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煤矿机电装备智能化 被引量：5
1
作者 马宏伟 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期F0002-F0002,共1页
人类社会已经进入第四次工业革命,自动化、数字化、信息化精彩纷呈,智能化扑面而来。2015年5月,国务院颁布了《中国制造2025》,制定了三步走发展战略,描绘了中国从制造大国迈向制造强国的宏伟蓝图,创新引领,两化融通;五大工程,绿色智能... 人类社会已经进入第四次工业革命,自动化、数字化、信息化精彩纷呈,智能化扑面而来。2015年5月,国务院颁布了《中国制造2025》,制定了三步走发展战略,描绘了中国从制造大国迈向制造强国的宏伟蓝图,创新引领,两化融通;五大工程,绿色智能;十大领域,追赶并领;中国智造,强国美梦。被誉为“工业的粮食”和“黑色的金子”的煤炭,是中国最为重要的战略资源,是建设现代化强国的坚实基础,具有不可替代的地位。 展开更多
关键词 第四次工业革命 中国智造 制造强国 煤矿机电 现代化强国 五大工程 不可替代 三步走
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矿用带式输送机智能监测系统研究 被引量：40
2
作者 毛清华 毛金根 +2 位作者 马宏伟 张旭辉 李铮 《工矿自动化》 北大核心 2020年第6期48-52,58,共6页
针对矿用带式输送机运行过程中存在的托辊、滚筒等关键部件与输送带摩擦发热,钢丝绳芯输送带内部损伤与撕裂,运行功耗大等问题,设计了一种矿用带式输送机智能监测系统。该系统包括基于弱磁检测法的钢丝绳芯输送带损伤监测系统、基于红... 针对矿用带式输送机运行过程中存在的托辊、滚筒等关键部件与输送带摩擦发热,钢丝绳芯输送带内部损伤与撕裂,运行功耗大等问题,设计了一种矿用带式输送机智能监测系统。该系统包括基于弱磁检测法的钢丝绳芯输送带损伤监测系统、基于红外热成像温度检测法的带式输送机关键部件故障诊断与预警系统和基于视觉检测法的煤流监测、异物监测、胶带撕裂监测及人员安全监测系统,详细介绍了各系统的实现原理。对钢丝绳芯输送带内部损伤识别及带式输送机关键部件故障诊断预警进行了实验验证,结果表明该系统对钢丝绳芯输送带损伤识别的准确率约为98%,且可准确识别带式输送机关键部件故障并发出预警。 展开更多
关键词 矿用带式输送机 智能监测 输送带损伤监测 输送带撕裂监测 煤流监测 人员安全监测 故障诊断与预警
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基于单激光束信息的掘锚装备视觉定位方法研究 被引量：4
3
作者 张旭辉 陈鑫 +3 位作者 杨文娟 雷孟宇 田琛辉 杨骏豪 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期311-322,共12页
煤矿井下掘锚装备智能化是改善行业采掘失衡问题的关键,而掘锚装备的精确定位是实现其智能化的前提。与其他传统定位方法相比,基于视觉的位姿测量方法以其无接触、无累计误差的优势在煤矿井下得到了初步的应用。针对目前煤矿井下掘进工... 煤矿井下掘锚装备智能化是改善行业采掘失衡问题的关键,而掘锚装备的精确定位是实现其智能化的前提。与其他传统定位方法相比,基于视觉的位姿测量方法以其无接触、无累计误差的优势在煤矿井下得到了初步的应用。针对目前煤矿井下掘进工作面掘锚装备视觉定位方法存在的合作标靶结构复杂、标定繁琐的问题,结合掘进工作面原有激光指向仪特征,提出一种基于单激光束信息的掘锚装备视觉定位方法。该方法通过分析激光指向仪光斑及光束图像特征,提出了一种基于二维反正切函数拟合的激光光斑中心提取方法和基于Hough直线检测的激光束中心线提取方法,构建了基于点线特征的双目视觉位姿解算模型,得出了掘锚装备在巷道中的实时位姿。最后,为了验证提出的特征提取方法和视觉定位方法的可行性和准确性,在实验室模拟掘进工作面工况环境搭建平台进行了试验。结果表明:基于矿用激光指向仪信息的掘锚装备视觉定位方法具有较高的位姿测量精度。在50 m的测试范围内,机身位置在巷道坐标系下沿X轴、Y轴和Z轴的平均测量误差分别为25.44、58.64、31.08 mm,其最大误差分别为55.16、127.39、63.57 mm;机身姿态在巷道坐标系下的俯仰角、偏航角和横滚角的平均测量误差分别为0.22°、0.22°、0.41°,其最大误差分别为0.29°、0.37°、0.58°。满足煤矿井下巷道施工的定位精度要求。 展开更多
关键词 双目视觉 单激光束 视觉定位 特征提取 掘锚装备
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掘进巷道狭长受限空间的掘锚设备避碰路径规划方法研究 被引量：1
4
作者 杨文娟 张冉 +7 位作者 张旭辉 田思昊 王泽尧 郑西利 任志腾 万继成 杜昱阳 张寒冰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期483-496,共14页
针对煤矿井下狭长受限空间条件下掘锚设备协同作业过程中的碰撞检测与避碰路径规划难题,提出了基于深度强化学习(Deep Reinforcement Learning,DRL)的煤矿掘进巷道掘锚设备碰撞检测与避碰路径规划方法。利用激光雷达将巷道环境进行实时... 针对煤矿井下狭长受限空间条件下掘锚设备协同作业过程中的碰撞检测与避碰路径规划难题,提出了基于深度强化学习(Deep Reinforcement Learning,DRL)的煤矿掘进巷道掘锚设备碰撞检测与避碰路径规划方法。利用激光雷达将巷道环境进行实时重建,在虚拟环境中建立掘进设备与钻锚设备的路径规划训练模型,在构建的掘进工作面虚拟三维场景下,采用混合层次包围盒法进行掘锚设备、钻锚设备以及掘进巷道间的虚拟碰撞检测。针对掘锚设备的运动特性,在SAC(Soft Actor-Critic)算法的基础上引入多智能体经验共享机制,提出了MAES-SAC(Multi-Agent Experience Sharing)算法,通过定义智能体的状态空间和动作空间,设计相应的奖惩机制,对智能体进行训练。仿真结果表明,相比于PPO算法和SAC算法,MAES-SAC算法平均奖励值分别提高了8.21%与7.43%,最高奖励值分别提高了0.25%与0.14%,达到最高奖励值的步数分别缩短与3.06%和6.63%,标准差分别减少了10.07%与6.99%。最后,搭建了掘锚设备避碰路径规划与碰撞感知系统实验平台,通过虚实运动同步性测试和掘锚设备避碰轨迹规划实验,验证了掘锚设备避碰路径规划的可行性和准确性,该方法为煤矿井下掘进设备群碰撞感知与协同避碰路径规划提供了新的思路,对推动煤矿井下掘进工作面智能化建设具有重要意义。 展开更多
关键词 煤矿机器人 路径规划 深度强化学习 受限空间 虚实结合
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欠约束临时支护机器人几何静力耦合模型及运动控制研究
5
作者 刘鹏 朱延 +6 位作者 马宏伟 曹现刚 张旭辉 段学超 周昊晨 乔心州 夏晶 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期346-361,共16页
护盾式智能掘进机器人系统有效的解决了煤矿开采中“采掘失衡、采快掘慢”难题。临时支护机器人作为该系统的重要组成部分,尽管在提升作业效率上发挥了重要作用,但由于结构限制,仅能实现竖直方向的升降运动,难以有效应对复杂巷道的临时... 护盾式智能掘进机器人系统有效的解决了煤矿开采中“采掘失衡、采快掘慢”难题。临时支护机器人作为该系统的重要组成部分,尽管在提升作业效率上发挥了重要作用,但由于结构限制,仅能实现竖直方向的升降运动,难以有效应对复杂巷道的临时支护作业。为解决临时支护机器人运动受限难题,设计了一种欠约束临时支护机器人,并提出了一种基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法,以实现欠约束临时支护机器人的高精度运动控制。首先,利用修正的G-K公式对该机器人的自由度进行了分析,针对欠约束临时支护机器人正运动学难以求解问题,建立了几何静力耦合模型,提出了一种改进的蜣螂优化算法,对正/逆几何静力问题进行求解,并对几何静力问题进行了仿真;其次,设计了一种基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制器。针对末端支护平台参数矩阵的不确定,使用多组RBF神经网络对其逼近,根据自适应律在线调整权值,实现了动力学模型的重构,并设计鲁棒项消除模型重构误差和外部扰动。为缓解控制器存在的抖振问题,设计了模糊系统自适应逼近切换增益来代替鲁棒项,并利用Lyapunov准则证明了控制系统的稳定性。最后,以平面圆轨迹为例进行仿真。结果表明:改进的蜣螂优化算法对正/逆运动学单点验证精度均小于10-20,连续运动学求解结果良好。使用RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法对预定轨迹的位置跟踪误差为0~0.011m,姿态跟踪误差为0~0.0031°,与RBF神经网络整体逼近和PD控制相比最大跟踪误差分别减少了99.0%、95.5%,均方根误差分别减少了98.3%、96.5%。证明了基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法能进一步提高欠约束临时支护机器人的运动控制精度,在受到外界干扰的情况下具有更强的鲁棒性。 展开更多
关键词 欠约束并联机器人 临时支护 运动控制 优化算法 神经网络 模糊系统
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煤矿巷道智能掘进关键共性技术 被引量：75
6
作者 马宏伟 王世斌 +7 位作者 毛清华 石增武 张旭辉 杨征 曹现刚 薛旭升 夏晶 王川伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期310-320,共11页
依据我国煤矿智能化发展战略,深入分析了国内外智能掘进研究现状,结合我国煤炭赋存条件复杂,巷道掘进问题突出,智能掘进挑战严峻等实际,提出了直接影响和制约我国煤矿巷道智能掘进加快发展的智能截割、智能导航、智能协同控制和远程智... 依据我国煤矿智能化发展战略,深入分析了国内外智能掘进研究现状,结合我国煤炭赋存条件复杂,巷道掘进问题突出,智能掘进挑战严峻等实际,提出了直接影响和制约我国煤矿巷道智能掘进加快发展的智能截割、智能导航、智能协同控制和远程智能测控四大关键共性技术并给出了解决思路和方法。针对掘进系统智能截割问题,提出了基于视觉伺服的掘进系统智能定形截割控制方法和基于遗传算法优化的BP(GA-BP)神经网络的自适应截割控制方法,旨在提高巷道截割成形质量和效率;针对掘进系统智能导航问题,提出了基于惯导与视觉信息融合的履带式掘进系统智能导航控制方法和基于惯导、数字全站仪与油缸行程信息融合的液压推移式掘进系统智能导航控制方法,旨在提高掘进定位定向精度,实现智能导航;针对掘进系统中掘进、支护、钻锚、运输等多系统协同控制和多任务并行控制问题,提出了基于强化学习的并行作业控制方法和基于Agent的并行控制方法,以及leader-follower法和基于行为法的智能协同控制方法,旨在实现多机器人系统或智能设备的智能协同控制和并行作业,提高掘进效率;针对掘进系统智能测控问题,创建了本地控制层、近程集控层和远程监控层的智能测控系统架构,提出了数字孪生驱动的虚拟远程智能控制方法,旨在保证掘进系统安全、可靠、高效运行,实现身临其境的虚拟远程智能测控。 展开更多
关键词 煤矿巷道 智能掘进 精确定位定向 协同控制 并行控制 虚拟现实
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煤矿巷道智能掘进机器人系统关键技术研究 被引量：62
7
作者 马宏伟 王鹏 +8 位作者 张旭辉 曹现刚 毛清华 王川伟 薛旭升 刘鹏 夏晶 董明 田海波 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期751-759,共9页
按照国家“加快煤矿智能化发展”的战略部署,贯彻“采掘并重,掘进先行”方针,针对煤矿巷道掘进存在地质条件复杂、工艺装备落后、作业人员偏多、操作环境恶劣、安全风险严竣、采快掘慢失衡等问题,深入总结分析国内外煤矿巷道智能掘进技... 按照国家“加快煤矿智能化发展”的战略部署,贯彻“采掘并重,掘进先行”方针,针对煤矿巷道掘进存在地质条件复杂、工艺装备落后、作业人员偏多、操作环境恶劣、安全风险严竣、采快掘慢失衡等问题,深入总结分析国内外煤矿巷道智能掘进技术的研究动态,指出存在的不足和亟待解决的问题。针对煤矿复杂地质条件下的巷道掘进难题,研发了一种全新的集截割、临时支护、钻锚和锚网运输等并行智能协同的煤矿巷道掘进机器人系统。通过研究进展分析、理论方法探索以及研发实践,提出构建煤矿巷道智能掘进机器人系统的3大关键技术问题及其研究内涵,创建解决关键技术问题的研究体系架构:煤矿巷道掘进机器人系统建模与围岩耦合机理;煤矿巷道掘进机器人系统智能协同控制技术,提出数字孪生驱动的虚拟现实远程智能控制方法;煤矿巷道快速掘进机器人系统精确定位定向和定形技术,提出机器人系统全局和局部精准定位定向及断面截割精准定形控制方法。破解复杂地质条件下的煤矿巷道智能掘进机器人系统关键技术难题,对于研发高质量、高可靠、高效率、高智能的煤矿巷道智能掘进机器人系统,从根本上改善掘进工作面环境,解放生产力,全面提高煤矿巷道掘进效率和质量。 展开更多
关键词 煤矿巷道 智能掘进机器人 精准定位定向 定形控制 智能协同控制
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智慧矿山背景下我国煤矿机械故障诊断研究现状与展望 被引量：59
8
作者 樊红卫 张旭辉 +2 位作者 曹现刚 万翔 杨一晴 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第24期194-204,共11页
目前,煤炭依然是我国主体能源,煤矿井下环境复杂恶劣,使煤矿设备故障频发,对采煤安全造成严重威胁。目前机械故障诊断技术以振动为主要手段,研究涉及动力学与故障机理、信号处理与特征提取、基于振动数据的智能诊断等。故障机理研究为... 目前,煤炭依然是我国主体能源,煤矿井下环境复杂恶劣,使煤矿设备故障频发,对采煤安全造成严重威胁。目前机械故障诊断技术以振动为主要手段,研究涉及动力学与故障机理、信号处理与特征提取、基于振动数据的智能诊断等。故障机理研究为信号特征提取和智能诊断提供基础,主要研究轴承、齿轮及机械系统在故障状态下的振动规律,特别是频率构成。信号处理算法的目的在于从实测信号中提取反映故障信息的成分,根据信号特点主要包括频谱分析、小波分析和经验模态分解等。基于数据的智能诊断方法发展迅速,其主要对监测数据进行分类、聚类和回归分析,根据数据特点有支持向量机、浅层神经网络和深度学习方法等,种群智能算法常用于这些方法的参数优化。研究表明煤矿设备机械故障诊断研究滞后,亟需加强理论研究、算法开发和工程应用,为我国智慧矿山和煤炭绿色、安全和高效开采提供支持。 展开更多
关键词 智慧矿山 故障诊断 振动分析 信号处理 人工智能
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煤矿掘进机器人系统智能并行协同控制方法 被引量：36
9
作者 马宏伟 王鹏 +6 位作者 王世斌 毛清华 石增武 夏晶 杨征 薛旭升 王川伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2057-2067,共11页
煤矿巷道掘进长期存在的“采快掘慢”“掘快支慢”顽症,尤其是掘进工作面装备成套化、自动化、智能化程度偏低、顺序作业工艺技术落后等问题,严重影响生产接续和安全高效开采。对此,研发了护盾推移式煤矿巷道掘进机器人系统成套装备,提... 煤矿巷道掘进长期存在的“采快掘慢”“掘快支慢”顽症,尤其是掘进工作面装备成套化、自动化、智能化程度偏低、顺序作业工艺技术落后等问题,严重影响生产接续和安全高效开采。对此,研发了护盾推移式煤矿巷道掘进机器人系统成套装备,提出了一种煤矿巷道掘进机器人系统智能并行协同控制方法。首先,结合掘进机器人系统与巷道的耦合关系,分析了掘进机器人系统中各个子系统之间的相关性以及多任务之间的相互影响机理,得出了决定掘进效率的关键因素在于截割机器人和钻锚机器人的并行协同控制;其次,针对钻锚机器人各钻机之间的时空关系,构建了多钻机多任务协同钻锚作业数学模型,获得了钻机布置排距、排数及其各排钻锚任务数,同时使用优化组合的方法进行求解,并对计算结果通过安全距离最大原则进行优化,获得了钻锚机器人各排钻机最佳时空匹配策略;最后,通过钻锚机器人系统并行协同控制仿真和实验,证明了该方法的有效性;通过对掘进机器人工作时截割机器人与钻锚机器人的时序分析,得出优化后的钻锚机器人工作时间能够与截割机器人工作时间有效匹配,2者能够并行协同的完成截割和钻锚任务。该方法已经应用在团队研发的煤矿智能掘进机器人系统上,实现了多机器人系统的智能并行协同控制。具有智能并行协同控制的掘进机器人系统已经在大断面(6.50 m×4.25 m)、夹矸与片帮共存的巷道运行近10个月,经受了夹矸厚度达2.1 m、硬度f=5-7的严酷考验,日进尺突破50 m。 展开更多
关键词 掘进机器人 协同控制 煤矿巷道 钻锚机器人 优化组合 时序分析
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多传感器信息的悬臂式掘进机空间位姿监测系统研究 被引量：25
10
作者 毛清华 张旭辉 +1 位作者 马宏伟 薛旭升 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第12期41-47,共7页
根据煤矿综掘工作面悬臂式掘进机远程自动化开采需要实现掘进机空间位姿实时精确监测的需求,提出了一种多传感器信息的煤矿悬臂式掘进机空间位姿监测系统方案,建立了掘进机空间位姿数学模型。该系统运用油缸行程传感器检测截割臂姿态角... 根据煤矿综掘工作面悬臂式掘进机远程自动化开采需要实现掘进机空间位姿实时精确监测的需求,提出了一种多传感器信息的煤矿悬臂式掘进机空间位姿监测系统方案,建立了掘进机空间位姿数学模型。该系统运用油缸行程传感器检测截割臂姿态角,运用超声、激光和惯导与地磁融合的组合惯导检测掘进机机身空间位姿。构建了煤矿悬臂式掘进机远程监控试验平台,并对掘进机位姿传感检测系统进行了试验测试。试验结果表明:基于油缸行程传感器的截割臂升降角度模型误差为0.23°,超声传感器的机身偏航位移检测误差为0.024 m,激光传感器的车前距检测误差为0.006 m,惯导与地磁融合的组合惯导信号不仅不被防爆外壳屏蔽,而且克服了惯导航向角随时间产生累积误差的难题,航向角检测误差在0.2°范围内。 展开更多
关键词 悬臂式掘进机 多传感器 位姿监测 组合惯导 地磁
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悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统研究 被引量：32
11
作者 杨文娟 张旭辉 +2 位作者 张超 赵建勋 马宏伟 《工矿自动化》 北大核心 2019年第9期40-46,共7页
针对目前煤矿井下掘进过程自动化程度低、掘进效率低、巷道成型质量差等问题,提出了一种悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统。该系统结合巷道尺寸和截割工艺要求,基于三次多项式光滑函数的悬臂式掘进机器人关节空间轨迹规划方法... 针对目前煤矿井下掘进过程自动化程度低、掘进效率低、巷道成型质量差等问题,提出了一种悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统。该系统结合巷道尺寸和截割工艺要求,基于三次多项式光滑函数的悬臂式掘进机器人关节空间轨迹规划方法,通过建立的悬臂式掘进机器人坐标系统及悬臂式掘进机器人运动学正问题与逆问题求解,确定轨迹规划光滑函数参数;规划好截割轨迹后,以视觉定位方法获得的悬臂式掘进机器人截割头位姿数据作为反馈量,基于反馈线性化积分滑模控制器的截割轨迹控制算法实时计算控制量,以规划轨迹点和视觉测量位姿点构建反馈控制系统,实现对悬臂式掘进机器人巷道成形截割过程的动态控制。实验结果表明,该系统能够实现悬臂式掘进机器人巷道成形截割过程的智能控制,定位精度高,稳定性好,轨迹跟踪误差小于25.61mm,可满足巷道成形质量需求。 展开更多
关键词 悬臂式掘进机器人 巷道成形 截割轨迹规划 运动学逆解 视觉定位 滑模控制器
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矿山钻孔救援探测机器人设计 被引量：12
12
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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基于深度信念网络的铁谱图像智能识别方法与试验验证 被引量：9
13
作者 樊红卫 胡德顺 +2 位作者 高烁琪 张旭辉 曹现刚 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期15-22,共8页
为了提高机械设备磨损状态识别精度和效率,利用深度学习中的深度信念网络并结合铁谱分析技术,提出一种磨粒图像智能识别方法。首先,建立受限玻尔兹曼机模型,将其用于深度信念网络的预训练,初始化网络模型参数,完成识别模型构建;然后,利... 为了提高机械设备磨损状态识别精度和效率,利用深度学习中的深度信念网络并结合铁谱分析技术,提出一种磨粒图像智能识别方法。首先,建立受限玻尔兹曼机模型,将其用于深度信念网络的预训练,初始化网络模型参数,完成识别模型构建;然后,利用铁谱分析技术,通过铁谱仪制备铁谱图像,进行图像预处理,得到学习样本;最后,对网络模型参数进行研究,观测各参数变化对模型性能的影响规律,得到最优取值。结果表明:所提出的方法能够快速准确地识别设备磨损类型,识别正确率达到99%以上。 展开更多
关键词 故障诊断 铁谱分析 图像识别 深度学习 深度信念网络
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煤矿巡检机器人巷道气体环境智能检测系统设计 被引量：30
14
作者 聂珍 马宏伟 《工矿自动化》 北大核心 2020年第6期17-22,共6页
目前井下危险气体巡检机器人大多采用升降机构或固定探头的形式进行气体环境感知,对机器人的行驶灵活性产生了影响,且受机器人本体结构的限制,大多数巡检机器人只能检测到传感器安装范围内的局部气体环境信息,缺乏针对巷道任意截面空间... 目前井下危险气体巡检机器人大多采用升降机构或固定探头的形式进行气体环境感知,对机器人的行驶灵活性产生了影响,且受机器人本体结构的限制,大多数巡检机器人只能检测到传感器安装范围内的局部气体环境信息,缺乏针对巷道任意截面空间内的气体浓度检测。针对以上问题,设计了一种基于气体扩散模型的煤矿巡检机器人巷道气体环境智能检测系统。该系统以气体扩散理论为基础,结合煤矿巷道气体环境特点,引入巷道壁帮围岩、风速、气体扩散系数对煤矿巷道气体扩散模型的影响,采用虚拟像源法和遗传算法优化BP神经网络智能算法建立了巷道气体扩散优化模型。通过传感器检测系统获取巡检机器人在行进过程中任意点的气体浓度等环境信息,代入气体扩散优化模型求解最优气体扩散系数,通过输入巷道某点坐标位置,可计算求解相应点的气体浓度分布情况,随着巡检机器人的移动,可获取其路径中不同巷道截面上气体浓度分布数据。实验结果表明,该系统能够解算出符合检测误差要求的巷道任意截面上任意点的气体浓度,并实现动态实时检测;克服了传统煤矿巷道气体检测方法的局限性。利用巡检机器人取代人工巡检作业,为煤矿井下气体智能检测提供了一种新思路与新方法。 展开更多
关键词 煤矿巡检机器人 气体环境信息检测 智能检测 动态检测 气体扩散模型 高斯烟羽模型
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采掘装备绿色设计与评价技术研究 被引量：3
15
作者 张旭辉 潘格格 +6 位作者 张雨萌 樊红卫 毛清华 车万里 薛旭升 王川伟 赵友军 《工矿自动化》 北大核心 2020年第2期23-28,49,共7页
针对采掘装备设计存在过于依靠经验、人工计算偏差大而导致设计质量差、设计周期长等问题,以矿山采掘装备绿色设计为切入点,围绕需求分析、绿色设计、评价三大环节分析了采掘装备绿色设计总体方案,从设计绿色化、制造工艺绿色化、激光... 针对采掘装备设计存在过于依靠经验、人工计算偏差大而导致设计质量差、设计周期长等问题,以矿山采掘装备绿色设计为切入点,围绕需求分析、绿色设计、评价三大环节分析了采掘装备绿色设计总体方案,从设计绿色化、制造工艺绿色化、激光熔覆修复再制造技术、掘进系统智能化及状态监测与故障诊断五方面分析了采掘装备绿色设计关键技术。以采煤机为例,对其进行绿色设计分析,从资源、人机、能源、环境、经济、技术六大属性出发,构建了采煤机绿色设计评价指标体系,建立了采煤机绿色设计信息数据库。在设计阶段考虑采掘装备的绿色性,可提高采掘装备的生产质量,对推进煤炭行业绿色设计资源的共建共享及增强行业绿色化设计的示范作用具有重要意义。 展开更多
关键词 采掘装备 采煤机 绿色设计 绿色评价 全生命周期设计
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基于改进RANSAC特征提取的掘进装备视觉定位方法研究 被引量：10
16
作者 张旭辉 杨红强 +2 位作者 白琳娜 张超 杨文娟 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期168-177,共10页
为解决煤矿井下低照度、高粉尘、多杂光环境中掘进装备位姿测量不易的问题,提出了一种基于改进随机抽样一致性(RANSAC)特征提取的掘进装备视觉定位方法。首先,对矿用防爆相机采集的三激光标靶图像进行预处理,分别建立形状模型与线框模型... 为解决煤矿井下低照度、高粉尘、多杂光环境中掘进装备位姿测量不易的问题,提出了一种基于改进随机抽样一致性(RANSAC)特征提取的掘进装备视觉定位方法。首先,对矿用防爆相机采集的三激光标靶图像进行预处理,分别建立形状模型与线框模型;其次,根据形状模型以坐标极值为椭圆模型初始点,将前后两次内点差值比值作为最优迭代次数,迭代求取椭圆模型最优参数获得点特征;然后,根据线框模型以像素坐标模为直线模型初始点,利用自适应条件阈值、抽样次数获得线特征;最后,将点线特征作为三点三线位姿解算模型输入,通过空间坐标变换求得掘进装备位姿信息。实验结果表明,在掘进装备距三激光标靶80 m范围内,所述视觉定位方法的相对误差为±45 mm,可基本满足煤矿井下掘进装备定位需求,为煤矿井下恶劣环境中掘进装备的位姿测量提供一种新的思路。 展开更多
关键词 点线特征 形状模型 线框模型 改进RANSAC 视觉定位
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强噪声下工程装备轴承信号的稀疏重构研究 被引量：4
17
作者 张泽宇 石泽 +2 位作者 惠记庄 任余 张旭辉 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2021年第9期1361-1369,共9页
工程装备轴承故障工况特征常被外在信息淹没,为了对故障数据有效提取,提出了粒子群寻优与稀疏重构相结合的降噪滤波方法,选取Laplace小波基进行参数寻优与字典预构,进而对轴承的振动信号进行稀疏重构。通过对实验数据施加2 dB的高斯白... 工程装备轴承故障工况特征常被外在信息淹没,为了对故障数据有效提取,提出了粒子群寻优与稀疏重构相结合的降噪滤波方法,选取Laplace小波基进行参数寻优与字典预构,进而对轴承的振动信号进行稀疏重构。通过对实验数据施加2 dB的高斯白噪声模拟工程环境下的轴承信号,将优化的稀疏重构算法与巴特沃斯滤波器、小波阈值去噪算法进行对比。结果显示:在峰值信噪比与波形相似性等参数上,所提方法的效果更优,所得的重构信号内外圈故障特征频率与理论特征频率相接近,在充分过滤噪声后,可保留原始特征信息,为后期的故障诊断提供良好的数据基础。 展开更多
关键词 Laplace小波 稀疏重构 粒子群算法 工程装备轴承
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融合数字孪生与混合现实技术的机电设备辅助维修方法 被引量：45
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作者 张旭辉 张雨萌 +4 位作者 王岩 杜昱阳 王妙云 谢楠 鞠佳杉 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期2187-2195,共9页
针对复杂机电设备故障维修指导知识获取不直观、专业维修不及时的问题,提出一种融合数字孪生与混合现实技术的机电设备辅助维修方法,该方法借助数字孪生和混合现实技术,构建了数字孪生驱动的复杂机电设备维修指导总体模型和技术框架,研... 针对复杂机电设备故障维修指导知识获取不直观、专业维修不及时的问题,提出一种融合数字孪生与混合现实技术的机电设备辅助维修方法,该方法借助数字孪生和混合现实技术,构建了数字孪生驱动的复杂机电设备维修指导总体模型和技术框架,研发了基于BIM-Unity3D-HoloLens的故障辅助维修指导系统,研究了维修环境感知、数据信息交互、虚实注册融合和故障维修指导等关键技术。最后,以煤矿综采关键设备电牵引采煤机摇臂传动系统的齿轮故障为例,验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 数字孪生 设备维修 混合现实 复杂机电设备
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采煤机健康状态智能评估方法研究 被引量：14
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作者 曹现刚 李彦川 +1 位作者 雷卓 雷一楠 《工矿自动化》 北大核心 2020年第6期41-47,共7页
针对现有采煤机健康状态评估方法存在评估指标权重确定受人为因素影响较大导致评估准确率不高、采用单一评估算法存在局部搜索能力弱和抗干扰能力差、寻找全局最优值能力不足等问题,提出了一种基于主成分分析(PCA)与遗传算法(GA)优化BP... 针对现有采煤机健康状态评估方法存在评估指标权重确定受人为因素影响较大导致评估准确率不高、采用单一评估算法存在局部搜索能力弱和抗干扰能力差、寻找全局最优值能力不足等问题,提出了一种基于主成分分析(PCA)与遗传算法(GA)优化BP神经网络算法(PCA-GA-BP算法)的采煤机健康状态智能评估方法。根据采煤机结构和工作原理选择采煤机状态监测点位,获取采煤机健康状态相关的各项状态参数,采用PCA对采煤机状态参数进行数据降维和特征提取,避免BP神经网络输入的复杂化;引入GA对传统BP神经网络寻找全局最优权值;通过训练参数建立基于GA-BP的采煤机健康状态智能评估模型,将降维后的采煤机状态参数自动输入评估模型,通过智能评估算法输出测试结果,实现自学习、自寻优和自主判断采煤机的健康状态。实验结果表明,基于PCA-GA-BP算法的采煤机健康状态智能评估方法可准确、快速和智能评估采煤机健康状态,相比于基于单一BP神经网络的评估方法,训练时间短、评估流程简单且评估准确率高,准确率达97.08%。 展开更多
关键词 采煤机 健康状态评估 智能评估模型 主成分分析 遗传算法 BP神经网络
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煤矿装备维护知识图谱构建及应用 被引量：18
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作者 曹现刚 张梦园 +2 位作者 雷卓 段欣宇 陈瑞昊 《工矿自动化》 北大核心 2021年第3期41-45,共5页
利用大数据管理系统对煤矿装备维护信息进行管理缺乏对煤矿装备维护知识的表示能力,没有形成相对完整的煤矿装备维护知识管理体系,无法实现知识挖掘及知识间关系链接,导致大量具有深度挖掘价值的信息不能得到有效利用。针对上述问题,构... 利用大数据管理系统对煤矿装备维护信息进行管理缺乏对煤矿装备维护知识的表示能力,没有形成相对完整的煤矿装备维护知识管理体系,无法实现知识挖掘及知识间关系链接,导致大量具有深度挖掘价值的信息不能得到有效利用。针对上述问题,构建了煤矿装备维护知识图谱。首先通过定义煤矿装备维护的关键概念、关系及属性,进行基于本体的知识建模;然后从结构化、半结构化和非结构化数据源中获取知识,通过命名实体识别、关系抽取及事件抽取完成煤矿装备维护知识抽取;最后利用图数据库Neo4j存储煤矿装备维护知识,形成煤矿装备维护知识图谱。煤矿装备维护知识图谱在智能语义搜索、智能问答及可视化决策支持等方面的应用可提高煤矿装备维护知识管理效率,为煤矿装备智能化动态管理的实现提供有力支持。 展开更多
关键词 煤矿装备维护 知识图谱 知识建模 知识抽取 知识存储
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