摘要：钻孔卸压是高地应力矿井治理冲击地压的首要措施,对实施钻孔作业的防冲钻孔机器人钻具姿态准确测量是保障钻孔位置及卸压效果的前提。为此,本文提出了基于惯性传感组件和BP神经网络的防冲钻孔机器人钻具姿态解算方法,通过设计惯性传感组件的空间阵列式布局方式(空间阵列式IMU),建立了空间阵列式IMU的数据融合模型及位姿解算模型,实现了钻具姿态的高精度解算。在此基础上,提出了基于BP神经网络的惯性传感组件误差补偿方法,建立了钻具姿态解算误差补偿模型,并通过钻具模拟运动的解算分析对空间阵列式IMU解算和误差补偿方法的可行性进行了验证。最后,通过搭建的防冲钻孔机器人钻具姿态监测实验平台,对不同方法的钻具解算结果进行对比分析。实验结果表明,在BP神经网络模型进行误差补偿后,本文所提方法解算出的钻具姿态精度明显提高,钻具方位角、倾角和横滚角的平均误差分别为0.099°、0.079°和0.045°,有效抑制了惯性传感组件的漂移和误差积累,且钻具姿态解算误差曲线没有出现发散现象。因此,该方法可以持续稳定地对防冲钻孔机器人钻具姿态进行可靠监测,具有较高的推广应用价值。

摘要：煤矸高效分选是实现煤炭资源绿色开采的重要手段,其核心技术是煤和矸石的快速精准识别。因此,本文提出了基于X射线图像和激光点云融合的煤矸识别方法。首先,设计了基于局部熵和全局均差加权的改进Otsu分割算法,以此提高X射线图像的分割精度和分割效率;同时,利用直通滤波和体素栅格降采样简化了煤矸激光点云数据,进而提取了X射线图像和激光点云的煤矸组合特征。然后,针对传统麻雀搜索算法(SSA)易陷入局部最优和种群多样性差等问题,提出了多策略改进的SSA算法(ISSA),并用于轻量梯度提升机(LightGBM)参数的寻优,进而设计了基于ISSA-LightGBM的煤矸快速识别模型。最后,搭建了煤矸识别实验平台,开展了相应的实验对比分析,结果表明:ISSA-LightGBM模型的煤矸识别准确达99.00%,综合性能优于其它模型,满足了煤矸高效识别的需求。

摘要：介绍了螺旋钻采煤机主机和工作机构的基本组成,在对其进行合理简化的基础上,建立了钻式采煤机主机和工作机构的三维模型并进行了虚拟装配,在mechanism模块中模拟了工作机构的运动过程,并对传动箱和钻头进行了运动学分析,通过分析结果验证设计的合理性。

摘要：采煤机是综采工作面的关键设备之一,其准确定位是实现工作面智能化开采的前提。首先,分析了采煤机惯性导航定位产生的确定性漂移和非确定性漂移误差,建立了差分式惯性传感组件数据融合模型;其次,研究了基于差分式惯性传感组件的采煤机位姿差分解算方法,模拟了采煤机作起伏运动的运行曲线;最后,对位姿差分解算算法进行了仿真分析,仿真结果表明采煤机在作起伏运动时,提出的差分位姿解算算法在累积误差和最大误差方面均小于原始位姿解算算法。笔者设计并搭建了采煤机惯性导航定位实验平台和运动工况模拟实验台,进行了相应的实验分析,实验结果验证了所提姿态解算方法的可行性和有效性。

摘要：通过了解井下挖掘式装载机液压系统的特点,确定了井下挖掘式装载机液压系统的设计思想和设计原理,并设计了由三联轴向恒功率变量柱塞泵作为液压动力源的液压系统,保证了整机的稳定性和可靠性,并对液压系统进行了现场试验,得到了行走驱动马达的进口压力响应曲线,验证了行走液压系统的稳定性。

摘要：为了提高采煤工作面的智能化水平,提出了基于图像和激光点云融合的煤岩识别方法。首先,利用三维重建构建了蕴含煤岩颜色信息及截割纹理特征的图像点云;其次,提出了基于改进迭代最近点(iterative closest point,简称ICP)算法的煤岩点云配准方法,提高了点对间的搜索速度和配准精度;然后,设计了基于改进区域生长算法的煤岩识别方法,通过仿真分析验证了改进措施的有效性;最后,搭建了采煤机煤岩截割实验系统,并对相关改进算法进行了实验对比分析。结果表明,所提方法的点云数据分割效果最好,煤岩识别准确率达92.95%。在煤矿井下采煤工作面进行了现场测试,进一步证明了所提煤岩识别方法的可行性和实用性。

摘要：采煤机作为综采工作面的关键装备,其智能化水平的提升对提高矿山智能化体系建设具有重要作用。当前,复合传感与精细化监控技术日益成为智能化采煤机研制的主流方向,导致所需监控的数据量明显提升,对采煤机数据管理系统提出了更高的要求。采煤机远程监控系统的应用效果受协议适配度与监控数据传输及储存能力影响严重。为了提高采煤机远程管控系统的适配性和数据管理的时效性,降低采煤机远程监控系统开发及部署难度,开展了通讯协议匹配解析和实时数据压缩存储相关研究。首先构建采煤机通讯协议树模型,提出基于子树匹配的采煤机通讯协议相似度计算方法,设计了采煤机通讯协议匹配算法,实现了不同型号采煤机通讯协议点表自适应匹配与解析;其次设计了基于相同状态字的开关传感量压缩算法和基于变长编码的模拟传感量压缩算法,提高了采煤机实时数据的压缩比,降低了数据存储子系统开销;最后,构建了基于协议匹配和数据压缩的采煤机远程监控系统,并进行实验测试。测试结果表明:本次实验中,所提出的基于子树匹配的采煤机通讯协议相似度计算方法与专家参考值一致,协议匹配吻合度可达100%;所提出的面向采煤机的数据压缩算法对开关量和模拟量的压缩率分别达到了99.16%和91.80%。

摘要：防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其在复杂卸压巷道的精确地图构建和的稳定导航是实现钻孔作业智能化的基础和前提。在分析激光雷达点云畸变成因和同步定位与地图构建(SLAM)算法缺陷的基础上,设计了基于惯性测量单元(IMU)连续时间轨迹的点云畸变矫正方法,建立了激光雷达和IMU的数据融合模型,提出了基于IMU-LiDAR紧耦合的防冲钻孔机器人定位建图方法。根据煤矿卸压巷道特点建立了密闭坡道模型,开展了建图效果仿真分析,结果表明,所提算法在定位精度、轨迹误差方面均优于现有常用算法。在此基础上,设计了基于改进人工势场法和快速扩展随机树的动态路径规划方法,建立了适用于防冲钻孔机器人的路径规划与导航融合方案,并设计了2种仿真运动场景,结果表明,所提路径规划方法在全局路径规划和动态路径规划的平均路径长度、平均运行时间、平均生成节点数等方面均具有较好的综合性能。为了进一步验证防冲钻孔机器人定位导航方法的实用性,在校内模拟巷道、地面实验基地和井下卸压巷道等场景下开展了多组对比实验,结果表明:将IMU数据与LiDAR数据紧耦合后,所提方法的定位建图精度明显提高,在特征退化场景中具有优越的定位建图性能,且规划路径的运算效率和路径代价方面均具有良好的表现,验证了所提定位导航方法在多种场景中的可行性和优越性。

摘要：以质点在螺旋溜槽上的动力学方程为基础建立数学模型,找到确定溜槽参数的关键变量为加速度。在已知导入段和标准段参数的前提下,设定非标准段加速度的变化规律分别为一次函数、二次函数和椭圆方程,从而得到螺旋溜槽主要特征参数,并对各方法进行分析比较。

摘要：针对"移动机器人控制与导航技术"课程的实验需求,设计了一套轮式巡检机器人实验教学平台。该实验平台涉及机械设计、运动仿真、路径规划、群智能算法、PID控制器等理论知识。利用该实验平台开发了轮式巡检机器人运动学仿真、全局路径规划、驱动轮速度控制、差速补偿同步控制等实验项目,实验结果验证了机器人硬件系统、软件设计以及相关控制算法的可行性和有效性。通过该实验教学平台,可以显著提升学生的创新实践能力。