基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的煤礦井下機(jī)器人導(dǎo)航與無(wú)線視頻監(jiān)控技術(shù)研究.pdf

1、未來(lái)智能煤礦開(kāi)采正在向著無(wú)人化或少人化的方向不斷發(fā)展。機(jī)器人正逐漸被應(yīng)用于煤礦井下的探測(cè)、開(kāi)采和運(yùn)輸過(guò)程中。針對(duì)煤礦井下的特殊環(huán)境，基于井下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)框架，提出了井下機(jī)器人有效可靠的定位和路徑規(guī)劃方法，有利于機(jī)器人在井下環(huán)境中更高效的導(dǎo)航。設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了井下機(jī)器人無(wú)線視頻監(jiān)控功能，使井上調(diào)度人員能夠通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)觀察機(jī)器人的狀態(tài)和井下周圍環(huán)境。
　　首先，介紹了基于光纖環(huán)網(wǎng)的井下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)框架與通信過(guò)程，對(duì)在井下環(huán)境下采用光纖環(huán)

2、網(wǎng)作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和可用性進(jìn)行了分析。然后，詳細(xì)描述了作為井下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線Mesh網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對(duì)比分析了無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)在煤礦井下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)的優(yōu)勢(shì)后，構(gòu)建了以光纖環(huán)網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的井下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)。
　　對(duì)基于井下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器人導(dǎo)航所涉及的定位方法進(jìn)行了研究。提出了一種基于無(wú)損卡爾曼濾波(Unscented Kalman Filter,UKF)的井下機(jī)器人超聲網(wǎng)絡(luò)定位方法。所提出的定位方法

3、通過(guò)對(duì)光電碼盤(pán)和電子羅盤(pán)定位以及超聲網(wǎng)絡(luò)定位輸出的井下機(jī)器人位置坐標(biāo)和航向角度進(jìn)行UKF濾波，對(duì)井下機(jī)器人進(jìn)行位置更新和預(yù)測(cè)。由于機(jī)器人位置更新和預(yù)測(cè)是復(fù)雜的非線性函數(shù)，采用UKF能有效提高濾波精度，降低定位誤差。仿真結(jié)果表明，采用所提出的基于UKF的井下機(jī)器人超聲網(wǎng)絡(luò)定位方法實(shí)現(xiàn)了井下機(jī)器人更穩(wěn)定和更精確的定位。
　　對(duì)基于井下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器人導(dǎo)航所涉及的路徑規(guī)劃方法進(jìn)行了研究。提出了一種基于混合蟻群-蜂群算法的井下局部復(fù)雜空

4、間機(jī)器人三維路徑規(guī)劃方法。所提出的井下局部復(fù)雜空間機(jī)器人三維路徑規(guī)劃方法具有產(chǎn)生初始可行路徑簡(jiǎn)單，探索新的可行路徑能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可有效解決蟻群路徑規(guī)劃算法可能過(guò)早陷入局部最優(yōu)解，人工蜂群算法迭代次數(shù)過(guò)多的問(wèn)題。仿真結(jié)果表明，采用所提出的基于混合蟻群-蜂群算法的井下局部復(fù)雜空間機(jī)器人三維路徑規(guī)劃方法，機(jī)器人可有效對(duì)在井下局部復(fù)雜空間進(jìn)行三維路徑規(guī)劃。
　　針對(duì)基于井下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的井下機(jī)器人無(wú)線視頻監(jiān)控，設(shè)計(jì)了機(jī)器人通信控制協(xié)議，開(kāi)發(fā)