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煤矿巷道智能掘进关键共性技术 被引量：53
1
作者 马宏伟 王世斌 +7 位作者 毛清华 石增武 张旭辉 杨征 曹现刚 薛旭升 夏晶 王川伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期310-320,共11页
依据我国煤矿智能化发展战略,深入分析了国内外智能掘进研究现状,结合我国煤炭赋存条件复杂,巷道掘进问题突出,智能掘进挑战严峻等实际,提出了直接影响和制约我国煤矿巷道智能掘进加快发展的智能截割、智能导航、智能协同控制和远程智... 依据我国煤矿智能化发展战略,深入分析了国内外智能掘进研究现状,结合我国煤炭赋存条件复杂,巷道掘进问题突出,智能掘进挑战严峻等实际,提出了直接影响和制约我国煤矿巷道智能掘进加快发展的智能截割、智能导航、智能协同控制和远程智能测控四大关键共性技术并给出了解决思路和方法。针对掘进系统智能截割问题,提出了基于视觉伺服的掘进系统智能定形截割控制方法和基于遗传算法优化的BP(GA-BP)神经网络的自适应截割控制方法,旨在提高巷道截割成形质量和效率;针对掘进系统智能导航问题,提出了基于惯导与视觉信息融合的履带式掘进系统智能导航控制方法和基于惯导、数字全站仪与油缸行程信息融合的液压推移式掘进系统智能导航控制方法,旨在提高掘进定位定向精度,实现智能导航;针对掘进系统中掘进、支护、钻锚、运输等多系统协同控制和多任务并行控制问题,提出了基于强化学习的并行作业控制方法和基于Agent的并行控制方法,以及leader-follower法和基于行为法的智能协同控制方法,旨在实现多机器人系统或智能设备的智能协同控制和并行作业,提高掘进效率;针对掘进系统智能测控问题,创建了本地控制层、近程集控层和远程监控层的智能测控系统架构,提出了数字孪生驱动的虚拟远程智能控制方法,旨在保证掘进系统安全、可靠、高效运行,实现身临其境的虚拟远程智能测控。 展开更多
关键词 煤矿巷道 智能掘进 精确定位定向 协同控制 并行控制 虚拟现实
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新工科力学课程体系的几点思考 被引量：48
2
作者 马宏伟 张伟伟 《高等工程教育研究》 CSSCI 北大核心 2018年第3期6-12,共7页
新工科建设对我国新时代创新型人才培养提出更高的要求,力学作为大多数工科专业的基础,直接影响到工科从业人员的创新潜力。然而在我国现阶段,大多数工科专业只开设理论力学、材料力学等少数几门力学课程,且所受重视程度不够,极大地限... 新工科建设对我国新时代创新型人才培养提出更高的要求,力学作为大多数工科专业的基础,直接影响到工科从业人员的创新潜力。然而在我国现阶段,大多数工科专业只开设理论力学、材料力学等少数几门力学课程,且所受重视程度不够,极大地限制了工科从业人员的创新能力培养。考虑到力学课程门类众多,学习难度大,本文尝试以力学思维和创新能力培养为基础,通过对力学课程进行归类整理,将力学课程划分为力学基础课程、力学核心课程、行业力学课程和横断面力学课程四大类,并以此勾勒出力学课程体系的组织结构。目的在于理清力学课程之间的脉络关系,积极拓展通识力学课程教育,培养具有扎实力学功底的新工科人才,为新时代建设储备创新型人才。 展开更多
关键词 新工科 力学 课程体系 通识教育
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悬臂式掘进机机身及截割头位姿视觉测量系统研究 被引量：47
3
作者 杨文娟 张旭辉 +1 位作者 马宏伟 刘志明 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期50-57,共8页
针对煤矿井下悬臂式掘进机机身及截割头位姿测量难题,提出一种基于激光束和红外光斑特征的悬臂式掘进机机身及截割头位姿视觉测量系统。在掘进工作面的巷道顶部安装3个激光指向仪,通过固定安装在掘进机机身上的防爆相机对激光束图像进... 针对煤矿井下悬臂式掘进机机身及截割头位姿测量难题,提出一种基于激光束和红外光斑特征的悬臂式掘进机机身及截割头位姿视觉测量系统。在掘进工作面的巷道顶部安装3个激光指向仪,通过固定安装在掘进机机身上的防爆相机对激光束图像进行采集,利用改进的随机Hough变换对激光束进行直线检测,通过建立的基于两点三线的掘进机位姿解算模型得到掘进机机身在巷道坐标下的位姿。同时,通过防爆相机对截割部所安装的红外标靶图像进行采集,利用高斯曲面拟合算法对光斑进行中心定位,通过建立的基于对偶四元数的掘进机截割头位姿解算模型得到截割头在机身坐标系下的位姿,结合得到的机身坐标系与巷道坐标系间的转换关系,得到巷道坐标系下的截割头中心点位姿。最终,在实验室搭建了掘进机机身及截割头位姿视觉测量平台,并在该平台上模拟掘进机的实际工况位姿,结果表明,该方法测得的掘进机截割头中心点在巷道坐标系下的姿态测量误差在0.5°范围以内,位置测量误差在40mm以内,可以满足掘进机机身及截割头位姿自动、准确、实时测量的要求。 展开更多
关键词 悬臂式掘进机 截割头位姿 视觉测量 随机HOUGH变换 高斯曲面拟合
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基于卷积神经网络的结构损伤识别 被引量：46
4
作者 李雪松 马宏伟 林逸洲 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期159-167,共9页
为解决结构的健康监测问题,找到合适的结构损伤识别特征,使用卷积神经网络提取结构特征来识别损伤,并通过IASC-ASCE SHM Benchmark第一阶段模拟数据验证其有效性,同时与小波包频带能量特征、前五阶本征模态函数能量特征做同分类器准确... 为解决结构的健康监测问题,找到合适的结构损伤识别特征,使用卷积神经网络提取结构特征来识别损伤,并通过IASC-ASCE SHM Benchmark第一阶段模拟数据验证其有效性,同时与小波包频带能量特征、前五阶本征模态函数能量特征做同分类器准确率对比,证明了卷积神经网络在自动提取特征方面的优势。在分析卷积神经网络自动提取特征的鲁棒性时,发现单一噪声数据训练的特征抗噪能力有一定局限性,为了获得更好的特征抗噪能力,提出混合噪声训练模式,验证了含噪声0%～50%的样本数据,均取得良好识别结果。同时在进行卷积核特征可视化工作中发现,混噪模式训练的卷积核能够识别更多阶次的频率信息。 展开更多
关键词 卷积神经网络 BENCHMARK 小波包频带能量 经验模式分解
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煤矿远程智能掘进面临的挑战与研究进展 被引量：42
5
作者 张旭辉 杨文娟 +10 位作者 薛旭升 张超 万继成 毛清华 雷孟宇 杜昱阳 马宏伟 赵友军 李晓鹏 胡成军 田胜利 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期579-597,共19页
煤矿巷道掘进智能化相关理论与技术研究是当前解决“采掘失衡”难题的基石。远程智能掘进是实现少人甚至无人化掘进作业的根本目标和远景,面临单一掘进装备定位与控制、设备群协同、人-机-环感知与呈现,以及远程智能决策等瓶颈问题。聚... 煤矿巷道掘进智能化相关理论与技术研究是当前解决“采掘失衡”难题的基石。远程智能掘进是实现少人甚至无人化掘进作业的根本目标和远景,面临单一掘进装备定位与控制、设备群协同、人-机-环感知与呈现,以及远程智能决策等瓶颈问题。聚焦巷道近程或地面远程智能掘进场景控制需求,提出了数字孪生驱动掘进装备远程智能控制技术构架,通过构建掘进工作面数字孪生体,将井下人员、设备、环境相关信息呈现到数字空间,虚实融合,共智互驱,达到数字掘进与物理掘进智能协同的目标,破解掘进施工中人-机-环共生安全难题;针对掘-支-运并行作业要求,提出以掘进为智能化核心,自动钻锚和高效转运辅助的远程控制构架,介绍了远程虚拟呈现、精确位姿感知、孪生数据共享、虚实同步驱动、工艺记忆截割、设备群碰撞预警等方面的研究进展,以“DT+VR”远程决策、“视觉+”位姿测量、“人工示教”记忆截割,以及“虚拟设备”碰撞预警等四大核心技术,解决智能决策、精确定位(定向导航和成形质量的基础)、轨迹规划和设备群碰撞预警难题,总结了平面防爆玻璃以及光学球罩折射建模与矫正、振动工况下成像模糊机理、掘进机机身位姿精准测量、定向导航与纠偏、轨迹示教记忆截割,设备群协同与数字孪生驱动等基础理论和技术,以视觉感知的成像折射校正和去模糊入手,系统介绍视觉技术在定位、定向、定形截割方面的进展,并分析了数字孪生驱动技术是实现智能远程掘进工作常态化生产的有效途径。上述核心技术在实验室测试及陕煤小保当、榆林大海则等煤矿井下掘进工作面进行了初步验证,为解决煤矿远程智能掘进提供了新的实现路径。 展开更多
关键词 远程智能掘进 掘进数字孪生 “视觉+”位姿测量 掘进记忆截割 虚拟碰撞
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煤矿巡检机器人同步定位与地图构建方法研究 被引量：41
6
作者 杨林 马宏伟 +2 位作者 王岩 王川伟 张珍珍 《工矿自动化》 北大核心 2019年第9期18-24,共7页
针对煤矿井下无GPS环境下巡检机器人自主定位问题,研究了基于激光雷达的同步定位与地图构建方法。首先建立激光雷达观测模型和里程计预测模型,将机器人定位和地图构建的实际问题转换为概率数学模型的逻辑推理问题。同时采用自适应蒙特... 针对煤矿井下无GPS环境下巡检机器人自主定位问题,研究了基于激光雷达的同步定位与地图构建方法。首先建立激光雷达观测模型和里程计预测模型,将机器人定位和地图构建的实际问题转换为概率数学模型的逻辑推理问题。同时采用自适应蒙特卡罗定位算法进行机器人实时位姿估计,提出了根据粒子权重(地图的匹配度)进行重采样的方法,以去除权重小的粒子,实现了用较少、较好粒子精确表达机器人位姿的后验概率分布,满足机器人利用传感器在栅格地图上实时定位的需求。通过对Fast-SLAM算法进行优化,减少了粒子数量,缓解了粒子耗散,提高了地图构建的精确性。实验结果表明,基于激光雷达的同步定位与地图构建方法有效解决了巡检机器人实时位姿估计和环境地图构建的问题,结合自适应蒙特卡罗定位算法和优化Fast-SLAM算法提高了机器人定位的自适应性和地图构建的精确性。 展开更多
关键词 煤矿巡检机器人 位姿估计 同步定位 地图构建 地图匹配 激光雷达
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煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航研究 被引量：38
7
作者 马宏伟 王岩 杨林 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期2193-2206,共14页
煤矿井下移动机器人是煤矿机器人的主力军,煤矿井下移动机器人的自主导航是其研究的难点和热点。目前,煤矿井下移动机器人自主导航所必须的三维环境数据库尚未形成,尤其是制作高分辨率、多信息融合的煤矿井下高精度地图还处于研究阶段... 煤矿井下移动机器人是煤矿机器人的主力军,煤矿井下移动机器人的自主导航是其研究的难点和热点。目前,煤矿井下移动机器人自主导航所必须的三维环境数据库尚未形成,尤其是制作高分辨率、多信息融合的煤矿井下高精度地图还处于研究阶段。为了有效解决煤矿井下移动机器人自主导航问题,构建了基于深度相机的机器视觉系统,提出了一种基于深度视觉的导航方法,自主导航过程分为地图创建与自主运行两个阶段。在地图创建中:①对深度视觉数据进行特征提取与匹配,利用10组煤矿井下真实视频截图,对比测试5种特征提取与匹配组合算法,结果表明SURF+SURF+FLANN与GFTT+BRIEF+BF算法能够在煤矿井下获得良好匹配结果;②建立煤矿井下移动机器人深度视觉定位与建图问题的捆集调整迭代最近点图模型(Iterative Closest Points Bundle Adjustment,ICP BA);③通过图优化方式估计当前观测下的最优位姿与环境路标点坐标。在实验室场景中利用提出的ICP-BA图优化算法,建立了包含关键位姿与三维环境点的原始点云地图。在自主运行阶段:①通过八叉树数据结构,将点云地图转化为移动机器人运动规划可使用的Octomap导航地图,实验结果表明,Octomap导航地图分辨率可调、系统资源占用低、索引效率高;②使用三维到二维映射的视觉图匹配PNP(Perspective N Points)方法进行实时在线重定位;③基于图搜索的A*(A Star)路径规划作为轨迹规划初值,自定义最小化能量损失泛函为最小化加加速度的变化率(Minimum-Snap)求解2次规划问题,生成用于煤矿井下移动机器人运动执行的轨迹。在Matlab开发环境中设计随机导航地图,生成时间分配、位置、速度、加速度、加加速度的最优轨迹规划结果,验证了运动规划算法的正确性。通过理论分析和实验验证,表明笔者提出的煤矿井下移动机器人深度视觉自主导 展开更多
关键词 煤矿井下移动机器人 自主导航 深度视觉 地图创建 重定位 运动规划
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矿用带式输送机智能监测系统研究 被引量：29
8
作者 毛清华 毛金根 +2 位作者 马宏伟 张旭辉 李铮 《工矿自动化》 北大核心 2020年第6期48-52,58,共6页
针对矿用带式输送机运行过程中存在的托辊、滚筒等关键部件与输送带摩擦发热,钢丝绳芯输送带内部损伤与撕裂,运行功耗大等问题,设计了一种矿用带式输送机智能监测系统。该系统包括基于弱磁检测法的钢丝绳芯输送带损伤监测系统、基于红... 针对矿用带式输送机运行过程中存在的托辊、滚筒等关键部件与输送带摩擦发热,钢丝绳芯输送带内部损伤与撕裂,运行功耗大等问题,设计了一种矿用带式输送机智能监测系统。该系统包括基于弱磁检测法的钢丝绳芯输送带损伤监测系统、基于红外热成像温度检测法的带式输送机关键部件故障诊断与预警系统和基于视觉检测法的煤流监测、异物监测、胶带撕裂监测及人员安全监测系统,详细介绍了各系统的实现原理。对钢丝绳芯输送带内部损伤识别及带式输送机关键部件故障诊断预警进行了实验验证,结果表明该系统对钢丝绳芯输送带损伤识别的准确率约为98%,且可准确识别带式输送机关键部件故障并发出预警。 展开更多
关键词 矿用带式输送机 智能监测 输送带损伤监测 输送带撕裂监测 煤流监测 人员安全监测 故障诊断与预警
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多传感器信息的悬臂式掘进机空间位姿监测系统研究 被引量：23
9
作者 毛清华 张旭辉 +1 位作者 马宏伟 薛旭升 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第12期41-47,共7页
根据煤矿综掘工作面悬臂式掘进机远程自动化开采需要实现掘进机空间位姿实时精确监测的需求,提出了一种多传感器信息的煤矿悬臂式掘进机空间位姿监测系统方案,建立了掘进机空间位姿数学模型。该系统运用油缸行程传感器检测截割臂姿态角... 根据煤矿综掘工作面悬臂式掘进机远程自动化开采需要实现掘进机空间位姿实时精确监测的需求,提出了一种多传感器信息的煤矿悬臂式掘进机空间位姿监测系统方案,建立了掘进机空间位姿数学模型。该系统运用油缸行程传感器检测截割臂姿态角,运用超声、激光和惯导与地磁融合的组合惯导检测掘进机机身空间位姿。构建了煤矿悬臂式掘进机远程监控试验平台,并对掘进机位姿传感检测系统进行了试验测试。试验结果表明:基于油缸行程传感器的截割臂升降角度模型误差为0.23°,超声传感器的机身偏航位移检测误差为0.024 m,激光传感器的车前距检测误差为0.006 m,惯导与地磁融合的组合惯导信号不仅不被防爆外壳屏蔽,而且克服了惯导航向角随时间产生累积误差的难题,航向角检测误差在0.2°范围内。 展开更多
关键词 悬臂式掘进机 多传感器 位姿监测 组合惯导 地磁
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楔状缺损充填治疗的研究进展 被引量：23
10
作者 马宏伟 王津惠 刘政君 《口腔医学》 CAS 2018年第3期285-288,共4页
临床上治疗楔状缺损的方法主要是充填治疗,而充填治疗后易发生边缘微渗漏、牙本质敏感、充填体脱落、继发龋等问题。目前针对以上问题各种新技术及新材料不断涌现。本文就楔状缺损充填治疗的研究进展作一综述,为口腔临床医生提供借鉴。
关键词 楔状缺损 粘结 复合树脂
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煤矿掘进机器人系统智能并行协同控制方法 被引量：21
11
作者 马宏伟 王鹏 +6 位作者 王世斌 毛清华 石增武 夏晶 杨征 薛旭升 王川伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2057-2067,共11页
煤矿巷道掘进长期存在的“采快掘慢”“掘快支慢”顽症,尤其是掘进工作面装备成套化、自动化、智能化程度偏低、顺序作业工艺技术落后等问题,严重影响生产接续和安全高效开采。对此,研发了护盾推移式煤矿巷道掘进机器人系统成套装备,提... 煤矿巷道掘进长期存在的“采快掘慢”“掘快支慢”顽症,尤其是掘进工作面装备成套化、自动化、智能化程度偏低、顺序作业工艺技术落后等问题,严重影响生产接续和安全高效开采。对此,研发了护盾推移式煤矿巷道掘进机器人系统成套装备,提出了一种煤矿巷道掘进机器人系统智能并行协同控制方法。首先,结合掘进机器人系统与巷道的耦合关系,分析了掘进机器人系统中各个子系统之间的相关性以及多任务之间的相互影响机理,得出了决定掘进效率的关键因素在于截割机器人和钻锚机器人的并行协同控制;其次,针对钻锚机器人各钻机之间的时空关系,构建了多钻机多任务协同钻锚作业数学模型,获得了钻机布置排距、排数及其各排钻锚任务数,同时使用优化组合的方法进行求解,并对计算结果通过安全距离最大原则进行优化,获得了钻锚机器人各排钻机最佳时空匹配策略;最后,通过钻锚机器人系统并行协同控制仿真和实验,证明了该方法的有效性;通过对掘进机器人工作时截割机器人与钻锚机器人的时序分析,得出优化后的钻锚机器人工作时间能够与截割机器人工作时间有效匹配,2者能够并行协同的完成截割和钻锚任务。该方法已经应用在团队研发的煤矿智能掘进机器人系统上,实现了多机器人系统的智能并行协同控制。具有智能并行协同控制的掘进机器人系统已经在大断面(6.50 m×4.25 m)、夹矸与片帮共存的巷道运行近10个月,经受了夹矸厚度达2.1 m、硬度f=5-7的严酷考验,日进尺突破50 m。 展开更多
关键词 掘进机器人 协同控制 煤矿巷道 钻锚机器人 优化组合 时序分析
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人参皂苷诱导骨髓间充质干细胞干预糖尿病大鼠皮肤溃疡的愈合及Wnt/β-catenin信号表达 被引量：20
12
作者 马红伟 刘攀云 张雅琼 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2019年第33期5300-5306,共7页
背景:以往研究表明骨髓间充质干细胞在促进创面愈合方面已经取得了一定成效,能明显促进创面皮肤的恢复,但关于基因及药物调控的相关研究目前尚未取得突破性进展。目的:分析人参皂苷诱导骨髓间充质干细胞对糖尿病皮肤溃疡大鼠愈合作用及... 背景:以往研究表明骨髓间充质干细胞在促进创面愈合方面已经取得了一定成效,能明显促进创面皮肤的恢复,但关于基因及药物调控的相关研究目前尚未取得突破性进展。目的:分析人参皂苷诱导骨髓间充质干细胞对糖尿病皮肤溃疡大鼠愈合作用及其对Wnt/β-catenin信号表达的影响。方法:选取SPF级Wistar雄性大鼠61只,其中1只行骨髓间充质干细胞培养,另外60只随机数字表法将模型大鼠分成4组,空白组、糖尿病皮肤溃疡组、骨髓间充质干细胞组及人参皂苷诱导骨髓间充质干细胞组,除空白组,其他各组大鼠制备糖尿病皮肤溃疡模型,造模后6h糖尿病皮肤溃疡组和空白组大鼠由尾静脉注入1 mL细胞培养液,骨髓间充质干细胞组注入1 mL骨髓间充质干细胞悬液(细胞浓度2.0×10^9 L^-1),人参皂苷诱导骨髓间充质干细胞组注入1 mL人参皂苷诱导分化骨髓间充质干细胞悬液(细胞浓度2.0×10^9 L^-1)。实验方案经已于2016年12月获得解放军二五一医院动物伦理学委员会批准开展进行,批准号:20161211。结果与结论:与空白组相比,糖尿病皮肤溃疡组大鼠血清白细胞介素1、超敏C-反应蛋白、肿瘤坏死因子α含量上升,血小板衍生生长因子、血管内皮生长因子、碱性成纤维因子含量下降;与糖尿病皮肤溃疡组相比,骨髓间充质干细胞组及人参皂苷诱导骨髓间充质干细胞组大鼠血清白细胞介素1、超敏C-反应蛋白、肿瘤坏死因子α含量下降,血小板衍生生长因子、血管内皮生长因子、碱性成纤维因子含量上升;与骨髓间充质干细胞组相比,人参皂苷诱导骨髓间充质干细胞组大鼠血清白细胞介素1、超敏C-反应蛋白含量下降,血小板衍生生长因子、血管内皮生长因子、碱性成纤维因子含量上升;与空白组相比,糖尿病皮肤溃疡组大鼠成纤维细胞数和新生毛细血管数密度下降;与糖尿病皮肤溃疡组相比,骨髓� 展开更多
关键词 糖尿病皮肤溃疡 创面愈合 骨髓间充质干细胞 人参皂苷 成纤维细胞数 毛细血管密度 炎症细胞因子 Wnt/β-catenin信号通路
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针灸联合硫辛酸注射液及甲钻胺治疗糖尿病周围神经病变的临床效果 被引量：19
13
作者 李桂云 张雅琼 +2 位作者 刘攀云 马红伟 黄继良 《中国医药》 2018年第8期1164-1167,共4页
目的探讨针灸联合硫辛酸注射液及甲钻胺治疗糖尿病周围神经病变的临床效果。方法选取解放军第二五一医院2011年5月至2016年5月收治的112例糖尿病周围神经病变患者,按照随机数字表法分为观察组和对照组,各56例。对照组在基础治疗方案上... 目的探讨针灸联合硫辛酸注射液及甲钻胺治疗糖尿病周围神经病变的临床效果。方法选取解放军第二五一医院2011年5月至2016年5月收治的112例糖尿病周围神经病变患者,按照随机数字表法分为观察组和对照组,各56例。对照组在基础治疗方案上给予硫辛酸注射液及甲钴胺进行治疗;观察组在对照组基础上给予针灸治疗。比较2组疗效及治疗前后正中神经和腓总神经的运动神经传导速度(MNCV)和感觉神经传导速度(SNCV)。结果观察组治疗后总有效率明显高于对照组[94.6%(53/56)比71.4%(40/56)],差异有统计学意义(P<0.05)。2组治疗前正中神经和腓总神经的MNCV、SNCV比较,差异均无统计学意义(均P>0.05)。治疗后,2组正中神经和腓总神经的MNCV、SNCV均明显高于治疗前,且观察组改善差值均明显高于对照组[正中神经:(6.4±1.9)m/s比(2.8±0.6)m/s、(4.3±0.5)m/s比(1.3±0.4)m/s;腓总神经:(5.2±0.4)m/s比(1.1±0.6)m/s、(4.4±0.6)m/s比(1.3±0.5)m/s],差异均有统计学意义(均P<0.05)。结论针灸联合硫辛酸注射液及甲钻胺治疗糖尿病周围神经病变能改善患者症状、体征,提高神经传导速度,疗效明显优于只使用硫辛酸注射液及甲钴胺治疗。 展开更多
关键词 糖尿病周围神经病变 针灸 硫辛酸注射液 甲钴胺
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基于余弦定理-PID的煤矸石分拣机器人动态目标稳准抓取算法 被引量：19
14
作者 王鹏 曹现刚 +2 位作者 马宏伟 吴旭东 夏晶 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期4240-4247,共8页
针对煤矿生产中煤矸石分拣问题,提出机器人分拣方案,并对机器人在跟踪和分拣煤矸石时出现延时、抖动、冲击、分拣速度低等现象进行了分析和讨论。通过分析发现,出现这些现象的主要原因是煤矸石属于大质量、快速移动分拣对象,同时决定了... 针对煤矿生产中煤矸石分拣问题,提出机器人分拣方案,并对机器人在跟踪和分拣煤矸石时出现延时、抖动、冲击、分拣速度低等现象进行了分析和讨论。通过分析发现,出现这些现象的主要原因是煤矸石属于大质量、快速移动分拣对象,同时决定了机器人机械本体具有较大的惯性负载,传统的跟踪算法由于较大的数据量不适于机器人对大质量、动态目标的快速跟踪与稳定抓取。针对该问题,结合实际工况以及不同追踪方法的优点,提出了基于余弦定理-PID的动态目标抓取算法。首先,利用梯形速度运动规律进行了轨迹规划,并建立了带有圆弧过渡的门字型轨迹;然后,对动态环境下的大质量、动态目标抓取问题建立了数学模型,并针对该数学模型提出了基于余弦定理-PID的动态目标抓取算法。该算法首先通过余弦定理计算出机器人理论抓取点,控制机器人快速到达理论抓取点后,再通过位置-速度双环PID算法控制机械臂末端与煤矸石进行同步。算法测试结果表明:该算法通过余弦定理计算出理论抓取点,能在很大程度上减小机械臂跟踪煤矸石时间,并使得机器人末端快速逼近目标,提高跟踪效率,并通过位置-速度双环PID算法控制机械臂末端与煤矸石进行同步,以保证机械手对煤矸石进行稳准抓取,有效解决了机器人在抓取过程中出现的延迟、抖动和冲击问题。样机实验结果表明:利用该算法能使煤矸石分拣机器人以最优时间进行大质量、动态目标的稳准抓取,单机器人抓取速度可达25次/min,验证了算法的准确性、高效性与稳定性。 展开更多
关键词 煤矸石分拣 动态抓取 余弦定理 PID追踪 轨迹规划
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基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究 被引量：17
15
作者 马宏伟 张璞 +1 位作者 毛清华 周颖 《工矿自动化》 北大核心 2019年第4期35-42,共8页
针对现有煤矿井下移动机器人定位方法存在定位难、精度低的问题,提出了一种基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法。该方法利用卡尔曼滤波对捷联惯导进行初始对准,以此确定定位的初始坐标,得到初始姿态转换矩阵;利用捷联惯导独立完... 针对现有煤矿井下移动机器人定位方法存在定位难、精度低的问题,提出了一种基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法。该方法利用卡尔曼滤波对捷联惯导进行初始对准,以此确定定位的初始坐标,得到初始姿态转换矩阵;利用捷联惯导独立完成机器人位置解算,同时利用里程计输出的速度信息与捷联惯导输出的实时姿态转换矩阵进行航位推算解算,再次得到机器人的位置信息;为了减少累积误差对捷联惯导的影响,使用里程计和捷联惯导构成航位推算系统,采用Sage-Husa自适应滤波设计组合定位算法,选择误差作为系统状态,经过滤波计算和校正,可获得机器人的精确位置信息。实验结果表明,该方法可实现机器人实时定位,有效减少捷联惯导累积误差的影响;定位精度较高,机器人在Y向运动4.3m,Z向运动0.25m后,Y向定位误差为0.25m,Z向定位误差为0.005m。 展开更多
关键词 煤矿井下机器人 移动机器人定位 捷联惯导 里程计 初始对准 航位推算
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非药物分娩镇痛的应用现状及研究进展 被引量：16
16
作者 马宏伟 姚强 《西部医学》 2018年第5期769-772,共4页
分娩疼痛是一种内脏性疼痛,是导致围产期母婴不良妊娠结局的原因之一,其强度及镇痛措施的效果与产妇的生理因素、心理因素及社会因素相关。非药物分娩镇痛措施为产妇提供心理支持和生理调节技术以达到分娩镇痛、促进自然分娩的目的。其... 分娩疼痛是一种内脏性疼痛,是导致围产期母婴不良妊娠结局的原因之一,其强度及镇痛措施的效果与产妇的生理因素、心理因素及社会因素相关。非药物分娩镇痛措施为产妇提供心理支持和生理调节技术以达到分娩镇痛、促进自然分娩的目的。其对产程及母婴影响小、安全性高、依从性好、经济易行,适用范围广,有利于促进产程进展,减少产科和麻醉干预措施,改善妊娠结局。本文就国内外常用的非药物分娩镇痛方法的应用现状及研究进展进行综述。 展开更多
关键词 非药物 分娩疼痛 分娩镇痛
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矿井主通风机振动在线监测与故障诊断系统 被引量：15
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作者 杨一晴 马宏伟 +3 位作者 樊红卫 张超 张勇强 韩磊 《煤矿机械》 北大核心 2019年第12期161-163,共3页
通风机是影响煤矿生产安全的重要设备,通常要求其连续工作而不能频繁停机。为了实时监控通风机的运行状态,设计了振动在线监测与故障诊断系统。系统接入振动信号,多个通道同步采集振动信息,经信号预处理后分别进行时域和频域分析;结合... 通风机是影响煤矿生产安全的重要设备,通常要求其连续工作而不能频繁停机。为了实时监控通风机的运行状态,设计了振动在线监测与故障诊断系统。系统接入振动信号,多个通道同步采集振动信息,经信号预处理后分别进行时域和频域分析;结合设备实际运行状况,设置故障阈值以判断设备当前状态和故障情况。在某煤矿主通风机上进行了生产现场应用验证,实际提取的通风机特征频率与理论计算值误差小于5%,证明了系统功能正常、数据分析准确可靠。 展开更多
关键词 通风机 振动监测 故障诊断
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多机械臂煤矸石智能分拣机器人关键共性技术研究 被引量：11
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作者 马宏伟 张烨 +2 位作者 王鹏 魏小荣 周文剑 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期427-436,共10页
依据我国煤矿智能绿色发展战略,深入分析了国内外智能拣矸系统的研究现状,指出研发适用于井下的多机械臂煤矸石智能分拣机器人是破解煤矸分拣难题的重要发展方向,凝练了直接影响和制约我国煤矸石智能分拣高质量发展的“煤矸石准确识别... 依据我国煤矿智能绿色发展战略,深入分析了国内外智能拣矸系统的研究现状,指出研发适用于井下的多机械臂煤矸石智能分拣机器人是破解煤矸分拣难题的重要发展方向,凝练了直接影响和制约我国煤矸石智能分拣高质量发展的“煤矸石准确识别、精准跟踪和可靠抓取、多目标任务多机械臂协同分拣”三大关键共性技术难题,并给出了解决思路和方法。针对煤矿井下煤矸石被煤泥严重包裹识别难,提出了“X射线+视觉”煤矸石识别与匹配方法、基于点云数据的煤矸石抓取特征提取方法,实现目标矸石的快速识别和最优抓取特征提取;针对煤矸石形态各异、动态环境抓取难,提出了基于ORB+BEBLID特征的FLANN动态目标高效匹配方法、基于FDSST的动态目标精准跟踪方法、基于三环PID的机械臂同步跟踪轨迹规划方法,实现机械手对高速传输的动态矸石稳定抓取;针对煤矸石随机分布、障碍多、多机械臂任务分配难,提出了改进匈牙利算法的多机械臂动态空间协同分拣方法,确保系统收益的前提下实现多机械臂在动态空间中高效协同工作。现场工业性试验研究结果表明,针对三大关键共性技术所提出的方法能够有效破解煤矸石高效识别和抓取特征提取、机械臂动态目标同步跟踪稳定抓取、多机械臂高效协同分拣等难题,通过构建完整的多机械臂煤矸石智能分拣机器人系统,提高了煤矸石智能分拣系统的可靠性和分拣效率。 展开更多
关键词 煤矸石智能分拣 分拣机器人 煤矸识别 稳定抓取 智能协同分拣
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基于激光惯性融合的煤矿井下移动机器人SLAM算法 被引量：14
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作者 杨林 马宏伟 王岩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期3523-3534,共12页
煤矿巷道、采掘工作面等作业区域具有典型的半结构化或非结构化环境特征,且GPS无法在煤矿井下直接应用,亟需构建适用于煤矿井下移动机器人的自主定位系统方案,解决机器人精确定位、状态估计等问题。针对上述问题,提出了一种基于激光惯... 煤矿巷道、采掘工作面等作业区域具有典型的半结构化或非结构化环境特征,且GPS无法在煤矿井下直接应用,亟需构建适用于煤矿井下移动机器人的自主定位系统方案,解决机器人精确定位、状态估计等问题。针对上述问题,提出了一种基于激光惯性的融合SLAM算法,实现了移动机器人在煤矿井下实时输出稳健的6DOF状态估计和全局一致的同步定位与地图构建。该算法由前端迭代卡尔曼滤波和后端位姿图优化2部分组成。该方法首先在前端,将传感器数据经过预处理,构建了观测模型和预测模型,建立了迭代卡尔曼滤波器,结合机器人先验位姿经过预测和观测的状态传播过程,使其状态更新后的后验位姿更加准确,如此循环迭代得到了基于紧耦合的激光惯性里程计,增强了机器人在这种非结构环境下的鲁棒性。其次在后端,部署了关键帧的选取策略,以限制状态估计的数量,满足其在大尺度场景下实时性的要求。同时,在优化框架中添加了地面约束和回环检测,优化了相邻关键帧之间的相对位姿,以确保全局地图的一致性,从而进一步提高了机器人6DOF状态估计的整体精度。最后,分别在公开数据集和自采数据集上验证了该算法的性能。实验结果表明:针对煤矿井下这种特殊的非结构环境,与现有的激光SLAM算法相比,提出的算法使机器人具有更高的精度、实时性和鲁棒性,有效降低了系统的累积误差,保证了所构建地图的全局一致性。 展开更多
关键词 移动机器人 激光雷达 惯性导航 状态估计 同步定位与地图构建 煤矿
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煤矿智能单轨吊研究进展与关键技术 被引量：11
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作者 马宏伟 段优优 +5 位作者 薛旭升 孙思雅 张烨 王川伟 郭逸风 崔闻达 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第6期57-67,共11页
分析了目前常用的5种矿用单轨吊(即防爆柴油机单轨吊、防爆蓄电池单轨吊、气动单轨吊、绳牵引单轨吊和电缆拖挂单轨吊)的优缺点,指出防爆柴油机单轨吊和防爆蓄电池单轨吊因运输能力强,已广泛应用于煤矿井下设备及物料运输,防爆蓄电池单... 分析了目前常用的5种矿用单轨吊(即防爆柴油机单轨吊、防爆蓄电池单轨吊、气动单轨吊、绳牵引单轨吊和电缆拖挂单轨吊)的优缺点,指出防爆柴油机单轨吊和防爆蓄电池单轨吊因运输能力强,已广泛应用于煤矿井下设备及物料运输,防爆蓄电池单轨吊因其绿色清洁的特点,逐渐成为煤矿井下辅助运输的重点研发装备。从电池驱动、定位、测控、信息传输4个方面分析了矿用单轨吊系统的研究现状,指出目前的矿用单轨吊系统存在自动化、智能化水平低等问题,要实现单轨吊智能化运输,需研究单轨吊锂电池防爆及电池管理、全局与局部融合精确定位、多传感器信息融合智能测控、边缘计算信息传输等关键技术。针对锂电池防爆及电池管理技术,提出了基于变密度法的防爆大容量锂电池结构拓扑优化设计方法,及基于改进麻雀搜索算法/遗传算法的均衡管理方案;针对精确定位技术,提出了惯导+里程计融合的全局定位方法,及基于视觉+UWB组合的局部定位方法;针对智能测控技术,提出了基于递推最小二乘算法/二阶近似扩展卡尔曼滤波的智能检测方法、随动电子围栏实时构建方法和基于模糊规则的矢量控制方法;针对信息传输技术,提出了基于融合5G网络的“本地-近程-地面”通信系统架构,及基于边缘计算的分布式数据计算及传输方法。煤矿智能单轨吊关键技术问题和解决方案的提出,为加快煤矿智能单轨吊发展提供了一种新思路。 展开更多
关键词 智能单轨吊 防爆柴油机单轨吊 防爆蓄电池单轨吊 气动单轨吊 绳牵引单轨吊 电缆拖挂单轨吊 电池驱动 精确定位 智能测控 边缘计算信息传输
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