巷道自适应冲尘作业机器人关键技术
任怀伟1
王志峰2
周杰1
李世军1
马梓焱1
赵叔吉1
杜明1
李国庆3
1.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;煤炭科学研究总院开采研究分院,北京 1000132.煤炭科学研究总院开采研究分院,北京 1000133.陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司,陕西神木 719314
摘要：针对当前煤矿井下粉尘清扫自动化程度低、用水量大、效果差的问题,亟需研发具有积尘自动监测、自主/半自主移动、自适应冲尘作业功能的巷道冲尘作业机器人.提出了基于视觉的巷道空间域积尘与洁净参数连续监测技术,基于海思HI3519A平台开发了嵌入式边缘AI积尘图像传感器,获取巷道粉尘的空间分布特征及规律,采用YOLOv8分类模型训练生成积尘热力图,解决了巷道积尘类型识别、积尘厚度测量难题;采用融合近距可见光广角摄像仪、远距长焦红外摄像仪、激光雷达、毫米波雷达、组合惯导等传感器多源融合的SLAM技术,并通过UWB、IMU、轮速计等辅助定位,实现机器人在巷道断面和走向三维方向的定位导航.基于作业工艺和安全规则生成巷道全断面可行驶区域,给出自主冲尘作业过程中的空间约束条件;构建了机械臂运动学正逆解模型,开发了机器人自主移动运载平台和作业机械臂协同联动控制的"车-臂"协同一体化系统,提出了 4自由度机械臂柔性多模式自适应控制策略.解决了系统协同作业规划、末端位姿高精度控制、自适应抗扰控制等难题;研究了多种冲尘方式联合作用机理,提出了高效节水自适应冲尘策略,研发了高低压喷雾和滚刷转速自适应调节的全场景自动冲尘系统;研制了巷道自适应冲尘作业机器人样机.经过地面测试表明:冲尘机器人具备巷道顶底板、巷壁、管道等位置的冲洗、擦拭功能;能够实现自主避障、车臂协同控制,行驶速度≥2 m/s,爬坡能力≥14°;柔性避障防爆机械臂作业臂旋转范围360°,上下调节高度 0～5 m;适应巷道断面 16～25 m2;连续作业里程≥1 000 m.对于煤矿减少井下辅助作业人数、降低从业人员职业健康危害具有在重要作用.
关键词：冲尘机器人自适应作业图像积尘检测车臂协同控制冲尘控制策略
分类号：TD67(矿山电工)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFB4703603)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：19( 1-19 )
英文信息