煤矿井下移动机器人多传感器自适应融合SLAM方法

基于同时定位与建图(SLAM)技术的移动机器人能够快速、准确、自动化地采集空间数据,进行空间智能感知和环境地图构建,是实现煤矿智能化和无人化的关键。针对目前煤矿井下多传感器融合SLAM方法存在机器人前端位姿估计退化失效和后端融合精度不足的问题,提出了一种煤矿井下移动机器人激光雷达(LiDAR)−视觉−惯性(IMU)自适应融合SLAM方法。对LiDAR点云数据进行聚类分割,提取线面特征,利用IMU预积分状态进行畸变校正,采用基于自适应Gamma校正和对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)的图像增强算法处理低照度图像,再提取视觉点线特征。用IMU预积分状态为LiDAR特征匹配与视觉特征跟踪提供位姿初始值。根据LiDAR相邻帧的线面特征匹配得到移动机器人位姿,之后进行视觉点线特征跟踪,分别计算LiDAR、视觉、IMU位姿变化值,通过设定动态阈值来检测前端里程计的稳定性,自适应选取最优位姿。对不同传感器构建残差项,包括点云匹配残差、IMU预积分残差、视觉点线残差、边缘化残差。为了兼顾精度与实时性,基于滑动窗口实现激光点云特征、视觉特征、IMU测量的多源数据联合非线性优化,实现煤矿井下连续可用、精确可靠的SLAM。对图像增强前后效果进行试验验证,结果表明,基于自适应Gamma校正和CLAHE的图像增强算法能显著提升背光区和光照区的亮度和对比度,增加图像中的特征信息,大幅提升特征点提取数量和匹配质量,匹配成功率达90.7%。为验证所提方法的性能,在狭长走廊和煤矿巷道场景下进行试验验证,结果表明,所提方法在狭长走廊场景的定位均方根误差为0.15 m,构建的点云地图一致性较高;在煤矿巷道场景中的定位均方根误差为0.19 m,构建的点云地图可真实地反映煤矿井下环境。

井下移动式液压破碎机工作机构疲劳寿命分析

为了探究井下移动式液压破碎机工作机构破坏的原因,为改进结构、改善工作性能和延长使用寿命提供依据,在Pro/E和Adams协同仿真坏境下确定了某型移动式破碎机工作机构的4种典型工况,根据冲击机械系统波动力学理论,导出该破碎机破碎岩石时冲击载荷的计算模型。使用ANSYS有限元分析软件对工作机构进行疲劳寿命分析。结果表明,在最大破碎深度时,小臂与小臂油缸铰接位置的疲劳强度最低,疲劳寿命为1.032×107次循环,损伤累计值为0.969;安全系数仅1.03,不满足结构设计要求,需对结构进行改进。

基于分数阶偏微分的井下移动设备在线检测数据融合算法

针对在应用无线传感网络技术实时采集井下移动设备各类检测数据时,因设备作业时位置处于动态变化之中,检测数据受到检测设备性能、设备工作环境和信号干扰等多重因素影响存在着无法预测的检测误差,致使数据管理中心采集到的检测数据无法反映井下移动设备真实的监测信息,直接影响着设备运行安全性和生产管理系统工作可靠性的重要问题。本文提出了基于分数阶偏微分的井下移动设备检测数据融合算法,并通过0.5阶偏微分方程在采煤机工作时液压油箱中油温检测数据融合处理实验中的应用,验证了该算法对于多重因素影响下的井下移动设备的检测数据具备较高的融合精度,可有效提高井下移动设备监测信息的检测精度和生产管理系统的工作可靠性。

煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航研究

煤矿井下移动机器人是煤矿机器人的主力军,煤矿井下移动机器人的自主导航是其研究的难点和热点。目前,煤矿井下移动机器人自主导航所必须的三维环境数据库尚未形成,尤其是制作高分辨率、多信息融合的煤矿井下高精度地图还处于研究阶段。为了有效解决煤矿井下移动机器人自主导航问题,构建了基于深度相机的机器视觉系统,提出了一种基于深度视觉的导航方法,自主导航过程分为地图创建与自主运行两个阶段。在地图创建中:①对深度视觉数据进行特征提取与匹配,利用10组煤矿井下真实视频截图,对比测试5种特征提取与匹配组合算法,结果表明SURF+SURF+FLANN与GFTT+BRIEF+BF算法能够在煤矿井下获得良好匹配结果;②建立煤矿井下移动机器人深度视觉定位与建图问题的捆集调整迭代最近点图模型(Iterative Closest Points Bundle Adjustment,ICP BA);③通过图优化方式估计当前观测下的最优位姿与环境路标点坐标。在实验室场景中利用提出的ICP-BA图优化算法,建立了包含关键位姿与三维环境点的原始点云地图。在自主运行阶段:①通过八叉树数据结构,将点云地图转化为移动机器人运动规划可使用的Octomap导航地图,实验结果表明,Octomap导航地图分辨率可调、系统资源占用低、索引效率高;②使用三维到二维映射的视觉图匹配PNP(Perspective N Points)方法进行实时在线重定位;③基于图搜索的A*(A Star)路径规划作为轨迹规划初值,自定义最小化能量损失泛函为最小化加加速度的变化率(Minimum-Snap)求解2次规划问题,生成用于煤矿井下移动机器人运动执行的轨迹。在Matlab开发环境中设计随机导航地图,生成时间分配、位置、速度、加速度、加加速度的最优轨迹规划结果,验证了运动规划算法的正确性。通过理论分析和实验验证,表明笔者提出的煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航方法的有效性。

井下移动机器人智能视觉避障研究

针对现有井下移动机器人避障方法在面对井下复杂障碍物时不能准确检测障碍物位置信息,对井下非线性障碍物不能准确进行避障控制等问题,提出了一种基于模糊控制的井下移动机器人智能视觉避障方法。首先采用双目立体视觉模组作为障碍物检测传感器,感知井下环境信息,实时检测障碍物分布情况,并构建占据栅格地图。然后通过八叉树结构模型构建三维点云,使用树状结构对点云数据进行结构化描述,并将其映射到占据栅格地图中,得到障碍物的区域分布情况。最后采用模糊控制策略对实时检测到的障碍物在占据栅格地图中的分布情况进行处理,将当前时刻障碍物在占据栅格地图中的分布情况和移动机器人运行速度作为模糊控制器的输入变量,通过模糊控制算法计算下一时刻移动机器人的转向角度和加速度,从而实现井下移动机器人的智能避障控制。根据移动机器人实际占据空间,设计外接包围盒进一步稳定控制算法,结合避障策略进行智能避障,避免移动机器人与障碍物发生碰撞。实验结果表明,该方法能够准确对井下障碍物分布情况进行描述,使移动机器人能够根据所设计的模糊控制规则准确自主地进行避障操作,从而实现自适应运动。

井下移动式制冷设备的选型与使用

井下移动式制冷设备常出现制冷量不足或不制冷的现象,文章从理论分析、计算入手,找出问题产生的根源,提出合理选择和使用井下移动式制冷设备的思路。指出选择和使用井下移动式制冷机组时,必须考虑使用现场冷凝条件的制约,可为现场人员正确使用井下移动式制冷机组提供一定帮助。

井下移动式混凝土充填系统的应用

针对矿山采空区的处理,采用井下移动式充填系统,具有投资小、方便快捷等特点.井下移动式混凝土充填系统采用混凝土输送泵进行井下流动充填作业方式,充填时将充填料通过矿车运输至充填地点经人工向搅拌机受料斗中定量供料,充填料浆用水来自井下水仓,通过调节阀向搅拌机定量供水,充填材料采用强制式搅拌机间歇式搅拌,搅拌均匀的充填料浆输送给混凝土泵受料斗,然后通过混凝土输送泵送至采场进行充填.经过实践检验,井下移动式混凝土充填系统在充填效果上能够满足生产需求,在未来矿山充填系统的发展上具有良好的前景与意义,具有一定的实用性和经济性.

煤矿井下移动机器人运动规划方法研究

针对现有煤矿井下移动机器人运动规划所生成的轨迹存在超调、碰撞、不连续、不光滑等问题,提出了一种由路径规划、轨迹生成、轨迹优化3个部分构成的煤矿井下移动机器人运动规划方法。路径规划采用基于图搜索的A*算法实现,通过开始搜索、路径排序、继续搜索3个步骤循环迭代,快速规划出一条可通行的全局路径作为轨迹生成的初值。轨迹生成通过构建基于Minimum Snap的目标函数,并施加等式约束来实现。轨迹优化则是在轨迹生成的基础上施加不等式约束来实现:通过调整时间分配和构建基于Corridor轨迹规划的不等式约束,解决基于Minimum Snap轨迹生成在求解过程中出现的超调现象,并对整段轨迹本身进行约束,避免发生碰撞;通过引入调和函数Bezier Curve,构建基于Bezier Curve的Minimum Snap的轨迹优化问题,使得轨迹高阶目标函数的求解变得简单高效,最终生成一条适用于煤矿井下移动机器人的能量损失最小、连续、光滑、无碰撞、可执行的运动轨迹。在Matlab仿真环境中设计了随机地图,生成了包含时间分配、位置规划、速度规划、加速度规划的最优轨迹规划结果。实验结果验证了该运动规划方法的正确性和有效性。

金属地下矿山井下移动式充填系统的应用研究

在深部开采的充填法中,如果采用传统的充填系统,可能会遇到充填管路较长、充填管铺设复杂、自流运输、充填浓度低、充填后的洗管水较多等一系列问题,而井下移动式充填系统为解决这些问题提供一个很好的思路。实践证明,井下移动式充填系统具有移动灵活、高压泵送、充填浓度高、工作效率高、成本低、管路铺设简单等优点。

煤矿井下移动变电站拖动控制装置研究

以改善目前已有的井下移动变电站运动特性作为出发点,对井下移动变电站的拖动控制装置进行研究和设计。提出基于SIEMENS S7-200系列PLC的硬件控制策略,并给出PLC控制系统的结构分析。该设计对于提高生产效率、降低煤炭工人劳动强度和提高煤矿自动化水平都具有重要的意义。

井下移动基站本安开关电源的干扰源及抑制

移动基站的本安电源是在综合电磁环境下工作的 ,它不仅是电磁干扰 (EMI)源和射频干扰 (RFI)源 ,同时它又是其它电磁干扰源、射频干扰源等电磁干扰的最大受害者。全面分析了电磁骚扰源及其耦合途径 ,认为采取EMI控制技术对电磁骚扰源进行抑制 。

差分进化算法在煤矿井下移动设备路径规划的应用研究

将差分进化算法应用在煤矿井下移动设备无碰撞最短路径规划问题中,首先建立煤矿井下移动设备全局环境信息已知的无碰撞路径模型,然后通过差分进化算法规划设备最优路径。最后仿真实验表明,所提差分进化算法能够实现煤矿井下移动设备的无碰撞路径问题的有效求解。

金属矿山井下移动式泵送充填系统工艺优化研究

某金矿自2014年建立了井下移动式泵送充填系统,但随着矿山的提质扩能,目前的充填系统能力已不能满足生产需求,同时给料系统还存在劳动强度大,给料连续性差等问题。针对这些问题,从增大充填能力、加强给料的连续性、提高系统的机械化等方面出发,研究了具有全机械化作业的金属矿山井下移动式泵送充填系统。该系统连续高效,推广应用价值广。

井下移动通信系统的研究与应用

井下作业环境恶劣、人员流动大、作业位置不固定,为及时了解井下工作情况以及处理井下意外情况、便于人员救护,需要建立井下移动通信系统。本设计作为有线调度通信在井下的补充和延伸,有机的将井下与井上多种有关系统汇接起来,从而使煤矿的安全生产得到了极大的改善。同时,井下移动系统功能更加多样化,形成综合业务服务的能力,这为矿井生产现代化提供了强有力的支持。

矿井井下移动通信

对矿井井下移动通信现有的几种系统及其性能特点作了具体的介绍和分析。

CDMA技术在井下移动通信中应用

井下移动通信成为通讯行业研究的重点也是难点,这是由于通讯传输在井下会经常受阻,主要是由于井下的多径衰落,如何确保信号信息在井下顺利传输,达到对井下通讯的服务成为一大研究项目,CDMA技术作为一门新型技术得到了广泛的发展和应用,它能够抵御多径衰落,并具有良好的干扰能力,这一技术的应用在很大程度上解决了井下移动通信的难题,形成了一个畅通、清晰的智能型移动系统。本文针对这一技术展开讨论,首先简单阐述了井下无线电波传输的特征,然后分析了CDMA技术的特征与优势以及在井下移动通信中的应用。

KJ-286井下移动目标管理系统

本文主要介绍了KJ-286井下移动目标管理系统的架构方式和工作原理，详细介绍了系统硬件设计的实现方法和两级通讯方式，最后阐述了上位机管理软件的模块结构和功能。

井下移动式胶体注浆防灭火系统在紫金矿应用

煤自燃火灾严重地影响和威胁着煤矿的安全生产。传统的防灭火材料及手段缺点较为明显,随着新材料新工艺的广泛应用,研究建立紫金矿井下移动式灌浆注胶防灭火系统对于煤层自燃防治具有重要的意义。

井下移动变电站常见问题与对策分析

在矿井生产中,移动变电站是井下重要的供电设施,为矿井的各种动力设备提供电源,同时在降低作业能耗、提升工作效率方面具有积极的作用,但是在其实际应用过程当中,还存在着一定的问题。在本文中,将就井下移动变电站常见问题与对策进行探究。