煤矿智能安全巡检机器人导航定位及协同作业研究
李利峰1
聂伟雄1
杨宏飞1
孙振军1
尚少勇1
杨文博1
王永刚1
郝明1
净远1
刘雄1
孙世岭2
覃伟2
胡诗强2
吴绪平2
1.国能榆林能源有限责任公司,陕西 榆林 7190002.中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆 400039
摘要：煤矿矿井安全巡检是煤矿安全检查的核心环节,对于实现煤矿安全生产、保障矿工人身安全具有重要意义.针对煤矿智能安全巡检机器人在定位精度与多机器人协作方面的不足,提出了一种基于多源定位信息融合与领航-跟随控制法的巡检机器人融合定位与协同作业模型.为解决矿井井下定位信号不稳定及定位精度低的问题,采用惯性导航系统、激光雷达定位系统、超宽带定位系统 3 种定位系统进行井下定位,并通过扩展卡尔曼滤波器与加权融合将 3 种定位系统的数据信息进行融合,用以执行巡检机器人的导航定位.在狭长且复杂的井下环境中,单个机器人的巡检难度极高,并且耗时较长,往往需要通过多机器人协同作业的方式进行安全巡检.为实现更高效协调的多机器人协同作业,采用领航-跟随控制法进行多机器人编队,并采用基于有向图的图论方法对领航-跟随控制法进行改进,得到了基于图论的改进领航-跟随控制算法.在仿真试验中,所提模型获得轨迹在x方向的最大均方根误差为 0.578 m,平均均方根误差为 0.295 m,在y方向的最大均方根误差为 0.155 m,均具有较小的误差,说明模型具有较高的定位精度.在不同场景的试验结果中,采用所提模型进行定位的机器人在L形巷道下的x分量位置误差均值最大值为 0.380 m,在联络型巷道下的x分量位置误差均值最大值为 0.442 m,仍具有较小误差,进一步验证了模型具有优越的定位性能.此外,研究结果表明:在加入障碍物后,4个跟随者机器人在避障中的最大偏移量在 1.025 m以内,具有较小的误差;避障后,跟随者机器人迅速收敛至理想轨迹,避障和恢复时间均在 20 s左右,具有较快的收敛速度.
关键词：巡检机器人领航-跟随控制法多源信息融合导航定位协同作业
分类号：TD679(矿山电工)
资助基金：国家能源投资集团有限责任公司科技创新资助项目(GJNY-23-140)
论文发表日期：2025-12-20
在线出版日期：2025-12-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 41-48 )
英文信息