煤矿用钻孔机器人钻臂定位误差补偿研究

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。

高校思政课“演·赛·做”一体化实践教学模式实施与评价——以广西幼儿师范高等专科学校为例

本文以广西幼儿师范高等专科学校为例,论述高校思政课“演·赛·做”一体化实践教学模式实施与评价,实施应着眼“两主体三维度五个一”,“两主体”为实践教学原则,“三维度”为实践教学目标,“五个一”为实践教学步骤;评价应强调“多元多样全过程”。

依托思想道德与法治课培育新时代大学生道德审美力的三重路径

本文论述道德审美力内涵及培育新时代大学生道德审美力的价值意蕴,分析新时代大学生道德审美的不足,依托思想道德与法治课,通过求真、向善、崇美三重路径探索新时代大学生道德审美力培育方法,帮助大学生破解道德困惑、增强道德价值认同、提高投身崇德向善道德实践的自觉性。

自进式动平衡围压水射流钻孔试验装置设计与试验

针对煤层气井极小半径侧钻增产技术与装备研究中高压水射流钻孔试验的需求,为模拟自进式动态平衡孔底围压射流状态,以更接近实际水射流钻孔试验情况,首先开发了自进式动态平衡围压水射流钻孔试验装置,该装置包含动态平衡测力、动态平衡配重和围压舱3部分,可对直径200 mm、长度300 mm的煤样进行淹没状态和10 MPa以内围压下自进力、钻进速度和不同喷头、喷嘴组合的水射流钻进试验。然后利用匀速运动时配重与装置内部密封阻力平衡的方法,对试验装置进行了标定试验,得到了不同围压下,密封件阻力与所需的配重之间的关系式。最后运用此模拟试验装置完成了非淹没、淹没和围压3种状态下水射流钻孔试验,得出了自进式旋转喷头钻进中喷射流量、角度、钻进速度、成孔直径和压力之间的关系。试验结果表明:同等条件下,淹没状态下钻进速度和自进力都有一定减小;围压状态下自进力、钻进速度和成孔直径都随着围压增大而减小,在围压2 MPa后自进力和钻进速度急剧减少;通过对比3种喷头试验结果发现,后喷角度较小时,自进力更大;旋转扭矩较小时,易于卡滞,因此建议选用后喷角为40°的方案,并增大旋转扭矩;同时喷射中实测流量与理论计算流量差别在30%以上,表明喷头有节流现象发生,建议增大喷头过流通径。

径向活塞式液压卡盘动态特性仿真与试验

卡盘是煤矿坑道钻机重要部件,卡盘的性能直接影响钻进的效率和质量。针对胶筒液压卡盘存在的问题,研究一种新型径向活塞式液压卡盘,通过分析径向活塞卡盘夹紧和松开系统的结构与工作原理,运用变质量液压学原理和动力学理论建立其运动过程的数学模型,并在AMESim环境下,进行了卡盘液压控制与机械系统的动力学协同仿真。在所建立的多机耦合模型基础上,详细分析了夹紧系统的响应和夹紧力特性,并搭建测试试验台进行了试验验证。研究结果表明:径向卡盘关键部件碟簧对系统特性的影响较大,通过优化碟簧性能参数,径向卡盘夹紧时间为0.325 s,松开时间为0.275 s,与胶筒卡盘夹紧时间0.325 s相当,与松开时间0.300 s接近,可与在用的胶筒卡盘互换,满足钻机功能需求,仿真结果与试验结果一致表明径向卡盘模型准确可信,为新型径向活塞卡盘系列化设计及改进提供了理论依据。

应用BP神经网络诊断全液压坑道钻机故障

将BP神经网络原理应用于全液压坑道钻机现场故障诊断。根据全液压坑道钻机的故障特点,选取能够表征全液压钻机状态的量,采用归一化的方法确定样本的输入和输出;通过对网络进行训练,获得具有一定泛化能力的网络;利用Matlab软件实现此种故障诊断过程,获得了正确的诊断结果。试验表明,该法有一定的实用性,对于建立故障自动诊断系统有重要意义。

基于PMAC的自动导引运输车智能控制

为实现对自动导引运输车(AGV)的智能控制,采用基于PMAC2为核心的计算机控制系统,完成了系统的软、硬件设计;建立了运动学模型,并对AGV航位推算及运动控制算法进行了研究;利用控制算法和陀螺仪、超声波传感器、编码器等检测技术得到了机器人的位姿,并对轮式移动机器人的二次闭环算法进行了仿真和实验,实现了准确定位和智能控制。反复的试验和应用证明,此控制系统和控制算法可行且运行可靠。

狭窄巷道用定向钻机研制及应用

针对西南地区狭窄巷道定向钻进需求,利用钻进与定向动力集成至泵车理念研制了摆布灵活的两体式定向钻机ZDY6000LD(F),通过开发双马达串并联远程调节的大通孔动力头、大角度的多级缸过压保护式调角装置、串联组合缸式给进装置、新型合金钢耐磨导轨和闭合式组合过滤液压系统,实现了钻机结构优化和性能提升,提高了关键部件寿命,增强了液压系统安全性和清洁度,改善了钻机的工艺适应性。贵州青龙矿复杂地层中顶板高位孔钻进施工试验结果表明:钻机具有场地适应性强、钻进效率高,钻孔轨迹控制精度高和施工可操作性强的特点。

矿用钻孔机器人加卸钻杆的避障轨迹规划研究

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。

软煤高速螺旋钻机防卡钻液压系统设计

针对软煤高转速螺旋钻进中易卡钻、埋钻的问题,通过分析卡钻事故处理的工艺方法,设计了回转超压给进减压、回转超压给进回退和回转超压给进回退抗波动3种不同的防卡钻液压系统方案;将3种方案与螺纹插装阀相结合,开发出新型防卡钻液压系统,并使用AMESim仿真软件建立系统模型进行分析。结果表明:系统动态特性与理论设计相符,防卡钻液压系统反应灵敏,能自动预防和处理卡钻事故发生。

矿用定向钻机ZDY6000LD(F)的人机工程学和安全性设计

介绍了ZDY6000LD(F)定向钻机在主操纵台布局、功能手轮和座椅等方面人机工程设计,利用CATIA软件建模进行视野、空间与可触及性和舒适度分析,通过分析结果给出改进建议。同时还在钻机液压系统和机械防护等方面进行了安全性设计,为钻机安全操作与施工提供保障,也为坑道钻机人机工程学和安全性设计提供了一定参考。

定向钻机顶部开合夹持器设计

针对煤矿井下定向钻进中螺杆钻具与粗径钻具下入孔底时,需拆下夹持器才能通过的问题,设计了一种大能力单活塞双腔的顶部开合式夹持器,介绍了夹持器主要参数选择和设计计算过程,对卡瓦和卡瓦座关键部件的受力情况进行了仿真分析。夹持器利用双向碟簧夹紧、油压松开原理,具有外形尺寸小、对中性好等优点。现场试验结果表明,该夹持器开口量大、粗径钻具通过性好、性能可靠,可满足定向钻进现场使用要求。

煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂运动学研究

通过分析煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂机构动作过程和结构原理,建立了钻臂关节坐标系,得到了连杆D-H参数,根据建立的钻孔机器人钻臂正向运动学模型,求得钻孔机器人钻臂基坐标系与钻杆末端坐标之间位姿变换矩阵、钻臂关节变量与末端位姿关系式;运用非线性映射能力强的RBF神经网络算法,实现了钻臂运动学逆解的快速和高精度求解。采用蒙特卡洛法对钻臂工作空间求解,得到了末端集合点在钻臂工作空间的散点图,验证钻臂设计工作空间可行性。该研究可为钻孔机器人钻臂的精确定位、运动学分析、轨迹规划奠定基础。

胶筒卡盘翼片式卡瓦的设计与分析

针对煤矿井下胶筒液压卡盘存在垫板啃噬胶筒的问题,提出了采用翼片式卡瓦将垫板与卡瓦设计为整体的方法,运用将径向运动转化为平动基本原理计算出最佳的搭接距离和搭接厚度,通过分析翼片式卡瓦受力情况对其进行有限元仿真分析,从而进行优化改进。

AGV中一种消除驱动器所引入控制死区的方法

分析自动导航小车在使用美国科蒂斯多功能电机控制器时,行走电机和操舵电机产生驱动死区的原因,并设计电路避过了死区电压范围,达到消除控制死区的目的,并提高行走电机和操舵电机的精度。

前轮操舵驱动移动机器人前后轮横滑刚度测量

通过对移动机器人进行平面运动动力学及运动学分析,建立平面运动移动机器人稳态圆运动动力学方程组;结合前轮驱动电机编码器、舵电机编码器以及机架陀螺仪分别采集到的前轮移动速度、舵角和机器人本体偏摆角速度,利用牛顿-拉夫森方法对动力学方程组进行求解,得到机器人前后轮的横滑刚度。研究结果为轮式移动机器人横滑特性及动力学研究提供了一种简单有效的手段,对路径跟踪研究也具有一定的参考价值。

煤矿井下自动加卸钻杆靶标图像清晰化方法研究

受煤矿井运输巷道空间限制,将钻孔机器人设计为灵活布局的钻进和钻杆加卸2个独立系统,利用基于合作靶标的单目视觉识别,将钻进和钻杆加卸2个系统关联,解决两系统递送钻杆的协同作业问题。然而,煤矿井下钻孔施工中场景复杂,存在孔口煤渣、污水污染合作靶标、粉尘浓度大能见度低、人造光源亮度低、光照不均匀使靶标图像对比度低,以及矿灯直射合作靶标反光等问题,会影响合作靶标图像清晰度,使基于靶标识别加卸钻杆的位置的精度降低,进而影响钻孔机器人自动加卸钻杆的成功率。因此,首先针对施工中孔口返出的煤渣、煤泥污染合作靶标的问题,利用形态学滤波中先腐蚀,再膨胀的开运算,清除煤渣间断斑块和突出靶标像素点;先膨胀再腐蚀的闭运算,消除小的孔洞和间断细小鸿沟,达到消除固体污染物对合作靶标的影响;其次针对粉尘、岩尘、水雾和污水影响图像对比度问题,通过暗通道先验求出初始透射率,采用梯度域导向滤波精细化透射率,利用导向滤波得到改进暗通道,并求大气光值,利用大气散射模型得到除雾后的图像,实现清晰化图像、增强图像对比度目的;最后对亚像素级角点和方向进行精细化,优化能量函数,使用种子棋盘格沿4个边缘生长棋盘格,用能量变化情况确认是否生长出最大的棋盘,补全因强光反射缺失的合作靶标图像。实验结果表明:将形态学滤波、去雾算法和棋盘格生长等方法相融合,可增强煤矿井下复杂场景钻孔施工中合作靶标图像的清晰度,提高基于视觉识别的图像精度,为钻孔机器人自动加卸钻杆的精确控制奠定基础。

基于SolidWorks Simulation对高压容器外形结构尺寸的优化分析

基于高压容器的特殊性,根据承压容器的物理模型,利用计算机模拟的方法建立了承压容器优化设计的数学模型,利用SolidWorks Simulation的分析功能对其载荷特性进行了静力及优化分析,得出承压容器的安全性、可靠性及外形结构的最优尺寸。该分析对设计高压容器外形结构尺寸的优化及成本的降低具有一定的参考作用。

二阶循环谱切片图在机械故障诊断中的应用

为利用二阶循环谱切片图对多种信号的信息特征进行分析,研究了二阶循环谱相关特性,揭示了循环频率和频率的内在关系,找出了利用二阶循环谱切片图对调制信息、独立频率信息及混频信息进行识别的规律.将该方法应用到某索道驱动机早期故障诊断分析中,结果表明,二阶循环谱切片图法能够识别信号的信息特征,提取微弱信息,进行早期故障诊断.

高校二级管理体系下实施学生资助绩效考评的跟踪评价——以广西幼儿师范高等专科学校为例

本文以广西幼儿师范高等专科学校为例,阐述学生资助二级管理下开展绩效考评的实施概况,分析学生资助二级管理与绩效考评相融合的必要性,构建包括8个一级指标、25个二级指标以及40个三级指标的学生资助二级管理下绩效考评模式,提出在今后的考评工作中要创建学生资助专项绩效考评方案,搭建贫困生数据信息化平台,并加大对系(部)二级单位创立学生资助活动品牌的支持力度,打造富有学校特色的学生资助项目。