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国家自然科学基金(50674075): 作品数：29 被引量：273H指数：10; 相关作者：马宏伟王川伟马琨田海波尚长春更多>>; 相关机构：西安科技大学中平信息技术有限责任公司中煤能源研究院有限责任公司更多>>; 发文基金：国家自然科学基金陕西省科技统筹创新工程计划项目陕西省自然科学基金更多>>; 相关领域：矿业工程自动化与计算机技术机械工程电子电信更多>>

煤矿巡检机器人巷道气体环境智能检测系统设计被引量：27: 2020年; 目前井下危险气体巡检机器人大多采用升降机构或固定探头的形式进行气体环境感知,对机器人的行驶灵活性产生了影响,且受机器人本体结构的限制,大多数巡检机器人只能检测到传感器安装范围内的局部气体环境信息,缺乏针对巷道任意截面空间内的气体浓度检测。针对以上问题,设计了一种基于气体扩散模型的煤矿巡检机器人巷道气体环境智能检测系统。该系统以气体扩散理论为基础,结合煤矿巷道气体环境特点,引入巷道壁帮围岩、风速、气体扩散系数对煤矿巷道气体扩散模型的影响,采用虚拟像源法和遗传算法优化BP神经网络智能算法建立了巷道气体扩散优化模型。通过传感器检测系统获取巡检机器人在行进过程中任意点的气体浓度等环境信息,代入气体扩散优化模型求解最优气体扩散系数,通过输入巷道某点坐标位置,可计算求解相应点的气体浓度分布情况,随着巡检机器人的移动,可获取其路径中不同巷道截面上气体浓度分布数据。实验结果表明,该系统能够解算出符合检测误差要求的巷道任意截面上任意点的气体浓度,并实现动态实时检测;克服了传统煤矿巷道气体检测方法的局限性。利用巡检机器人取代人工巡检作业,为煤矿井下气体智能检测提供了一种新思路与新方法。; 聂珍马宏伟; 关键词：智能检测动态检测

基于改进Canny算子的煤矿井下物体图像边缘检测方法研究被引量：17: 2014年; 针对传统的Canny算子检测井下物体低强度边缘能力不足的问题,提出了一种改进的边缘检测算法。该算法从以下三个方面进行改进:(1)采用一种新的四阶偏微分方程的降噪算法对图像去噪,进一步提高降噪效果,且在降噪过程中较好地保留图像细节,使井下物体更容易被检测。(2)采用自适应阈值的方法对图像边缘进行检测,实现了双阈值的自适应提取,能够较好地提取真实边缘。特别是在低对比度图像的边缘提取上,此方法更具有优势。(3)基于模糊判决的理论,在传统的Canny算法的基础上提出了一种有效的边缘连接方法。为了验证Canny边缘检测算子的效果,分别用Prewitt、Robert、Sobel、传统的Canny算子对井下图像进行边缘检测实验,结果表明,该方法在最大程度抑制噪声的同时,能检测到更多的低强度边缘,为井下煤矿探测机器人图像辨识奠定了基础。; 尚长春马宏伟安静宇; 关键词：CANNY算子 OTSU算法

煤矿探测机器人垂直越障性能研究被引量：4: 2014年; 通过分析机器人摆臂姿态变化对机器人质心轨迹变化的影响,掌握了六履带四摆臂煤矿探测机器人摆臂姿态与垂直越障性能的关系,提出了机器人在攀越垂直型障碍时前后摆臂的姿态控制要求,得到了机器人越障高度Hmax及其俯仰角度αm与机器人各参数之间的关系式,当其俯仰角度大于αm时,机器人就不能够攀越此类型障碍。同时分析了机器人摆臂质量对垂直越障性能影响的,得出可以通过增大摆臂质量来提高机器人对垂直型障碍的越障能力。; 王川伟马宏伟尚万峰; 关键词：质心

煤矿井下飞行机器人建模与仿真被引量：2: 2020年; 针对煤矿井下飞行机器人自主导航、数学模型不完善与实验数据缺失问题,建立了煤矿井下飞行机器人运动力学模型、传感器观测状态估计模型、仿真系统。自定义煤矿井下导航坐标系,在简化后的微分平坦状态空间,建立线运动与角运动的运动力学模型;选用三维激光雷达、惯性测量单元(IMU)、相机传感器,并分别建立其观测模型,进而在特殊欧式群SE(3)空间,构建基于优化理论的传感器观测状态估计模型;搭建仿真系统并模拟煤矿井下工作面场景,对建立的运动力学模型和传感器观测状态估计模型进行仿真实验。建立的煤矿井下飞行机器人的运动力学模型与状态估计模型可行、有效,生成的仿真数据集为后续研究提供参考。; 王岩王岩马宏伟; 关键词：煤矿井下飞行机器人

煤矿井下机器视觉图像增强技术研究被引量：5: 2013年; 在煤矿井下的作业、搜救等任务中应用机器视觉技术容易受到现场光照不足和噪声等问题的干扰,必须采取有效措施处理,否则不利于后处理中边缘检测和特征提取等工作的进行;为此,提出了一种新型图像增强算法,对原始低对比度图像分别进行直方图均衡化、同态滤波等操作获取新的源图像,再通过小波变换将源图像进行融合;经融合、重构后的图像在对比度和细节方面有所增强,最后,采用均值、标准差、图像熵和对比度的客观评价性指标对融合前后的结果进行了对比分析;结果表明,该方法明显优于传统的图像增强方法,可以满足机器视觉进行障碍物辨识等工作的需求。; 尚长春马宏伟张奇; 关键词：煤矿井下机器视觉小波

巡检机器人全球定位系统和里程计组合定位方法被引量：8: 2020年; 针对巡检机器人在校园环境中工作时,全球定位系统(global positioning system,GPS)信号易受树荫及较高建筑物遮挡而出现定位不准确的问题,提出GPS和里程计组合定位方法。以GPS坐标信息为初始位置,里程计信息为主导航,GPS接收机的脉冲信号作为实时修正数据,利用卡尔曼滤波算法对系统状态进行最优估计,得到较为准确的状态估计值。最后利用状态估计值去修正系统的导航误差。同时在实验平台上进行验证仿真。结果表明,机器人以150 cm/s的速度行驶80 s后其轨迹误差能控制在5 cm以内,利用多传感器融合技术可以提高机器人的定位精度和可靠性,GPS和里程计组合定位方法能够有效提高机器人实时定位精度。; 马宏伟张珍珍杨林王川伟; 关键词：巡检机器人卡尔曼滤波导航里程计

The theoretical research on localization using improved particle filter for mine rescue robot in unknown underground space被引量：1: 2008年; The localization for mine rescue robot in unknown space of coal mine emer- gency was researched,basing on the requirement of mine rescue robot localization which enters the scene of the coal mine accident,unknown circumstance,the unstructured, non-Gaussian and nonlinear work-space for robot works.The localization using particle filter was proposed to which is applied in mine rescue robot in unknown under-ground space.Meanwhile,focusing on severe particle sample degeneracy in the primary particle filter,an improved particle filter was proposed to reinforce the stability of particle filter.Be- ing compared with localization using extended Kalman filter through simulation experiment the localization using particle filter is proved to have more locating accuracy in unknown underground space and better computational real-time ability,which solves the pre-local- ization problem of robot underground.; 马宏伟李晓鹏; 关键词：LOCALIZATION

煤矿探测机器人空间建模分析及避障路径规划被引量：4: 2013年; 为了使煤矿探测机器人在路径规划过程中更好地理解环境信息,提出了一种栅格拓扑地图作为表达煤矿空间中局部环境障碍物地图模型,使其既能表达度量信息又能体现位置关系信息。在该地图模型中,利用基于主动生长元的栅格Voronoi图可行路径网络生成方法,机器人可以规划出一条既可以迅速到达目标,又可以保证机器人避碰的行驶路径。试验表明,该地图模型可以使煤矿探测机器人迅速建立起煤矿空间障碍物地图,并能够以较高的规划效率解决在局部路径规划中常见的规划陷阱问题。; 李晓鹏; 关键词：探测机器人路径规划障碍物地图模型 VORONOI图

煤矿井下移动机器人运动规划方法研究被引量：11: 2020年; 针对现有煤矿井下移动机器人运动规划所生成的轨迹存在超调、碰撞、不连续、不光滑等问题,提出了一种由路径规划、轨迹生成、轨迹优化3个部分构成的煤矿井下移动机器人运动规划方法。路径规划采用基于图搜索的A*算法实现,通过开始搜索、路径排序、继续搜索3个步骤循环迭代,快速规划出一条可通行的全局路径作为轨迹生成的初值。轨迹生成通过构建基于Minimum Snap的目标函数,并施加等式约束来实现。轨迹优化则是在轨迹生成的基础上施加不等式约束来实现:通过调整时间分配和构建基于Corridor轨迹规划的不等式约束,解决基于Minimum Snap轨迹生成在求解过程中出现的超调现象,并对整段轨迹本身进行约束,避免发生碰撞;通过引入调和函数Bezier Curve,构建基于Bezier Curve的Minimum Snap的轨迹优化问题,使得轨迹高阶目标函数的求解变得简单高效,最终生成一条适用于煤矿井下移动机器人的能量损失最小、连续、光滑、无碰撞、可执行的运动轨迹。在Matlab仿真环境中设计了随机地图,生成了包含时间分配、位置规划、速度规划、加速度规划的最优轨迹规划结果。实验结果验证了该运动规划方法的正确性和有效性。; 杨林马宏伟王岩王川伟; 关键词：路径规划

煤矿救援机器人虚拟样机仿真分析被引量：12: 2008年; 运用虚拟样机技术,在CATIA环境下建立煤矿救援机器人三维实体模型并对其结构和运动姿态进行仿真分析。以机器人自撑起运动为例,建立其动力学模型,在ADAMS下进行运动学和动力学仿真。分析机器人在完成自撑起运动时,摆臂的速度、加速度与驱动力矩的变化规律,为煤矿救援机器人的进一步仿真分析提供依据,同时也为煤矿救援机器人控制系统设计提供可行的理论数据。; 魏娟贾广利马宏伟; 关键词：煤矿救援机器人虚拟样机动力学建模

国家自然科学基金(50674075)

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