摘要：为提升机器人在矿山非结构复杂地面环境的通过性能,设计并研发了摆臂式侦察机器人。基于机器人移动平台,对机器人进行了动力学建模。针对机器人移动平台摆臂模块进行了越障机理和运动模态研究,分析了机器人越障高度与机器人几何参数的关系,并对前后摆臂组件辅助下的机器人最大越障高度进行了分析研究。理论研究表明机器人最大越障高度463mm,与现场实测越障高度467mm误差小于1%,实验结果验证了理论分析的有效性,研究结果有利于机器人环境感知下的自动越障控制和智能化侦察。

摘要：井下履带式探测机器人作业环境复杂,需携带多种探测或救援装备并进行爬坡越障,易导致负载扰动,具有较强非线性和不确定性,此外,用于机器人动力驱动的永磁同步电动机(PMSM)本身是多变量、强耦合的非线性系统,目前常规的基于误差的比例积分微分(PID)控制器很难满足控制需求。针对上述问题,设计了一种四摆臂井下履带式探测机器人,并进行了爬坡越障性能分析,得出了平地直行和直行爬坡2种工况下机器人PMSM的转矩和转速;对PMSM进行建模分析,速度环采用自抗扰控制器(ADRC),电流环采用比例积分(PI)控制器,设计了ADRC+PI控制方案;采用磁场定向控制(FOC)技术对PMSM进行驱动,从而提升机器人在井下作业时的响应性能和抗干扰性能。对ADRC+PI控制方案和常规PI+PI控制方案进行仿真和对比分析,得到2种工况下PMSM的转速、转矩、相电流响应曲线,结果表明:在2种工况下,采用ADRC+PI控制方案时机器人PMSM的转速和转矩响应控制更精准,具有更小的超调量和更短的调节时间,应对外部突变干扰的能力更强,能有效提升井下履带式探测机器人的爬坡越障性能和作业稳定性。

摘要：针对井下探测机器人在移动作业过程中因云台追踪系统受内外扰动而导致的目标追踪速度慢、超调震荡大和鲁棒性弱等问题,在研制井下探测机器人及云台追踪系统的基础上,设计了适用于云台追踪系统的自抗扰控制算法。考虑到控制器的扩张状态观测器的观测负担过重的问题,对机器人摆臂系统与机器人俯仰姿态关系进行了建模研究。将该模型作为已知信息补偿至扩张状态观测器中,提出模型补偿的自抗扰控制器(MC-ADRC)。最后,对云台追踪系统进行了对比试验,结果表明,与传统的PID和ADRC相比,MC-ADRC可使追踪系统的超调量更小、调节时间缩短且鲁棒性能更好,进一步提升了井下机器人快速目标追踪探测性能。

摘要：针对8.8 m超大采高工作面在超大采出空间下矿压显现强烈、围岩控制难度大的问题,以上湾煤矿12401工作面为工程背景,基于现场实测手段对8.8 m超大采高开采矿压显现规律和围岩控制技术进行了全面研究。研究得出:8.8 m超大采高工作面矿压显现具有来压步距短、持续时间长、动载矿压强烈等特征,但工作面超前支承压力影响不显著。采用三维激光扫描手段对超大采高工作面煤壁片帮特征进行了分区域、全方位、高精度探测,并根据工作面支架立柱压力和护帮力对煤壁片帮的影响关系,确定了超大采高工作面煤壁片帮预警指标和阈值。在矿压规律研究的基础上,探索出了一套超大采高工作面顶板灾害综合预警与防治技术,保障了8.8 m超大采高工作面的安全回采。

摘要：针对现有光纤压力传感器压力监测范围小、灵敏度低、成本高的问题,设计了一种改进型光纤压力传感器。在悬臂梁粘贴一支应变光纤光栅,悬空一支温度光纤光栅(使其不受应力)。悬臂梁下方的限位罩将弹簧、波纹管压罩、波纹管罩于其内部,限位罩内侧上平面与弹簧上平面接触,弹簧下平面与波纹管压罩接触。当外界压力通过波纹管底部的管道到达波纹管时,高压使其产生轴向的形变,进而压缩弹簧,最终弹簧发生形变,将力传至悬臂梁,改变应变光纤光栅的受力情况。在单层波纹管增加了劲度系数更大的弹簧,以限制外界产生压力时单层波纹管发生形变,使波纹管与弹簧共同传递压力到悬臂梁。实验结果表明:改进后传感器的压力监测量程为0~5 MPa,相比改进前提升5倍,传感器的灵敏度为0.37998 nm/MPa,测量误差在0.02 MPa之内。将改进后的压力传感器应用于某井下输水管道进行验证,结果表明:与高精度电子压力计测量结果相比,该传感器的压力解调误差在0.02 MPa之内。

摘要：针对煤矿井下面临的系统多、管理分散、维护困难等多方面问题,依据上湾煤矿综采工作面传输网络平台的建设需求,提出了网络平台的总体架构与设计原则,并对综合分站和交换机进行了具体的方案设计。实际应用表明,通过网络平台的搭建,将12401工作面的业务数据统一传输至地面各业务系统服务器,不仅减少了线缆的铺设,同时减轻了设备维护人员的维护压力。

摘要：针对2.4 GHz无线组网技术的特点和优势,结合煤矿井下的环境特点,提出了一种基于2.4 GHz无线组网技术的井下人员定位与照明控制系统相结合的设计方案。介绍了井下无线通信网络的组网方式,给出了井下人员定位原理及其与LED智能灯具结合实现"人来灯亮、人走灯灭"的实现过程以及管理系统结构。

摘要：为提升矿井人员的定位精度与实时性,针对基于WiFi、蓝牙、RFID和Zigbee等无线通信技术的矿井人员定位系统存在有效通信距离短、定位精度不高的局限,提出了一种基于超宽带(UWB)技术的矿井人员定位系统并在煤矿井下进行了应用。该系统利用到达时间测距方法(TOF),采用单个读卡器即可独立组网并实现对识别卡进行测距定位的结构形式设计,通过在读卡器内设置2块拥有TOF算法的射频模块,记录每个射频模块独立测量该模块与识别卡之间信号往返的到达时间,并依据算法公式计算出两节点之间的距离,来实现人员定位。通过现场实测和分析,认为该系统受环境影响小,定位精度高,进一步促进了井下人员定位技术的发展。