《煤炭科学技术》“煤矿机器人”研究领域 | 热文精选

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《煤炭科学技术》“煤矿机器人”研究领域 | 热文精选

来源：煤炭科学技术

为了协助读者了解煤矿机器人研究领域内的研究热点和前沿问题，促进学术交流与合作，编辑部根据论文在中国知网的下载、引用等指标，整理了22篇《煤炭科学技术》2022年至今刊出的“煤矿机器人”研究领域最受关注论文，以飨读者。以刊期排序。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 88个
关键词; 95位
专家; 19篇
论文; 4392IP
点击量; 15909次
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磁轮驱动钢罐道巡检机器人研究

作者(Author)：封华, 李强, 陈朋朋

摘要：钢罐道作为矿井提升容器的导向限位装置，其自身表面受损程度、与罐道梁的安装状态以及每段罐道间的位置关系等会直接影响提升容器的安全运行。目前钢罐道的巡检方式仍然为人工巡检，存在安全性差、效率低、漏检率高等问题。为提高立井钢罐道的巡检效率及安全性，提出了一种新型的磁轮驱动巡检机器人模型，并试制了原型样机。首先，根据立井钢罐道实际巡检工况的功能需求分析，对机器人进行结构设计，并研究了磁轮驱动下的可靠运行条件，进而对磁轮的设计尺寸进行优化；其次，在扩展卡尔曼滤波（EKF）方法的基础上，借助加速度计、陀螺仪和磁传感器（合称MARG传感系统）对所设计的机器人进行了姿态估计，并运用反步法对机器人在罐道面上的高效运行进行了步态规划；最后，通过仿真和试验的方法对所设计的磁轮驱动巡检机器人进行了验证。结果表明：① 所提出的姿态估计方法可以实现对机器人当前姿态的准确估计，偏差浮动范围保持在±0.1°内；② 所设计的巡检机器人可以实现直线和圆轨迹的快速、准确跟踪，当跟踪时间达到3 s时，局部位置误差趋于稳定并收敛到0；〖JP2〗③ 所设计的巡检机器人能够进行壁面跨越，当左右两侧舵机转速为0.1 m/s，〖JP〗转弯半径为49.5 mm时，可实现0°～90°的转弯，在转弯初始阶段会出现一定的偏差，当偏差达到1 mm左右时趋于稳定。

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煤炭科学技术

2022年第11期

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综采工作面巡检机器人柔性轨道设计与运动学仿真

作者(Author)：张旭辉, 杜永刚, 霍鑫健, 王川伟

摘要：煤矿井下综采工作面空间狭小、设备动作频繁，位置关系复杂等问题，导致常规巡检机器人难以直接在工作面运行，自动化监测难度大。根据工况需求，结合环境及设备群动作特点，提出工作面巡检轨道设计要求，采用模块化设计、仿真模拟和样机试验的方法，设计一种新型跨座式巡检机器人柔性轨道，实现在工作面环境的安装调节及当安装设备发生动作变形时轨道自身的自适应补偿。首先设计了巡检机器人柔性轨道的机械结构并确定安装运行方式。其次，以轨道跨接在刮板输送机线缆槽一侧为例，分析刮板输送机在平直、弯曲和起伏3种工况下的弯曲和俯仰变形量，并对柔性轨道进行运动学仿真。在3种工况下，该轨道可随工作面设备完成水平弯曲0~5.4°、竖直倾斜0~6°、伸缩变形0~120 mm，满足实际工况要求。巡检机器人通过柔性轨道时，其主运动方向始终保持匀速直线运动，水平或竖直方向在柔性过度段存在波动，波动幅值均在安全允许范围内。最后搭建柔性轨道物理样机及工作面试验平台，对工作面巡检机器人柔性轨道进行性能验证。结果表明：新型跨座式巡检机器人柔性轨道结构设计合理，可以适应工作面巡检的不同工况，对实现煤矿井下综采工作面机器人巡检具有重要意义。

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煤炭科学技术

2022年第12期

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基于ORB-SLAM3视觉与惯导融合的煤矿机器人定位算法研究

作者(Author)：陈伟, 巫帅达, 田子建, 张帆, 刘毅

摘要：针对煤矿井下空间狭窄、光线昏暗且严重不均匀，使矿井图像存在照度低、纹理稀疏、颜色失真等缺陷，严重影响了视觉SLAM特征点提取匹配结果，导致定位性能急剧下降。提出一种基于改进ORB-SLAM3算法的煤矿移动机器人单目视觉定位算法。首先对ORB-SLAM3定位算法进行改进，在前端特征点提取（ORB）算法的基础上引入了直方图均衡化、非极大值抑制法、自适应阈值法以及基于四叉树策略的特征点均匀化性质；然后在特征点匹配工作中，引入了基于图像金字塔的LK光流法，减少优化的迭代次数，在特征点匹配完成后加入RANSAC算法去除误匹配的特征点，提高特征点的匹配准确率。在后端通过三角测量的方法，得到像素的深度信息，将2D-2D位姿求解问题转化成3D-2D（pnp）位姿求解问题。根据视觉惯导紧耦合的原理，通过融合视觉残差和IMU残差构建整个定位系统的残差函数，并使用基于非线性优化的滑动窗口BA算法不断迭代优化残差函数，获取精确的移动机器人位姿估计。将改进后的算法在四个数据集下与ORB-SLAM3算法以及VINS-Mono算法进行了充分的对比实验。研究表明：①相比于ORB-SLAM3算法以及VINS-Mono算法，提出定位系统的运动轨迹和真值轨迹最接近；②提出定位系统的APE各项指标均优于ORB-SLAM3算法以及VINS-Mono算法；③提出定位系统均方根误差为0.049m（四次实验平均值），相较于ORB-SLAM3均方根误差降低了31.1％（四次实验平均值）。

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