智能采煤机器人关键技术

采煤机是综采工作面的核心装备,研发智能采煤机器人是实现综采工作面智能化的关键。综合分析当前采煤机机器人化研究进程中的传感检测、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制等技术的研究现状,提出研发智能采煤机器人必须破解的“智能感知、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制、位-姿-速协同控制”五大关键技术,并给出解决方案。针对智能感知问题,提出了构建智能感知系统思路,给出了智能采煤机器人智能感知系统的架构,实现对运行状态、位姿、环境等全面感知,为智能采煤机器人安全、可靠运行提供保障;针对位姿控制问题,提出了智能PID位姿控制思路,给出了改进遗传算法的PID位姿控制方法,实现了智能采煤机器人位姿精准控制;针对速度控制问题,提出了融合“力-电”异构数据的截割载荷测量思路,给出了基于神经网络算法的截割载荷测量方法,实现了截割载荷的精准测量;提出牵引与截割速度自适应控制思路,给出了人工智能算法牵引与截割速度决策方法和滑模自抗扰控制的牵引与截割速度控制方法,实现了智能采煤机器人速度精准自适应控制;针对截割轨迹规划与跟踪控制问题,提出了截割轨迹精准规划思路,给出了融合地质数据和历史截割数据的截割轨迹规划模型,实现了截割轨迹的精准规划;提出了截割轨迹精准跟踪控制思路,给出了智能插补算法的截割轨迹跟踪控制方法,实现了智能采煤机器人截割轨迹高精度规划与精准跟踪控制;针对“位-姿-速”协同控制问题,提出了“位-姿-速”协同控制参数智能优化思路,给出了基于多系统互约束的改进粒子群“位-姿-速”协同控制参数优化方法,实现了智能采煤机器人智能高效作业。深入研究五大关键技术破解思路,有利于加快推动研发高性能、高效率、高可靠的智能采煤机器人。

预制装配式型钢混凝土梁抗剪承载力的智能模型研究

通过建立计算预制装配式型钢混凝土(PSRC)梁抗剪承载力的智能模型,在一定程度上提高了计算精度与适用性。基于BP人工神经网络算法,通过对影响PSRC梁抗剪承载力的相关参数进行梳理,选取14个主要影响参数作为输入层,以试算法确定隐含层节点数为5,初步构建了3层结构人工神经网络系统;以收集的76组试验数据作为学习样本,对构建的神经网络系统进行训练,建立了对PSRC梁及SRC梁抗剪承载力计算的N14-5-1智能模型。使用智能模型对6个PSRC梁构件及6个SRC梁构件进行抗剪承载力计算,并通过与规范公式计算结果、试验结果的对比分析,证明了智能模型具有良好的计算精度及较好的泛化能力,具有一定的工程参考意义。运用Garson算法对输入参数进行敏感性分析,结果表明箍筋间距、型钢屈服强度、箍筋屈服强度、型钢腹板含钢率对抗剪承载力影响较大。随着研究试验的开展,在收集更多具有代表性的试验数据以扩充学习样本后,可对智能模型进一步优化。

公立医院数据资产入表财务管理路径与框架研究

目的在遵循国家行政事业性国有资产管理相关法律法规和财政部《关于加强行政事业单位数据资产管理的通知》的前提下,探索公立医院数据资产财务管理的路径。方法按照《政府会计准则》和数据资产相关业务模式的特性,借鉴企业数据资产入表的路径,构建公立医院数据资产入表、会计核算、报告全流程财务管理框架。结果通过构建公立医院数据资产财务管理框架,切实保障了公立医院国有资产的安全与完整,规范了医院数据资产的财务管理。结论医院数据资产入表的财务管理路径与框架的创新构建,对后续出台相关政策、开展相关研究具有借鉴意义。

异形单层网壳结构的整体稳定性研究及关键节点分析

单层网壳结构属于缺陷敏感结构,整体稳定问题是结构设计的关键.单层网壳结构可以采用空间相贯节点,有必要对节点进行三维实体有限元分析,在此基础上研究节点的力学性能.本文总结了单层网壳结构整体稳定分析的方法,归纳了空间相贯节点三维实体有限元分析方法;针对异形单层网壳结构,研究了结构的静力性能、结构网格与建筑形状对结构承载能力的影响,确定了结构的弹性稳定承载力和弹塑性稳定承载力;对空间相贯节点进行了有限元分析,得到节点处应力的分布情况,并研究了节点隐蔽部位有无焊缝对节点力学性能的影响.结果表明:异形单层网壳的曲率变化和结构网格对关键部位处杆件受力影响较大;稳定承载力对单层网壳结构起控制作用,对此异形单层网壳进行弹塑性稳定分析,结构安全系数达到24;隐蔽部位焊缝对节点承载力的影响较大,设置隐蔽部位焊缝后,节点处各杆件的最大应力可减小20%以上.

双悬臂截割机器人相对动力学建模与力位混合控制研究

双悬臂截割机器人可解决传统单臂掘进机在截割大尺寸断面时效率低下的难题,但其与煤岩的动态交互影响控制性能。现有研究以双臂接触同一对象形成运动闭链为前提,无法满足双悬臂截割机器人双臂运动及末端截割头输出力的控制要求。针对该问题,设计了一种基于机器人相对动力学模型的力位混合控制系统。建立双悬臂截割机器人运动学和动力学模型,基于机器人的相对雅可比矩阵及虚位移与虚功原理推导出机器人的相对动力学模型,通过单一变量同时描述机器人双臂的运动状态,将机器人双臂独立的动力学模型整合为一个整体。基于机器人的相对动力学模型,设计了机器人双臂力位混合控制系统,通过李雅普诺夫函数验证了系统的稳定性和可行性。仿真结果表明:双悬臂截割工艺较单悬臂截割拥有更大的工作空间,具有一次性实现大断面截割的能力;双悬臂截割机器人力位混合控制系统能够完成对期望相对位置和期望相对力的同步跟踪,对截割头期望位置跟踪的绝对误差在0.3132 m以内,均方根误差为0.1447 m。

煤矿巷道空间毫米波雷达测量特性与重建方法

【目的】煤矿井下空间测量是煤矿透明地质建模的重要组成,然而煤矿巷道环境复杂、信息获取不全、感知数据精度不足等难题亟待解决。【方法】首先,深入研究粉尘、水雾、围岩结构等复杂环境因素下毫米波雷达信号特性,建立煤矿巷道围岩毫米波信号衰减模型,对比分析复杂环境因素毫米波雷达的影响机理。其次,针对煤矿复杂环境下毫米波雷达的巷道数字建模问题,提出巷道空间毫米波雷达点云泊松表面重建方法。通过实验测试与模拟巷道环境验证,在揭示煤矿复杂环境条件下的毫米波雷达感知机理基础上,实现了煤矿巷道空间测量与数字建模重构。【结果和结论】结果表明:(1)毫米波雷达能够适应煤矿井下多粉尘、多水雾、围岩粗糙的巷道环境,为煤矿巷道空间重建提供有效数据。(2)泊松表面重建方法能够充分展示真实巷道围岩信息,重建巷道整体宽度的平均绝对误差百分比为0.59%,巷道整体高度的平均绝对误差百分比为0.78%。煤矿复杂环境下毫米波雷达空间测量特性与重建方法的研究,为煤矿井下透明地质建模提供巷道空间测量数据,对推动煤矿智能开采具有重要意义。

高纯度横波蝶形线圈电磁超声换能器优化设计

蝶形线圈电磁超声换能器(EMAT)能够在铝块中同时激发出超声横波和纵波,接收信号中存在横波反射回波和纵波反射回波,纵波回波会影响缺陷检测的准确性。该文设计了一种变尺寸蝶形线圈EMAT,通过改变线圈不同位置导线的宽度与间距,改变不同位置的换能效率,以实现横波的增强和纵波的抑制。首先,考虑永磁体的空间磁场分布,分析蝶形线圈EMAT不同位置导线所受洛伦兹力与激发超声波类型的关系,结合有限元声场云图,得到EMAT接收信号中存在多个回波的原因;其次,研究线圈参数对换能效率和横波纵波幅值比的影响规律,利用有限元仿真确定变尺寸EMAT的设计参数;最后,制备常规与变尺寸蝶形线圈EMAT,采集无缺陷铝合金试块的回波,结果表明,当永磁体直径与线圈中心宽度比为1.92时,纵波幅值削弱了66.1%,横波幅值增大了36.3%,横纵波幅值比从5.8升至23.1。该文设计的变尺寸蝶形线圈EMAT实现了对纵波的削弱和横波的增强,提升了横波电磁超声内部缺陷检测的可靠性。

护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统研究

护盾式临时支护机器人是适应夹矸与片帮共存的大断面巷道智能掘进机器人系统的重要组成部分,其主要功能是为实现“掘支并行”作业提供安全可靠的工作空间。为加强护盾式临时支护机器人推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护,根据护盾式临时支护机器人结构、工作环境与作业需求,建立其带压行驶的推移量与支护力数学模型及带压行驶动力学模型,设计了护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统。该系统主要由支护液压系统、行驶液压系统组成:静态支护时,支护液压系统需时刻输出大于上盾体自身重力的支护力,行驶液压系统处于待机状态;带压行驶时,支护液压系统和行驶液压系统同时工作,在保证临时支护机器人“减压不离顶”的同时,与顶板时刻带压并稳步前移。提出了基于模糊PID的护盾式临时支护机器人带压行驶精准控制方法:通过集成在推移油缸上的位移传感器与液压回路中的压力传感器实时采集临时支护机器人的压力与位移信号,用于反映临时支护机器人带压行驶途中支护力和行驶位移的变化情况,并根据支护力和推移量的误差和误差率,利用模糊PID算法对支护力和推移量的控制参数进行修正,实现基于模糊PID算法的带压行驶可靠控制。仿真与实验结果均表明,模糊PID控制的效果优于传统PID控制,在模糊PID控制下,护盾式临时支护机器人推移行驶过程中的支护力相对误差小于1%,行驶位移误差小于2 mm,且支护力和推移量控制响应速度快,保证了推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护。

短横轴截割机器人直墙拱形巷道自动成形控制方法

针对掘进机在直墙拱形巷道掘进过程中存在定位难、截割效率低、成形质量差等问题,提出一种短横轴截割机器人及其自动成形控制方法。首先设计了串联式短横轴截割机器人结构,构建了短横轴截割机器人运动学模型,建立了截割臂升降油缸、滑移油缸及回转油缸伸缩量与截割头末端位姿的数学关系,提出了短横轴截割机器人直墙拱形巷道自动成形控制方法;其次研究分析了短横轴截割机器人截割头包络空间与直墙半圆拱形巷道空间耦合关系,确定了截割过程中截割轨迹关键点位置,提出了基于截割轨迹关键点的“弓”型截割轨迹规划方法;然后根据建立的短横轴截割机器人运动学模型,求解截割头在跟踪截割轨迹的过程中运动控制量和截割、修帮、扫底3个任务各个关节控制时序;最后以模糊PID为例,建立了短横轴截割机器人自动成形控制方法,利用Adams软件对短横轴截割机器人进行截割运动仿真试验。结果表明:利用“弓”型截割轨迹规划方法能够完成直墙拱形巷道的截割轨迹规划,控制截割头对截割轨道进行跟踪控制,实现了直墙拱形巷道断面的自动成形截割,截割成形的巷道最大欠挖量为48 mm,最大超挖量为21 mm,满足煤矿巷道成形质量要求。研究得出短横轴截割机器人可在沿巷道中线不左右移机的情况下,高效率、高质量地完成直墙拱形巷道断面自动成形截割任务。

改进的ORB-FLANN煤矸石图像高效匹配方法

针对煤矸石分拣机器人分拣煤矸石时,带式输送机输送带打滑、跑偏以及带速波动造成的目标煤矸石位姿变化,从而导致抓取失败或空抓漏抓等问题,提出了一种改进的ORB-FLANN (Oriented FAST and Rotated BRIEF-Fast Library for Approximate Nearest Neighbors)煤矸石识别图像与分拣图像高效匹配方法。提出改进ORB的特征点检测方法对煤矸石识别图像与分拣图像进行特征点检测,实现快速检测图像特征点;提出改进FLANN匹配算法对图像特征点进行匹配,实现煤矸石识别图像与分拣图像高效匹配。针对传统ORB方法对煤矸石图像特征检测时间长、重复率低问题,提出了改进ORB特征检测方法,提高了图像特征点检测速度和重复率;针对传统FLANN匹配方法对煤矸石图像匹配精确率低问题,提出了融合PROSAC算法的改进FLANN匹配方法,剔除错误特征匹配点对,提高了图像匹配的精确率。在自主研发的双机械臂桁架式煤矸石分拣机器人试验平台上应用文中方法、SURF特征匹配方法、HU不变矩匹配方法、SIFT特征匹配方法和ORB特征匹配方法分别进行了不同带速、尺度、旋转角度条件下的煤矸石匹配试验,结果表明:本方法的匹配率为98.2%,匹配时间为141 ms,具有匹配率高、实时性好以及鲁棒性强等特点,能够满足煤矸石识别图像与分拣图像高效精准匹配的要求。

影响流量管流量系数的因素分析

对某航空发动机整机试验装置的流量管三维流场进行数值模拟,通过布置虚拟测点,建立流量管虚拟试验校准和测量的仿真方法,研究流量管流量系数获取方法、校准试验测试布局,分析来流雷诺数、壁面粗糙度、流量管圆度对流量系数的影响。结果表明,附面层位移厚度法和校准试验法获取的流量系数接近。在同一流向布置测量截面,流量系数随流量管内雷诺数的减小而减小,随流量管壁面粗糙度的增大而减小;低雷诺数工况下,流量系数对粗糙度变化不敏感。对于低雷诺数工况或者在流量管壁面粗糙度较大时,应采用附面层位移厚度法或校准试验法获取流量系数。流量系数对流量管圆度的变化不敏感,建议采用校准试验方法获得有变形的流量管的流量系数。尽量采用校准试验法获取流量管宽雷诺数范围的流量系数,采用实际测量工况下的雷诺数对应的流量系数,修正流量管测量数据,才可保证流量管测量精度。

实施“五重改革”培养卓越工程师——东莞理工学院专业学位研究生培养探索与实践

为响应国家“培养卓越工程师”的教育理念,东莞理工学院聚焦专业学位研究生人才培养体系,通过重树培养目标、重构专业实践、重组培养流程、重塑培养要求、重建培养平台“五重改革”,探索专业学位研究生卓越工程师培养新模式,全面提升专业学位研究生实践创新能力和解决行(产)业实际问题的能力。

梯度热处理制备技术加速合金最佳热处理工艺参数筛选

AgCuNiInSn系列电接触合金的合金化程度要求高,需要对合金铸锭进行均匀化热处理来消除铸锭组织中的低熔点非平衡相和枝晶偏析。对于热处理最佳工艺参数的摸索,传统的“试错法”存在实验量巨大、研发周期长、研发效率低等不足。本研究提出一种梯度温度场均匀化热处理高通量制备方法,用于Ag-6Cu-0.5Ni-0.5In-0.5Sn合金最佳均匀化热处理条件筛选。结果表明,经过608.13℃/1h的梯度均匀化热处理,再经过75%的塑形变形后,硬度达到最大值为168.7,合金组织晶粒和第二相体积较小,点状第二相弥散分布较多且均匀,细晶强化效应和弥散强化效应最为显著。

白云鄂博多金属矿含铁矿物嵌布特性研究

白云鄂博多金属矿是我国复杂难选铁矿资源之一,近年来对多金属矿进行技术攻关,但铁资源利用率较低。为了解矿石性质的变化,采用化学分析、矿物参数自动定量分析系统、偏光显微镜、扫描电子显微镜等方法及设备对多金属矿中铁矿物进行嵌布特性研究。结果表明,多金属矿中TFe含量为31.55%,主要含铁矿物为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿(磁黄铁矿)、菱铁矿,其中磁铁矿含量占9.467%,赤铁矿含量占31.280%。矿石中铁矿物以磁性铁和赤褐铁两种铁物相为主,磁性率为49.15%,为混合铁矿石类型。矿石中磁铁矿多与脉石相互交织形成网状嵌布,且夹杂少量黄铁矿,而赤铁矿多以斑状、粒状、浸染状、鳞片状集合体嵌布,两者中存在微细粒包裹体结构。铁矿物粒度不均,-0.040mm粒级约占55%,且磁铁矿、赤铁矿与28种矿物嵌连,主要是萤石、赤铁矿、磁铁矿、稀土、石英、重晶石、方解石、铁白云石。在-0.074mm占60%的磨矿细度条件下,铁矿物解离度达82.78%,但微细粒铁矿物包裹体与脉石、微细粒脉石矿物包裹体与铁矿物均解离困难,阶段磨矿及充分细磨是铁矿物高效回收的关键。

华南三省(区)2001—2020年植被物候时空变化

为深入了解气候变化对我国热带亚热带季风区植被物候的影响,该文基于2001—2020年MODISEVI时序数据,采用Double Logistic法和阈值法提取华南三省(区)植被物候参数,分析了华南三省(区)植被物候的时空变化特征。结果表明,研究区植被返青期主要集中在第90~105天,枯黄期在第320~335天,生长季在第220~235天。20年来植被返青期推迟,枯黄期基本不变,生长季缩短。在空间分布上,返青期在两广地区自西向东、自北向南逐渐推迟,海南则自东北向西南逐渐推迟;枯黄期表现为在两广中部晚、周边早,在海南中部早、周边晚的分布特征;生长季在两广地区整体自西向东逐渐缩短,在海南则自西南向东北逐渐延长。随着海拔增高,不同地区和不同植被的返青期差异较大,且波动性较大,而枯黄期先推迟后提前,生长季先延长后缩短。这揭示了气候变暖背景下华南三省(区)植被物候的变化特征,对更全面认识我国南方植被对气候变暖的响应有指导意义。

OGFC-5钢渣沥青混合料的组成设计与性能研究

在沥青混合料中引入钢渣集料,制备了不同类型的OGFC-5沥青磨耗层,探究了磨耗层的组成设计,测试了磨耗层的飞散损失、析漏率、水稳定性、高低温性能、抗滑性能和抗剪切性能.结果表明:掺入钢渣轻微增加了OGFC-5沥青混合料的油石比,且钢渣细集料影响更为明显.与玄武岩磨耗层相比,钢渣磨耗层的飞散损失值和析漏率明显降低,残留稳定度和冻融抗拉强度比得到提升.全钢渣磨耗层的动稳定度和低温弯拉应变最大,分别为8750次/mm和3150με.在磨耗层中掺入钢渣集料可提升混合料的构造深度、摆值和剪切强度,显著提升抗滑性能和抗剪切性能.

江阴站大跨度空间拱形桁架结构施工技术

介绍了江阴站大跨度空间拱形桁架结构屋盖的结构特点,根据屋盖钢结构跨度大、落差大等特点,并结合现场施工条件,确定了分步提升的施工方法,对提升架的设计及布置进行了详细阐述。通过在拱形主桁架下弦增加水平临时拉索控制变形,提高了施工精度,保证了施工安全性。利用有限元分析软件对提升过程进行模拟分析,分析结果表明:钢结构的施工方案合理可行,具备足够的安全性。通过对提升全过程的监测,并与仿真分析结果对比分析,两者结果具有很好的吻合性。

深部开采对地表及竖井稳定性影响分析

以深井矿山阜山金矿整合矿区为工程背景,通过使用3DMine-FLAC3D数值分析及建模软件,分析了矿体位移规律和深部开采对地表的影响,建立了阜山整合矿区的三维数值计算模型。针对矿岩位移及地表变形的影响进行分析,结果表明:(1)矿体下盘处由于开挖卸荷作用而出现不同程度的底鼓现象,矿体上盘的变形特征为下沉,距离矿体越远,围岩变形越小;(2)当下方设计矿体回采、充填结束后,地表最大沉降变形、倾斜变形、曲率以及水平变形均能满足《有色金属采矿设计规范》(GB 50771—2012)相关要求;(3)主竖井井筒、207风井井筒中心线处的相对变形较小,地下矿体的回采活动未对主竖井、207风井产生影响;(4)地表沉降监测表明,地下开采引起的地表的沉降位移很小。

普通稠油化学降黏冷采技术研究与应用

针对普通稠油油藏蒸汽吞吐和水驱中存在热能利用率低、边水影响、水驱不受效的问题,转换开发方式,研究评价化学冷采降粘剂,降粘率达到90%以上,优化关井反应时间和应用选井条件,配套堵水堵窜与气体增能工艺,提高化学降粘冷采效果与效益,含水下降13个百分点,操作成本2054元/吨,探索提高稠油采收率新方向。

基于DTI-ALPS评估中枢神经系统疾病患者类淋巴系统功能的研究进展

类淋巴系统(glymphatic system,GS)是近年出现的探究中枢神经系统疾病生理病理机制的新兴角度。研究证实沿血管周围间隙扩散张量分析(diffusion tensor image analysis along the perivascular space,DTI-ALPS)能够有效地评估中枢神经系统疾病患者GS功能改变,尤其是在退行性中枢神经系统疾病,如癫痫、帕金森病、痴呆。本文就应用DTI-ALPS技术评估中枢神经系统疾病患者GS功能的研究现状作一综述,旨在为疾病的神经影像研究提供新方向。