次伤亡具有重要的意义。以中国矿业大学CUMT-V系列煤矿环境探测与救援机器人的研发为例,从行走机构、防爆设计、结构轻量化、通信方法、传感探测和智能化等方面进行了相关技术和理论研究。针对灾后煤矿的巷道环境特点,推演了机器人行走机构的基本构型,设计了地形适应性好、越障能力强的机器人行走机构;提出并采用基于短时防爆理论的本安兼隔爆的机器人防爆设计技术;提出了基于多腔体自加强结构的机器人轻量化优化设计方法;采用了有线和无线相结合的机器人通信方式;搭建了机器人传感探测与运动控制系统;研发了机器人井下地图构建和定位导航技术。从而研制了能够承载多种探测传感器和急救装备的煤矿灾后环境探测救援机器人,并取得了国家煤矿安全认证。井下应用试验及性能测试结果表明,机器人的行走能力强,能够适用于煤矿非结构复杂地形;机器人续航能力强,通信距离长,环境感知和信息传输的可靠性高;能够通过遥控方式实现机器人的灾后救援;采用有线和无线相结合的机器人通信技术可实现多台机器人的协同救援。通过对机器人进行智能化升级,提高了煤矿救援机器人的环境感知能力,并使其具备了实时定位与自主行走的功能。将上述技术的组合进一步完善,可研发出满足不同应用需求的煤矿环境探测、监控、救援机器人。 展开更多

关键词 煤矿 救援机器人 环境探测 防爆 智能化

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煤矿救援机器人机械臂轨迹规划算法研究 被引量：8

18

作者 韩涛 李静 +2 位作者 黄友锐 徐善永 许家昌 《工矿自动化》 北大核心 2021年第11期45-52,共8页

针对煤矿井下复杂环境中救援机器人机械臂轨迹规划不合理、规划方法收敛速度慢等问题,提出了一种基于融合杜鹃搜索的灰狼优化(CS-GWO)算法的煤矿救援机器人机械臂轨迹规划算法。以五次多项式插值为基本轨迹规划方法,在机械臂关节空间进... 针对煤矿井下复杂环境中救援机器人机械臂轨迹规划不合理、规划方法收敛速度慢等问题,提出了一种基于融合杜鹃搜索的灰狼优化(CS-GWO)算法的煤矿救援机器人机械臂轨迹规划算法。以五次多项式插值为基本轨迹规划方法,在机械臂关节空间进行轨迹规划,通过CS-GWO算法对得到的轨迹进行优化,实现机械臂时间-能量最优轨迹规划。CS-GWO算法在灰狼优化(GWO)算法的位置更新方式中融入杜鹃搜索(CS)算法的2次扰动过程,结合CS算法的莱维飞行模式和鸟巢位置随机更新的特点,使得狼群在向猎物逼近的过程中能够随机跳出局部搜索区域,扩大了搜索范围,避免算法陷入局部最优解,增强了GWO算法的全局搜索能力。Matlab仿真结果表明,CS-GWO算法能够有效提高CS算法的收敛速度和GWO算法的全局搜索能力,其稳定性更好,整体性能较优;利用机械臂轨迹规划算法可得到一条时间-能量最优轨迹,各关节角位移、角速度、角加速度曲线均光滑、连续,有效解决了煤矿井下复杂环境中救援机器人机械臂最优轨迹规划问题。 展开更多

关键词 煤矿救援机器人 机械臂 轨迹规划 关节角轨迹 五次多项式插值 灰狼优化算法 杜鹃搜索算法

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多尺度特征融合的煤矿救援机器人目标检测模型 被引量：7

19

作者 翟国栋 任聪 +3 位作者 王帅 岳中文 潘涛 季如佳 《工矿自动化》 北大核心 2020年第11期54-58,共5页

传统目标检测模型采用人工设计的目标特征,造成检测精度较差。基于深度学习的目标检测模型具有较高的检测精度,然而针对实时性和精度要求比较高的煤矿救援机器人应用场合,获取的图像信息较少且目标特征不明显,造成目标检测效果较差。为... 传统目标检测模型采用人工设计的目标特征,造成检测精度较差。基于深度学习的目标检测模型具有较高的检测精度,然而针对实时性和精度要求比较高的煤矿救援机器人应用场合,获取的图像信息较少且目标特征不明显,造成目标检测效果较差。为提高目标检测精度和速度,基于YOLO V3模型提出了一种多尺度特征融合的煤矿救援机器人目标检测模型。该模型主要包括特征提取和特征融合2个模块:特征提取模块采用空洞瓶颈和多尺度卷积获得更加丰富的图像特征信息,增强目标特征表达能力,提高了目标分类精度和检测速度;特征融合模块在特征金字塔中引入空间注意力机制,对含有丰富语义信息的高层特征图和含有丰富位置信息的低层特征图进行有效融合,弥补了高层特征图位置信息表达能力不足的缺点,提高了目标定位精度。将该模型部署在煤矿救援机器人嵌入式NVIDIA Jetson TX2平台上进行灾后环境目标检测实验,检测精度为88.73%,检测速度为28帧/s,满足煤矿救援机器人目标检测的实时性和精度需求。 展开更多

关键词 煤矿救援机器人 目标检测 多尺度特征融合 YOLO V3 深度学习

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基于改进A^(*)算法的矿用机器人救援路径规划及仿真分析 被引量：6

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作者 段碧英 柴肇云 +5 位作者 辛子朋 闫珂 肖畅 刘向御 李天宇 刘新雨 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期231-241,共11页

【目的】煤矿井下灾后现场情况复杂,针对传统A^(*)算法的煤矿机器人救援路径规划存在路径不安全、效率低等问题,结合栅格地图及救援机器人可沿任意方向移动的特点,多方面对传统A^(*)算法进行改进。【方法】首先,引入了机器人尺寸叠加到... 【目的】煤矿井下灾后现场情况复杂,针对传统A^(*)算法的煤矿机器人救援路径规划存在路径不安全、效率低等问题,结合栅格地图及救援机器人可沿任意方向移动的特点,多方面对传统A^(*)算法进行改进。【方法】首先,引入了机器人尺寸叠加到障碍物的概念,以确保路径的安全性。其次,通过优化启发函数,降低偏离最佳路径节点的扩展数量,减少冗余节点与路径转折,降低了计算复杂度。最后,采用动态调整算法将路径转折角圆弧化,对所得路径平滑处理,提高了路径的可操作性。最终获得路径代价更小、耗时更短、转弯次数更少的优化路径。基于改进的A^(*)算法,利用MATLAB开展了不同尺寸及不同障碍物覆盖率下救援机器人路径规划的仿真模拟试验。【结果】结果表明:相较于传统A^(*)算法,在崎岖环境地图中改进的A^(*)算法使搜索节点降低了26.51%、计算时长减少了80.42%、路径长度缩短了31.85%、转向次数减少了44.44%,提高了路径的搜索效率和平滑程度。【结论】改进的A^(*)算法为复杂工况环境下煤矿机器人的救援工作提供了一定的理论基础。 展开更多

关键词 A^(*)算法优化 煤矿救援机器人 路径规划 启发函数 动态调整算法

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