我国地下矿山凿岩装备应用现状与凿岩智能化发展方向 被引量：20

1

作者 吴昊骏 纪洪广 +1 位作者 龚敏 刘翔宇 《金属矿山》 CAS 北大核心 2021年第1期185-201,212,共18页

数字化、智能化是凿岩台车等大型设备未来的发展趋势。为明晰国产凿岩台车的研究方向,结合我国地下矿山钻爆施工中凿岩台车的应用现状,定量对比评价了现场使用凿岩台车在钻孔精确度、钻孔效率、人员安全性、环保指标等方面的技术优势及... 数字化、智能化是凿岩台车等大型设备未来的发展趋势。为明晰国产凿岩台车的研究方向,结合我国地下矿山钻爆施工中凿岩台车的应用现状,定量对比评价了现场使用凿岩台车在钻孔精确度、钻孔效率、人员安全性、环保指标等方面的技术优势及问题。结果表明:使用凿岩台车钻孔,一般单孔凿岩时间为2~3 min,凿岩效率为同等条件下使用气动凿岩机钻孔的2~4倍;配合合理的爆破手段,月进尺能提高50%~70%;现场使用凿岩台车时,面临机械性能和钻爆工艺不匹配、较气动凿岩机开挖超挖量大以及人员培训落后于实际需要等问题。在此基础上,总结了现阶段凿岩台车智能化发展进展。研究表明:通过补偿技术,国内一些钻孔定位平均定位精度在5 cm以下,可满足施工要求;借助视觉辅助定位与导航方法、5G技术及物联网等先进技术,能够实现少人化、无人化的作业目标。最后进一步分析了研发、推广国产凿岩台车面临的不足与挑战,总结并展望了国产凿岩台车的发展路线。 展开更多

关键词 地下矿山 矿山建设 凿岩台车 凿岩机器人 巷道掘进 钻爆法

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凿岩台车自动化控制系统的发展、现状及展望 被引量：14

2

作者 王恒升 何清华 邓春萍 《测控技术》 CSCD 2007年第3期1-4,共4页

综述了凿岩台车自动控制系统的发展历程,以Atlas最新推出的全电脑控制凿岩台车为例,介绍了台车自动控制系统的现状。提出模块化的软硬件设计,分布式控制,网络服务和三维图形显示技术是凿岩台车计算机控制系统的进一步发展方向。介绍了... 综述了凿岩台车自动控制系统的发展历程,以Atlas最新推出的全电脑控制凿岩台车为例,介绍了台车自动控制系统的现状。提出模块化的软硬件设计,分布式控制,网络服务和三维图形显示技术是凿岩台车计算机控制系统的进一步发展方向。介绍了我国第一台隧道凿岩机器人控制系统,提出了进一步研究的几个关键问题。 展开更多

关键词 凿岩台车 隧道凿岩机器人 自动控制 综述与展望

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隧道凿岩机器人钻臂移位跟踪与控制系统 被引量：12

3

作者 谢习华 何清华 郭勇 《凿岩机械气动工具》 北大核心 2000年第2期31-34,共4页

二十多年前 ,国外就开始了隧道凿岩机器人的研究 ,近些年 ,国内也开始研制这种设备 ,应用市场较大。现介绍一种由国内自行研制的隧道凿岩机器人的钻臂自动移位控制系统及其组成和工作原理 ,并介绍了一套实现其工作的控制软件系统。

关键词 隧道凿岩机器人 自动控制 控制软件

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双三角钻臂及其液压系统的建模与参数估计 被引量：11

4

作者 何清华 李力争 周宏兵 《中南工业大学学报》 CSCD 北大核心 2001年第5期519-522,共4页

双三角钻臂具有结构紧凑、运行平稳、凿岩无盲区等优点 ,被凿岩机器人所采用 .为了控制钻臂 ,对轨迹进行跟踪和精确定位 ,要求建立钻臂及其液压系统的数学模型 .然而 ,该系统十分复杂 ,具有非线性和快时变的特点 ,要建立其精确的模型很... 双三角钻臂具有结构紧凑、运行平稳、凿岩无盲区等优点 ,被凿岩机器人所采用 .为了控制钻臂 ,对轨迹进行跟踪和精确定位 ,要求建立钻臂及其液压系统的数学模型 .然而 ,该系统十分复杂 ,具有非线性和快时变的特点 ,要建立其精确的模型很困难 ,也没有必要 .作者从液压系统的流量方程、连续性方程和力平衡方程入手 ,对双三角钻臂及其液压驱动系统机理建模 .在建模过程中 ,忽略一些对模型精度影响不大的次要因素 ,获得了系统的简化模型 .通过对钻臂的结构和受力进行分析 ,导出了模型中的参数、液压缸负载力的估算公式和估算方法 。 展开更多

关键词 双三角钻臂 凿岩机器人 建模 液压系统 参数估计

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凿岩机器人钻臂定位控制交叉精英反向粒子群算法 被引量：12

5

作者 黄开启 陈荣华 丁问司 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期303-311,共9页

在利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)进行凿岩机器人钻臂定位过程中,存在收敛速度慢和易于陷入局部最优解等问题.为此,提出一种交叉精英反向粒子群优化算法(crossover elite opposition-based particle swarm optimi... 在利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)进行凿岩机器人钻臂定位过程中,存在收敛速度慢和易于陷入局部最优解等问题.为此,提出一种交叉精英反向粒子群优化算法(crossover elite opposition-based particle swarm optimization,CEOPSO)并给出算法的流程.建立凿岩机器人钻臂运动学模型并对其逆向运动学进行求解.将交叉算子引入EOPSO中,采用自适应惯性权重和交叉概率参数控制技术,在维护粒子个体与最优解之间信息交换的基础上,增加粒子个体之间的信息交换,提高算法的全局搜索能力和钻臂定位效率.仿真结果表明,CEOPSO的平均位置误差和平均姿态误差均小于PSO和EOPSO算法,且迭代过程平稳,可以有效提高凿岩机器人钻臂的定位控制性能. 展开更多

关键词 凿岩机器人 钻臂 定位控制 粒子群优化 精英反向学习 交叉算子 运动学逆解

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基于CAN总线的凿岩机器人分布式控制系统设计 被引量：11

6

作者 王恒升 何清华 薛云 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期711-714,共4页

分析了凿岩机器人控制系统的构成,针对集中控制方式的缺点,提出了分布式控制系统的方案.分配了CAN总线智能节点及其功能,设计了适合于凿岩机器人实时性要求的CAN总线用户协议.提出了各智能节点的通信设计要求,以协调总线上的信息流,减... 分析了凿岩机器人控制系统的构成,针对集中控制方式的缺点,提出了分布式控制系统的方案.分配了CAN总线智能节点及其功能,设计了适合于凿岩机器人实时性要求的CAN总线用户协议.提出了各智能节点的通信设计要求,以协调总线上的信息流,减小总线冲突仲裁所需时间. 展开更多

关键词 分布式控制 凿岩机器人 CAN总线 凿岩台车

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凿岩机器人钻臂定位误差补偿控制交叉精英反向粒子群优化算法 被引量：9

7

作者 黄开启 魏文彬 +1 位作者 陈荣华 丁问司 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2018年第7期1005-1012,共8页

为提高凿岩机器人钻臂末端(钎头)的定位精度,在利用粒子群优化(PSO)算法对关节变量误差进行补偿时,存在收敛速度慢、容易过早陷入局部最优解等问题,为此,提出一种交叉精英反向粒子群优化算法(CEOPSO)并给出算法流程。针对影响误差的两... 为提高凿岩机器人钻臂末端(钎头)的定位精度,在利用粒子群优化(PSO)算法对关节变量误差进行补偿时,存在收敛速度慢、容易过早陷入局部最优解等问题,为此,提出一种交叉精英反向粒子群优化算法(CEOPSO)并给出算法流程。针对影响误差的两个主要因素,采用五参数D-H方法建立钻臂的参数误差模型,在形变关节后引入一个虚拟关节,推导出钻臂的形变误差模型。将交叉算子引入到EOPSO算法中,同时进行自适应惯性权重和交叉概率参数控制,不仅维持了粒子个体与最优解之间的信息交换,而且增加了粒子个体之间的信息交换。对比仿真结果表明,在误差补偿控制过程中,CEOPSO算法具有更优越的最优关节补偿值搜索收敛速度和求解稳定性,提高了凿岩机器人钻臂的定位控制性能。 展开更多

关键词 凿岩机器人 钻臂 误差补偿 粒子群优化 精英反向学习 交叉算子

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凿岩机器人的车体定位 被引量：9

8

作者 何清华 曾桂英 《中南工业大学学报》 CSCD 北大核心 1999年第3期299-302,共4页

凿岩机器人作业前必须首先确定车体的空间位置．作者在机器人运动学研究的基础上，提出了车体定位的方案，以隧道激光束为基准，通过齐次坐标变换，建立了凿岩机器人车体坐标系与隧道断面绝对坐标系关系的数学模型，并编写了快速求解程... 凿岩机器人作业前必须首先确定车体的空间位置．作者在机器人运动学研究的基础上，提出了车体定位的方案，以隧道激光束为基准，通过齐次坐标变换，建立了凿岩机器人车体坐标系与隧道断面绝对坐标系关系的数学模型，并编写了快速求解程序，使在理想断面上设计的爆破孔的位姿方便、快速地变换成机械手各个关节的变量，实现机械手在运动空间的定位。 展开更多

关键词 凿岩机器人 车体定位 坐标变换 凿岩机

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凿岩机器人的建模与运动学分析 被引量：7

9

作者 王宪伦 喻洋 +1 位作者 王道全 崔玉霞 《矿山机械》 2016年第1期90-93,共4页

针对矿井下硬岩钻孔爆破工程,将凿岩机器人钻臂转化成多关节机器人系统。根据D-H模型及几何分析法完成了钻臂的正逆运动学求解,并采用曲线拟合算法,通过构建钻臂后两液压缸与钻臂之间的几何模型,得到了钻臂的俯仰角和偏转角的计算公式;... 针对矿井下硬岩钻孔爆破工程,将凿岩机器人钻臂转化成多关节机器人系统。根据D-H模型及几何分析法完成了钻臂的正逆运动学求解,并采用曲线拟合算法,通过构建钻臂后两液压缸与钻臂之间的几何模型,得到了钻臂的俯仰角和偏转角的计算公式;在此基础上,采用运动学算法对矿车在巷道中的停偏问题进行了纠偏。验证结果表明,所提算法误差在允许范围内,这为凿岩机器人下一步的控制设计打下了基础,在对矿洞开采的自动化、智能化的应用上具有现实意义。 展开更多

关键词 硬岩钻孔 凿岩机器人 D-H模型 运动学 曲线拟合算法

原文传递

一种凿岩机器人机械臂位姿数据采集方案设计 被引量：7

10

作者 王文博 徐巧玉 +1 位作者 王军委 姬周珂 《河南科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2020年第4期13-18,26,M0003,共8页

针对传统凿岩机器人机械臂位姿数据采集方案存在采集精度不高、抗干扰能力差等问题,提出了一种凿岩机器人机械臂位姿数据采集方案。采用绝对值编码器对机械臂位姿变化数据进行采集,并基于同步串行接口(SSI)差分输入、串行输出的设计方... 针对传统凿岩机器人机械臂位姿数据采集方案存在采集精度不高、抗干扰能力差等问题,提出了一种凿岩机器人机械臂位姿数据采集方案。采用绝对值编码器对机械臂位姿变化数据进行采集,并基于同步串行接口(SSI)差分输入、串行输出的设计方式完成编码器数据传输。选用复杂可编程逻辑器件(CPLD)作为控制器,微处理器(ARM)STM32F412作为系统处理核心,通过控制器局域网络(CAN)接口完成数据输出。实验结果表明:本方案具有良好的采集效果,机械臂末端位置信息在X方向、Y方向和Z方向上的最大误差为9.60 cm,最小误差为0.09 cm,满足隧道施工中偏差不得超过±10 cm的技术要求。该方案保证了采集系统的采集精度,提高了数据传输过程中的抗干扰能力。 展开更多

关键词 凿岩机器人 机械臂 绝对值编码器 姿态 数据采集

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凿岩机器人轨迹跟踪自适应预测控制 被引量：4

11

作者 李力争 何清华 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2003年第1期12-14,17,共4页

将一种输入输出增量式线性时变模型作为对象的实时预测模型 ,采用加权限定记忆回归法来估计模型参数 ,进而提出一种自适应预测控制策略 ,并给出了单步预测最优控制律。简要介绍了凿岩机器人双三角钻臂的结构和运动特性 ,随后将本文提出... 将一种输入输出增量式线性时变模型作为对象的实时预测模型 ,采用加权限定记忆回归法来估计模型参数 ,进而提出一种自适应预测控制策略 ,并给出了单步预测最优控制律。简要介绍了凿岩机器人双三角钻臂的结构和运动特性 ,随后将本文提出的自适应预测控制策略用于双三角钻臂轨迹跟踪控制 ,仿真结果表明了该控制策略的可行性。 展开更多

关键词 轨迹跟踪 自适应预测控制 凿岩机器人 线性时变模型 加权限定记忆回归

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虚拟样机技术及其在隧道凿岩机器人设计中的应用 被引量：1

12

作者 云忠 汤晓燕 《凿岩机械气动工具》 2003年第2期28-32,共5页

凿岩机器人在现代隧道工程中占有十分重要的地位,但昂贵的设计及实验成本阻碍了隧道凿岩机器人技术的进一步发展。虚拟样机技术的出现就可以大大节省产品开发费用,缩短产品研制周期,推进隧道凿岩机器人进入实际应用的进程,具有广泛的发... 凿岩机器人在现代隧道工程中占有十分重要的地位,但昂贵的设计及实验成本阻碍了隧道凿岩机器人技术的进一步发展。虚拟样机技术的出现就可以大大节省产品开发费用,缩短产品研制周期,推进隧道凿岩机器人进入实际应用的进程,具有广泛的发展前景。 展开更多

关键词 虚拟样机技术 凿岩机器人 仿真分祈

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基于上下位机结构的隧道凿岩机器人控制系统 被引量：4

13

作者 谢习华 何清华 +1 位作者 周亮 郭勇 《中国工程机械学报》 2004年第4期433-436,共4页

隧道凿岩机器人控制系统,具有断面轮廓与布孔设计、虚拟实现、车体激光定位、手动可编程逻辑控制器(PLC)控制、电脑导向控制、自动移位与自动凿岩、孔序任务动态规划、故障诊断、人工干预与急停处理等功能.其钻臂是一种双三角直接定位... 隧道凿岩机器人控制系统,具有断面轮廓与布孔设计、虚拟实现、车体激光定位、手动可编程逻辑控制器(PLC)控制、电脑导向控制、自动移位与自动凿岩、孔序任务动态规划、故障诊断、人工干预与急停处理等功能.其钻臂是一种双三角直接定位式钻臂,每一个钻臂一共具有6个转动关节以及3个移动关节,是一种典型的具有多冗余自由度耦合关节型机械臂.机载控制系统采用上下位机结构,规划级和控制级的功能相互独立,减轻下位机的工作负荷,使得控制系统具有较高的实时性与可靠性.并针对钻臂结构及其液压控制系统的特点.介绍控制系统的基本构成、基本工作原理与过程、控制系统的软件实现等. 展开更多

关键词 凿岩机器人 凿岩台车 控制系统 控制器 软件

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凿岩机器人钻臂平行联动机构的机理建模 被引量：3

14

作者 李力争 何清华 《机电工程》 CAS 2001年第2期47-49,共3页

从液压系统的基本方程入手 ,对凿岩机器人钻臂平行联动机构进行了机理建模。在建模过程中 ,忽略对模型精度影响不大的一些次要因素 ,获得了系统的简化模型 ,为实现钻臂的轨迹跟踪和精确定位控制创造了条件。

关键词 双三角钻臂 凿岩机器人 并行联动机构 数学模型 仿真

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凿岩机械臂逆运动学解流形分析及优化

15

作者 张道德 何嘉懿 王君明 《机床与液压》 北大核心 2024年第21期28-34,51,共8页

针对一款位姿强耦合的七自由度凿岩机械臂,提出一种基于旋量理论和微分流形理论的逆运动学求解算法。利用Paden-Kahan子问题和几何法得到该冗余机械臂的全部逆解。由于冗余关节的存在,通过末端执行器所需位姿进行求解可以得到无穷组关... 针对一款位姿强耦合的七自由度凿岩机械臂,提出一种基于旋量理论和微分流形理论的逆运动学求解算法。利用Paden-Kahan子问题和几何法得到该冗余机械臂的全部逆解。由于冗余关节的存在,通过末端执行器所需位姿进行求解可以得到无穷组关节逆解,其呈现出光滑流形结构,根据自运动流形的特点,将其分别映射到位置关节空间和姿态关节空间。随后根据实际作业需要,建立多目标优化泛函,对机械臂的解空间进行优化,得到优化解流形。最后针对优化解流形的一组关节逆解进行五次多项式轨迹规划。结果表明:选取的最优解使凿岩机械臂在整个定位过程中运动稳定,位姿误差较小,从而验证了逆运动学解法和优化流形的正确性。 展开更多

关键词 凿岩机器人 冗余自由度 Paden-Kahan子问题 运动学逆解 流形

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闭链级混联式液压机械臂运动控制方法

16

作者 何嘉懿 张道德 王君明 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第9期1540-1553,共14页

针对含有多个闭链结构的液压机械臂非线性强、控制精度低等特点,采用了虚拟分解控制方法消除了系统非线性引入的误差,以提高其控制精度。首先,根据驱动方式不同将整个机械臂分解为四类结构,针对每一类结构再将其虚拟分割成每一子系统,... 针对含有多个闭链结构的液压机械臂非线性强、控制精度低等特点,采用了虚拟分解控制方法消除了系统非线性引入的误差,以提高其控制精度。首先,根据驱动方式不同将整个机械臂分解为四类结构,针对每一类结构再将其虚拟分割成每一子系统,对每个子系统分别建立了刚体动力学模型、液压执行器流体动力学模型;然后,基于刚体动力学模型和流体动力学模型分别设计了刚性连杆控制律和液压执行器控制律,其前馈控制量和误差反馈量是高精度控制的基础;最后,使用Simulink的Simscape模块建立了该机械臂的多物理域混合模型,进行了轨迹跟踪效果验证,同时引入了控制性能指标,在不同机械臂的液压执行器空间进行了计算。研究结果表明:相比于比例-积分-微分控制器,基于虚拟分解控制理论搭建的控制器控制精度提升较大,单关节平均绝对误差最大降低了88.9%,且控制效果与其他较先进液压控制器的性能指标相近。针对含复杂闭链结构的混联式液压机械臂,采用虚拟分解控制理论能有效提升控制精度。 展开更多

关键词 凿岩机器人 混联式机械臂 虚拟分解控制 动力学模型 控制方法 比例-积分-微分控制器

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井下凿岩机器人自主操作方法研究进展 被引量：3

17

作者 黄开启 苏建华 张宇仁 《矿山机械》 北大核心 2013年第2期4-8,共5页

凿岩机器人是有效解决井下人工凿岩带来的安全、效率和钻爆精度等诸多问题的重要装备,凿岩智能化也是实现"少、无人矿山"和"数字化矿山"的重要研究方向。井下复杂环境的矿道断面感知、凿岩运动规划和钻孔精确自定... 凿岩机器人是有效解决井下人工凿岩带来的安全、效率和钻爆精度等诸多问题的重要装备,凿岩智能化也是实现"少、无人矿山"和"数字化矿山"的重要研究方向。井下复杂环境的矿道断面感知、凿岩运动规划和钻孔精确自定位、智能钻孔控制和基于钻孔参数信息提取的凿岩岩层识别是凿岩机器人实现自主操作的4个关键技术。分析与总结了国内外井下凿岩机器人自主操作方法的研究现状与进展,并对相关研究做出展望。 展开更多

关键词 凿岩机器人 自主操作 感知与定位 钻孔控制

原文传递

双三角钻臂变幅机构的简化模型 被引量：3

18

作者 李力争 何清华 《凿岩机械气动工具》 2001年第1期27-30,共4页

从液压系统的基本方程入手 ,对双三角钻臂变幅机构进行了机理建模。在建模过程中 ,忽略对模型精度影响不大的一些次要因素 ,获得了系统的简化模型 。

关键词 双三角钻臂 凿岩机器人 建模 液压系统 电液比例阀

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凿岩机器人三角钻臂的运动研究 被引量：3

19

作者 朱建新 罗南安 +1 位作者 周烜亦 高静 《机电工程》 CAS 北大核心 2018年第3期224-228,共5页

针对凿岩机器人三角钻臂精确运动控制困难的问题,对三角钻臂的机械结构进行了运动解耦分析。首先通过D-H坐标系法建立了多关节闭链钻臂的完备运动学方程,构建了三角钻臂运动位置与支臂油缸长度的数学模型;随后基于三角钻臂特定结构约束... 针对凿岩机器人三角钻臂精确运动控制困难的问题,对三角钻臂的机械结构进行了运动解耦分析。首先通过D-H坐标系法建立了多关节闭链钻臂的完备运动学方程,构建了三角钻臂运动位置与支臂油缸长度的数学模型;随后基于三角钻臂特定结构约束下的运动特点,利用空间几何解法,构建了相对简单的运动数学模型,同时在此基础下提出了三角钻臂运动的一般控制流程;最后结合具体实例分析两种不同模型下的计算结果并与相同条件下的三角钻臂三维模型的测量结果进行了相互验证。研究结果表明:运动解耦分析所建立的运动数学模型正确性得到了验证,这可以为钻臂的精确定位控制打下基础。 展开更多

关键词 凿岩机器人 三角钻臂 空间几何 运动研究

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基于OpenGL的隧道凿岩机器人动态规划系统的实现 被引量：1

20

作者 黄志雄 何清华 +1 位作者 朱建新 周宏兵 《凿岩机械气动工具》 2001年第4期20-23,共4页

隧道凿岩机器人是一个多臂多关节系统 ,在工作过程中存在多种干涉 ,使得动态规划的问题不易解决。本文对OpenGL与BorlandC++作了简单介绍 ,并利用OpenGL与BorlandC++混合编程 ,实现了多臂隧道凿岩机器人动态规划系统。为多臂凿岩机器人... 隧道凿岩机器人是一个多臂多关节系统 ,在工作过程中存在多种干涉 ,使得动态规划的问题不易解决。本文对OpenGL与BorlandC++作了简单介绍 ,并利用OpenGL与BorlandC++混合编程 ,实现了多臂隧道凿岩机器人动态规划系统。为多臂凿岩机器人的孔序规划、路径规划提供了有利的指导 ,并为其它多臂多关节机器人动态仿真展示了一种简便的方法。 展开更多

关键词 隧道凿岩机器人 动态规划 开放图形库 BORLANDC^++

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