• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

钻锚机器人人机安全避碰新方法

2020-11-19

  钻锚机器人人机安全避碰方法-5.jpg

钻锚机器人碰撞检测流程


       为了解决快速掘进系统中钻锚机器人无法实时监测辅助人员的运动,导致钻机与辅助人员可能发生非期望碰撞的问题,西安科技大学夏晶博士团队提出一种钻锚机器人人机安全避碰新方法,该方法确保了钻锚作业中钻机与辅助人员的最短距离始终大于发生碰撞的极限距离,保证了辅助人员的人身安全,解决了钻机与辅助人员可能发生非期望碰撞的问题。

  

  目前,中国大部分矿区的井工煤矿普遍存在采掘失调、煤巷掘进速度偏低的突出问题,虽然国内外学者对掘锚机器人展开了大量深入的研究,但这些掘锚设备仍需少量人工辅助,现有文献大多从钻锚工艺角度出发研究避免钻锚机器人钻机与环境中的辅助人员发生碰撞,然而,随着钻锚作业中辅助人员的灵活运动,碰撞发生概率大幅升高。

  

  夏晶团队基于4个深度视觉传感器组成的人机安全监测系统实时监测辅助人员的运动。将4个深度视觉传感器分别布置在钻锚机器人顶架4个顶角,经相机标定及坐标转换,组成钻锚机器人人机安全监测系统。研究选用微软公司近年来推出来的Kinect v2作为深度视觉传感器实时采集人体运动数据。

  

  Kinect v2实时采集人体运动数据的原理首先采用TOF技术建立目标场景的深度图像。该深度图像中包含目标场景的人体和物体,随后采用分割策略将人体从复杂的环境中分割出来,使用机器学习的方法对分割出的人体深度图像进行分类,识别出人体不同部位,然后使用决策树分类器对人体25个主要关节进行分类构建人体骨骼点图,并将关节的像素点信息转换成关节的坐标点信息,进行实时人体运动数据获取,感知器获取的人体骨骼点图主要用来构建辅助人员球扫掠凸体碰撞检测模型。

  

钻锚机器人人机安全避碰方法-3.jpg

钻机三维模型及传感器布置


  根据钻锚机器人三维模型构建钻机球扫掠凸体碰撞检测模型,并使用深度视觉传感器与钻机行程及角度传感器获取的数据实时更新辅助人员和钻机的碰撞检测模型。

  

  针对钻锚作业中多人多钻机的碰撞检测,使用基于层次包围盒的碰撞检测方法在粗略的碰撞检测阶段实时检测与辅助人员距离最近的钻机及最短距离,当最短距离小于安全阈值时进入精细碰撞检测阶段实时计算辅助人员与该钻机的最短距离。

  

  研究提出一种基于虚拟排斥力的钻机避碰撞方法,并给出计算公式。在钻机末端建立基于人工势场的虚拟排斥力,当钻机与辅助人员的最短距离小于安全阈值时,钻机末端产生虚拟排斥力,钻机进行避碰运动。最后,通过钻锚机器人人机安全实验验证了该方法的有效性和安全性。

  

  研究发现:在钻锚作业中钻机与辅助人员最近距离为0.10m,大于发生碰撞的最短距离,所提方法可以确保钻机不与辅助人员发生非期望碰撞。

  

  这项研究得到了国家自然科学基金项目、中国博士后科学基金项目、陕西省自然科学基础研究计划项目的资金支持。


论文链接
  责任编辑:宫在芹
今日专家

1967年12月生,浙江富阳人。1989年毕业于淮南矿业学院地质系获煤田...

亮点论文

各向异性煤层割缝钻孔的有效抽采区域呈椭圆形,抽采时间相同,平行层理方向的有效抽采区域范围大于垂直层理方向的有效抽采区域范围。

今日企业

主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

©版权所有2015 煤炭科学研究总院出版传媒集团 地址:北京市朝阳区和平里青年沟东路煤炭大厦 邮编:100013
京ICP备05086979号-16  技术支持:云智互联