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。

基于高阶内模迭代学习的关节机器人控制研究

为了提升关节机器人在非严格重复条件下工作过程中的跟踪精度及响应速度,设计了三关节机器人模型,进行运动学及动力学分析来验证模型结构合理。针对关节机器人系统非重复性、非线性的特点,提出将高阶内模迭代学习控制算法应用于关节机器人系统控制中,设计合理的学习增益及更高的内模阶数,从理论上严格证明其收敛性。设计了仿真对比实验及加入扰动后的轨迹跟踪实验,结果表明,高阶内模迭代学习算法收敛速度更快并且具有良好的控制效果。

无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法

为了解决工业机器人打磨的作业柔顺性不足问题,设计了机器人柔顺浮动打磨力控末端执行器.为了解决无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹自适应性较差的问题,提出无先验模型曲面的机器人打磨主动自适应在线轨迹预测方法.该方法根据打磨工具与工件的接触状态预测曲面法线方向,以有向进给平面与曲面切平面的截交线作为进给导向,自适应在线预测机器人打磨系统末端执行器的位姿,使末端执行器主轴轴线实时主动跟踪曲面法线,实现对无先验模型曲面工件的机器人打磨轨迹的主动自适应在线预测.通过仿真分析和实验验证了所提出方法的有效性,最大综合位置预测误差与曲面法线跟踪误差分别为0.506 mm和4.912°.所提出方法可以为无先验模型曲面工件的机器人打磨提供在线轨迹预测.

基于海底基准的中远程PNT定位导航技术及验证

针对海底基准中远程声学定位导航的声线翻转修正困难引起的有效声速获取不准和长传播延时引起的静态模型近似误差问题,本文依据射线声学理论和长基线定位原理,研究了一种中远程声学定位导航方法。该方法根据先验深度信息对翻转声线进行声线跟踪修正,并构建目标运动轨迹、速度联合解算模型以补偿静态模型近似误差,实现动态目标中远程高精度定位导航。中远程海底基准系统海上性能验证结果表明:以超短基线定位结果作为外符合真值对系统和本文方法的性能进行评估,目标在距离海底基准20 km处达到了16.87 m的定位精度,满足中远程高精度定位导航需求。

爆胎汽车的轨迹跟踪与稳定性控制

通过对高速公路环境中爆胎汽车运动特性的分析,提出了基于主动前轮转向-差动制动的协调控制方法。根据爆胎汽车存在多变量、参数时变等复杂特性,以及执行机构饱和等约束条件的特点,采用模型预测控制方法设计主动前轮转向控制器实现汽车爆胎后的轨迹跟踪控制,同时通过对后轮进行差动制动提供内环控制输入以保证爆胎汽车的侧向稳定性。在高精度汽车动力学仿真系统中的验证表明,与仅采用主动前轮转向控制相比,爆胎汽车能够在较小的前轮转角控制作用下以很小的侧向偏移保持在原车道继续行驶,稳定性也得到提高。

不同重力环境下空间机械臂轨迹跟踪的自适应反演滑模控制

针对空间机械臂由地面装调到空间应用过程中重力的变化会对机械臂运动所需的驱动力矩及轨迹跟踪精度产生影响的问题,提出了用自适应反演滑模控制器对空间机械臂的末端进行跟踪控制的方法。该控制器根据反演原理设计,通过将重力项视为扰动并采用自适应律对扰动进行在线估计,从而使空间机械臂在地面重力及空间微重力两种环境下均能取得很好的轨迹跟踪效果。基于李雅普诺夫理论证明了这种控制的稳定性,仿真结果验证了这一控制方法的有效性。将轨迹跟踪的仿真结果与PD控制进行了比较,比较结果显示了该控制方法的优越性。

旋转导向钻井系统中的一种下行通讯方案

井眼轨道自动控制技术已成为当今钻井技术研究的热点,其技术关键之一就是地面和井下的信息传输问题。根据井眼轨道自动控制系统的基本构成和实现要求,对信息的传输方式进行了比较和筛选,提出了通过控制钻具旋转速度的方式将地面的指令传送给井下系统的通讯方式。其研究结果将对井眼轨道自动控制系统的设计及实现具有参考价值。

模糊CMAC的柔性空间机器人轨迹跟踪自学习控制

针对不确定自由漂浮柔性空间机器人系统,采用模糊CMAC神经网络自学习控制策略来解决轨迹跟踪控制问题.首先建立漂浮基空间机器人的动力学方程,然后利用具有快速学习能力的模糊CMAC神经网络来逼近非线性柔性臂的逆动力学模型.网络参数采用改进的有监督的Hebb学习规则进行自适应在线调整,并通过关联搜索进行自学习和自组织,其误差代价函数由PID控制器提供.仿真结果表明,这种模糊CMAC逆模PID控制器能够达到较高的控制精度,具有一定的工程应用价值.

欠驱动UUV自适应RBF神经网络反步跟踪控制

针对水下无人航行器(UUV)模型存在一定的误差以及流体中存在时变扰动问题,引入径向基函数(RBF)神经网络控制技术进行自适应补偿估计,结合反步法设计UUV的位置、姿态及速度控制器,使用虚拟速度来代替姿态误差的控制手段,将姿态跟踪控制转化为对速度控制。仿真结果说明此种方法是有效的,提高了UUV的鲁棒性及自适应能力。

基于EKF和Lyapunov函数的移动机器人轨迹跟踪控制(英文)

针对轮式移动机器人在实际运行中受环境因数影响的情况,采用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法融合里程计与超声波的观测数据,对机器人的参考轨迹信息进行校正。在机器人动力学模型的基础上,运用Lyapunov直接法,构造具有全局渐近稳定的跟踪控制器,对机器人进行轨迹跟踪。根据Lyapunov稳定性定理证明了系统的全局稳定性。仿真结果表明,数据滤波与Lyapunov方法结合的跟踪控制器效果良好。

实战需求背景下视频检验技术及其教学内容改革研究

为加强视频检验技术教学环节与实战应用的深度关联,从实战需求出发,对视频检验和视频侦查过程中所涉及的物体识别、轨迹跟踪和行为识别三方面进行了分析与讨论。在此基础上,讨论并初步建立了视频检验技术实战化教学内容体系。通过本文的研究,可进一步提高视频检验技术教学内容的实践性,更加贴合实战。

自动导引运输车发展现状及关键技术分析

自动导引车(AGV)是集机、电、信息为一体的自动化系统。对AGV领域的发展现状及关键技术进行了分析,并对其未来发展方向进行了展望。首先介绍了AGV的发展历程以及AGV在2020年新冠病毒疫情期间发挥的重要作用,随后对国内外AGV的主要制造商及AGV技术的发展现状进行了介绍,接着对AGV系统的关键技术进行了分析,对AGV系统的驱动技术、导航技术、轨迹规划技术以及调度技术做了介绍,最后对于AGV领域的发展方向做出了预测。随着“中国智能制造2025”的不断推进,AGV各项技术的不断成熟,AGV系统有着广阔的市场前景和发展潜力,其大规模的应用将进一步解放生产力,提升生产效率,促进行业变革及社会发展。

有人机/无人机协同系统航迹控制关键技术浅析

对有人机/无人机协同系统航迹控制关键技术进行了综合评述,并对未来研究进行了展望。首先阐述了有人机/无人机协同系统的研究意义和特点;其次,从飞行动力学与控制学科角度出发,就协同系统航迹控制问题展开讨论,总结和提炼了四个关键技术,即基于时空约束的异构机群离线航迹规划技术、基于通行法则的异构机群中远距在线航迹机动调整技术、基于深度强化学习理论的异构机群近距智能机动决策技术以及基于风场影响的异构机群队形鲁棒控制技术;之后对各个关键技术的研究现状进行了梳理和归纳;最后,对文章进行了总结并对有人机/无人机协同系统航迹控制未来的发展给出建议。综述表明,四个关键技术都还需要持续研究,其中在通行法则和控制器设计等方面可借鉴现有的有人机研究成果,并根据协同系统的特点进行改进和拓展,同时大力发展以人工智能为基础的无人机自主决策和空战技术,以更好地发挥其作为有人机忠诚僚机的作用。

基于轨迹数据的遵义市红色旅游者时空行为模式研究

通过轨迹大数据的挖掘,揭示旅游者时空行为模式是旅游地理学的重要研究内容。本文引入时间、空间和方向相似度对基于密度的聚类算法(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN)进行了改进,选择典型的红色旅游目的地遵义市为案例,对2010—2019年的红色旅游者轨迹进行分析。研究发现:(1)所构建的研究框架和方法能够有效提取轨迹大数据中隐含的旅游者的时空行为模式;(2)遵义市红色旅游以半日游为主,夏季是红色旅游旺季;(3)红色旅游有6类模式,分别为“红色+购物娱乐”、“红色+历史文化”、“红色+登山旅游”、“红色+生态休闲”、“红色+古镇旅游”、“红色+乡村旅游”,主要分布于遵义市的西北部、东南部和西南部,模式长度12.03~18.42 km,模式持续时长0.65~13.60 h;(4)所有模式中共提取出24条旅游线路,包括全红色旅游线路(58.33%)和混合线路(41.67%),平均长度为17.69 km,平均时长2.36 h;(5)遵义会议旧址作为核心吸引物,支撑了38.46%的线路的形成;(6)蓉遵高速、兰海高速、杭瑞高速和遵义绕城高速是红色旅游模式形成中最重要的交通依托。本文提出的方法可用于其他区域旅游行为模式和线路挖掘研究,研究结果可为遵义市红色旅游空间格局优化和线路规划提供依据。

基于干扰观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪鲁棒控制

针对四旋翼无人机提出了一种基于干扰观测器的轨迹跟踪鲁棒控制算法。在外界气流干扰和内部模型参数不确定性的影响下,保证空间位置和偏航角可以快速平滑地跟踪参考信号。对于位置子系统,设计了自适应更新算法,对质量不确定性和气动干扰力进行抑制。设计了一个新颖的非线性干扰观测器,对未知气动干扰力矩进行观测。通过在控制输入中加入干扰力矩的观测值,保证姿态子系统能够以指数收敛速率跟踪中间指令信号。利用Lyapunov理论,证明了整个闭环系统全局渐近稳定。仿真结果表明,该控制器简单有效,对外界干扰具有较强的鲁棒性,同时对负载不确定性也具有自适应能力。

高速工业平缝机送布机构的运动分析与仿真

以某型号高速工业平缝机为例,对其送布机构的运动原理进行了分析,同时根据闭环矢量法对其送布机构进行运动学分析,得到了送布牙架的隐式运动方程。利用SolidWorks软件建立其三维模型,并利用ADAMS软件对送布机构进行运动仿真,得到牙架运动轨迹,检测轨迹验证其标称针距是否符合仿真针距,结果显示符合,为送布机构的进一步优化提供了一定的理论基础。