面向煤矿复杂空间任务的人机XR共融精准作业方法
王学文1
秦浪1
乔晓军2
谢嘉成1
肖智杰1
刘京铨1
1.太原理工大学机械工程学院,山西 太原 030024;煤矿综采装备山西省重点实验室,山西 太原 0300242.太原理工大学机械工程学院,山西 太原 030024;山西太重工程机械有限公司,山西 太原 030000
摘要：人机协作是煤矿机器人精准完成煤矿复杂作业任务的关键技术之一.为解决煤矿复杂作业任务人机协作存在的机器人对任务和环境信息感知能力不足、人机间通讯交流困难以及机器人自主规划控制能力不足等问题,提出了人机拓展现实技术(XR)共融精准作业方法,包括基于"人-机-任务"多智能体理论的虚实空间描述方法、基于"人-AR"虚实协同的空间任务编程测量方法和基于VR的"机-人"虚实协同精准解算与规划作业方法.基于"人-机-任务"多智能体理论的虚实空间描述方法是利用所构建智能体映射实际物体,获得底盘路径规划和机械臂轨迹规划所需要的目标和环境信息,提高机器人对任务和环境信息的感知理解能力.基于"人-AR"虚实协同的空间任务编程测量方法是利用人的主观感知决策能力对物体进行编程标记并从基准坐标系转换到机器人坐标系,再通过智能体传递给机器人,提高了人机间的通讯交流能力.基于VR的"机-人"虚实协同精准解算与规划作业方法是根据目标和环境信息以及编程标记,自主规划机器人底盘路径和机械臂轨迹并显示在AR中,提高机器人的运动规划能力,并且人可以通过AR对规划结果进行修改,提高了机器人的自主规划控制能力.搭建模拟煤矿作业环境的试验场地,开展虚实空间编程测量试验、机器人在线精准解算与规划试验和采煤机滚筒焊接场景人机协作试验.结果表明,基于"人-AR"虚实协同的空间任务编程测量方法感知精度服从正态分布误差均值-0.21 mm,标准差1.59 mm,最大误差 4.1 mm;基于VR的"机-人"虚实协同精准解算与规划作业方法可以实现机器人自主规划控制,且作业精度服从正态分布,误差均值为 0.245 58 mm,标准差 1.678 06 mm,最大误差 5.446 45 mm.应用人机XR共融精准作业方法执行煤矿复杂环境下的人机协作任务,可以不受其恶劣环境条件影响辅助机器人完成对任务和环境信息感知的感知,机器人根据感知结果自主规划底盘路径和机械臂轨迹并执行作业任务,且机器人的作业精度能够达到正常非煤矿场景中的作业精度,相较于传统煤矿场景中人机协作的作业精度更高.
关键词：煤矿机器人人机协作AR运维空间编程智能体
分类号：TP39(计算技术、计算机技术)TP242(自动化技术及设备)
资助基金：山西省科技重大专项计划揭榜挂帅资助项目(202301010101002)中央引导地方科技发展资金资助项目(YDZJSX2022A014)山西省留学人员科技活动择优重点资助项目(20230008)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-20（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：19( 4569-4587 )
英文信息