煤矿救灾机器人研究现状及发展方向

介绍了煤矿救灾机器人的发展背景,综述了国内外煤矿救灾机器人的研究现状及应用情况;分析并指出了目前机器人参与矿难救援时存在地形适应性差、体型庞大、有效工作距离短、智能性欠缺、可靠性低等技术问题;提出了煤矿救灾机器人的技术发展方向,即机构仿生化、能源高效化、材料轻便化、操控智能化、救援协同化、设计模块化,同时指出煤矿救灾机器人未来的发展需伴随多种技术的共同发展。

基于视觉的同时定位与地图构建的研究进展

基于视觉的同时定位与地图构建(VSLAM)是目前机器人定位方面的热门研究课题,在机器人自身的定位以及场景识别、任务执行、路径规划等方面发挥着重要的作用。针对VSLAM的应用领域和发展趋势进行总结和归纳,分析了VSLAM的基本原理;在此基础上,从间接法和直接法两个方面对VSLAM关键技术和最新的研究进展进行了阐述,对比分析不同方法的优点和实现难点。最后展望了VSLAM的未来发展趋势和研究方向。

新型煤矿救援机器人研发与试验

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。

井下低照度环境下的钻孔机器人目标跟踪器

煤矿井下是典型的低照度场景,为了解决一般摄像头在此环境下因特征提取不足导致跟踪失败的问题,提出了一种融合图像增强算法与多通道背景感知相关滤波器的低照度单目标跟踪器。采用增广拉格朗日方法来求解图像增强与目标跟踪的优化问题;提出采用目标区域光照均值判定方法来解决局部环境光源对目标亮度判别干扰的问题;设定亮度判据,实现单帧图像亮度判别与增强,保证了跟踪器在光照变化时提取目标特征的完好性。仿真实验验证了在暗光条件下,该跟踪器的跟踪准确度与重合度远高于一般的主流跟踪器。现场试验结果表明,该跟踪器实时帧率可达40 Hz,平均跟踪重叠精度为81.6%,有效地解决了机器人采用普通摄像头在煤矿低照度环境下的目标跟踪问题。