礦山機械的仿生應用探究

摘要：我國對于煤礦資源的需求量越來越大，對于煤礦生產的要求也就相應的提高，具體落實到生產中會以提高生產效率、改變生產方式作為突破口。文章就仿生學領域的一些相關技術作為切入點，仔細研究了仿生機械設備的使用基本原理和相關對于煤礦機械設備的優化方案，目的是通過引入仿生的概念技術來提高礦山挖掘的安全，有效的提高開采的效率。

關鍵詞：仿生學；仿生機械；遺傳算法

中圖分類號：TD44 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0098-02

在人類發展的過程中，是通過不斷的學習和總結才能達到今天這樣的文明程度的。其中學習包括人類自身總結出來的一些自然規律和了解自然界動植物的活動規律來獲得的。現有的很多領域的科學制造技術都是在動物和植物的生活環境中學習總結出來的。這些動、植物為了更好的適應自然的變化，自身擁有一些本能，這些本能被人們所發現，并在一定的改造基礎上成為人類自身的本領和技術，這就衍生出了一個學科——仿生學。

在現有的煤礦生產當中，存在很大的安全隱患，在一些機械設計中存在設計和使用脫節的情況，導致經常出現人員傷亡的現象。在了解了仿生技術之后，能夠將仿生科技和現有的機械設備結合在一起，能夠很大程度上降低生產中出現的安全事故，也能夠將機械設計更加的人性化，智能化。

1 煤礦仿生機械的分類

仿生機械在煤礦生產中的使用類型很多，具體可以細分飛生產中的抓取、移動、開挖等四類。

1.1 仿生抓取機械

目前仿生機械在抓取功能方面的研究集中于仿人形機械手，主要因為人手（含手臂）共有36個自由度，自由度的增多可以改善以往機械設備活動不靈活的情況，而且還能精確定位還能做出復雜精細的動作，這些都是傳統機械很難做到的。它們可分為工業機器人用機械手和科研智能機器人用機械手，在煤礦開挖時出現的復雜情況下，人工難以勝任工作的情況下，可以使用仿生抓取機械進行挖掘工作。

1.2 仿生移動機械

移動機構作為煤礦運輸的平臺在汽車領域、機器人領域及各類特種任務完成領域有著舉足輕重的作用，傳統移動機構的主要形態是輪式，結構相對簡單可靠，技術成熟，且科技的發展使得現代移動機構負重能力不斷加強，靈活性不斷提高，在大多數情況下都能滿足要求。然而隨著人類涉足領域越來越廣泛，在煤礦挖掘某些特殊環境下卻不見的是最佳選擇。研究者也看到了生物體的移動能力對環境的適應性是機械無可比擬的，部分生物在特殊環境中的移動能力更是令人叫絕。正是由于認識到了這一點，仿生機械學者在仿生移動機構方面做了大量大的工作，取得了許多成果。在煤礦生產中，地形復雜的情況出現的概率很高，相關的仿生機械移動機械可以很好的適應復雜條件的施工要求，確保了開挖的安全。

1.3 仿生開挖機械

機械的分類在不同的行業當中有不同的使用效果，具體的工作選取的機械也有很大的區別。在煤礦機械開挖設備的使用中，涉及到煤礦開挖的安全，在機械選擇上有著特殊的需求。利用仿生原理下的設計方案，摒棄了傳統的器械工作原理，使用更加人性化的機械設備，達到安全的目的。

2 仿生原理的使用案例

基于遺傳算法技術的計算機網絡設計是在以往傳統的程序設計理念上加上了更多的計算機數據編程，是一種更加科學的現代化機械開挖手段。這也是煤礦開挖中使用仿生技術最為重要的案例之一。為在生產效率中也得到了很好的優化，也能使網絡安全達到更好、更高的要求。接下來，我們將著重介紹在機械設備中使用仿生安全技術優化方案中的遺傳算法。

遺傳算法是20世紀70年代初期由美國密執根大學霍蘭教授提出的一種為煤礦突水事故提供預測方法的一種提前預案。GA是一種在人為施工條件下非確定性的擬自然算法，這種算法是根據自然界仿照生物的固有進化規律，對一個大的群體進行隨機抽樣，觀測其繁衍變化以及淘汰機制。其中就會有適者生存，不適者就會被淘汰，按照這樣的規律不斷重復，使整個群體在繁衍的素質上和種群的數量上都會有很大的提高，時間變長，這樣的趨勢會顯現的更加明顯，最終會以一種優化平衡的態勢趨于平衡，并且保持最優配合比。遺傳算法具有魯棒性、自適應性、全局優化性和隱含并行性。

圖1 遺傳算法

盡管遺傳算法在計算機網絡可靠度技術指導下已解決煤礦生產中了許多難題，但還存在許多不足之處，如算法本身的參數優化問題、如何避免過早收斂、如何改進計算機有效的工作時間和工作方法來提高算法的效率、遺傳算法與其它優化算法的結合問題等。用遺傳算法求解約線性和非線性優化問題時，一般采用共軛發散函數法，如何合理的選擇共軛因子是算法的難點之

所在。

煤礦機械設備中使用仿生遺傳算法是一個很好的切入點，同時，在使用中對于遺傳算法的使用也在不斷的完善過程中，對于算法的根式也在不斷的更新，為了提高算法在使用中的準確度，作為算法的設計與機械操作相互結合的理論基礎，不僅要使得設備的使用年限增加，還要對機械使用的效率進一步提升。在遺傳算法的基礎上，改進的算法在以往六個高速運算的設計布局中，重新組成新的裝配方式，在基本聯接關系上也從原來的兩個變成了四個，更加貼合了煤礦機械在操作中細部的指示命令的落實。使用更加符合機械運轉的改進遺傳算法可以將機械的整體布局系統的串聯情況與設計模擬方程的構造結合在一起，對于函數的提出在機械的設計中更加重要，最終通過建立模型的方式來將復雜的機械系統的優化組織方案簡化。

仿生遺傳算法在用模型描述煤礦機械動力學研究的過程中，在開挖優化方案上提出了一些不同之處，在數據的編碼上和變量的估算上略有不同。因此，在這就對變量本身進行了遺傳算法模型的設計，對于機械的懸掛系統和傳動系統分部進行了彈性模量的檢測和調整，用日常機械工作狀態下的發動機功率和受到的阻力作為設計的相關參數，借此來對整體的機械有更好的全局優化，大大提高了傳統工藝下完全靠人為的檢測要更加穩定和準確。為求解復雜的非線性約束優化問題，對二級斜齒圓柱齒輪減速機的概率可靠性等機構進行了優化

設計。

3 結語

基于仿生技術下的煤礦開挖設備的使用是在機械應用領域的一項革命性的技術，同時在許多行業中都有著巨大的發展空間及應用價值。在礦區機械設計進程中引入仿生技術有著明顯的優勢，它在簡化管理，加強安全監控等方面具有不可比擬的優勢，十分適合我國煤礦行業的發展。在本文中還就仿生科技中的遺傳算法的優化方面的內容進行研究，目的是使得煤礦機械設備在使用中更加安全、穩定，操作起來更加人性化，促使煤礦行業更快、更好的發展。

參考文獻

[1] 濮良貴.機械零件[M].北京高等教育出版社，

1982，5（13）.

[2] 蒲俊，吉家鋒.可靠度可視化技術數學手冊[M].

上海浦東電子出版社，2002，9（11）.

作者簡介：龍金生（1961—），遼寧本溪人，鶴崗斯達機電設備制造有限責任公司助理工程師，研究方向：機械工程。endprint

摘要：我國對于煤礦資源的需求量越來越大，對于煤礦生產的要求也就相應的提高，具體落實到生產中會以提高生產效率、改變生產方式作為突破口。文章就仿生學領域的一些相關技術作為切入點，仔細研究了仿生機械設備的使用基本原理和相關對于煤礦機械設備的優化方案，目的是通過引入仿生的概念技術來提高礦山挖掘的安全，有效的提高開采的效率。

關鍵詞：仿生學；仿生機械；遺傳算法

中圖分類號：TD44 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0098-02

在人類發展的過程中，是通過不斷的學習和總結才能達到今天這樣的文明程度的。其中學習包括人類自身總結出來的一些自然規律和了解自然界動植物的活動規律來獲得的。現有的很多領域的科學制造技術都是在動物和植物的生活環境中學習總結出來的。這些動、植物為了更好的適應自然的變化，自身擁有一些本能，這些本能被人們所發現，并在一定的改造基礎上成為人類自身的本領和技術，這就衍生出了一個學科——仿生學。

在現有的煤礦生產當中，存在很大的安全隱患，在一些機械設計中存在設計和使用脫節的情況，導致經常出現人員傷亡的現象。在了解了仿生技術之后，能夠將仿生科技和現有的機械設備結合在一起，能夠很大程度上降低生產中出現的安全事故，也能夠將機械設計更加的人性化，智能化。

1 煤礦仿生機械的分類

仿生機械在煤礦生產中的使用類型很多，具體可以細分飛生產中的抓取、移動、開挖等四類。

1.1 仿生抓取機械

目前仿生機械在抓取功能方面的研究集中于仿人形機械手，主要因為人手（含手臂）共有36個自由度，自由度的增多可以改善以往機械設備活動不靈活的情況，而且還能精確定位還能做出復雜精細的動作，這些都是傳統機械很難做到的。它們可分為工業機器人用機械手和科研智能機器人用機械手，在煤礦開挖時出現的復雜情況下，人工難以勝任工作的情況下，可以使用仿生抓取機械進行挖掘工作。

1.2 仿生移動機械

移動機構作為煤礦運輸的平臺在汽車領域、機器人領域及各類特種任務完成領域有著舉足輕重的作用，傳統移動機構的主要形態是輪式，結構相對簡單可靠，技術成熟，且科技的發展使得現代移動機構負重能力不斷加強，靈活性不斷提高，在大多數情況下都能滿足要求。然而隨著人類涉足領域越來越廣泛，在煤礦挖掘某些特殊環境下卻不見的是最佳選擇。研究者也看到了生物體的移動能力對環境的適應性是機械無可比擬的，部分生物在特殊環境中的移動能力更是令人叫絕。正是由于認識到了這一點，仿生機械學者在仿生移動機構方面做了大量大的工作，取得了許多成果。在煤礦生產中，地形復雜的情況出現的概率很高，相關的仿生機械移動機械可以很好的適應復雜條件的施工要求，確保了開挖的安全。

1.3 仿生開挖機械

機械的分類在不同的行業當中有不同的使用效果，具體的工作選取的機械也有很大的區別。在煤礦機械開挖設備的使用中，涉及到煤礦開挖的安全，在機械選擇上有著特殊的需求。利用仿生原理下的設計方案，摒棄了傳統的器械工作原理，使用更加人性化的機械設備，達到安全的目的。

2 仿生原理的使用案例

基于遺傳算法技術的計算機網絡設計是在以往傳統的程序設計理念上加上了更多的計算機數據編程，是一種更加科學的現代化機械開挖手段。這也是煤礦開挖中使用仿生技術最為重要的案例之一。為在生產效率中也得到了很好的優化，也能使網絡安全達到更好、更高的要求。接下來，我們將著重介紹在機械設備中使用仿生安全技術優化方案中的遺傳算法。

遺傳算法是20世紀70年代初期由美國密執根大學霍蘭教授提出的一種為煤礦突水事故提供預測方法的一種提前預案。GA是一種在人為施工條件下非確定性的擬自然算法，這種算法是根據自然界仿照生物的固有進化規律，對一個大的群體進行隨機抽樣，觀測其繁衍變化以及淘汰機制。其中就會有適者生存，不適者就會被淘汰，按照這樣的規律不斷重復，使整個群體在繁衍的素質上和種群的數量上都會有很大的提高，時間變長，這樣的趨勢會顯現的更加明顯，最終會以一種優化平衡的態勢趨于平衡，并且保持最優配合比。遺傳算法具有魯棒性、自適應性、全局優化性和隱含并行性。

圖1 遺傳算法

盡管遺傳算法在計算機網絡可靠度技術指導下已解決煤礦生產中了許多難題，但還存在許多不足之處，如算法本身的參數優化問題、如何避免過早收斂、如何改進計算機有效的工作時間和工作方法來提高算法的效率、遺傳算法與其它優化算法的結合問題等。用遺傳算法求解約線性和非線性優化問題時，一般采用共軛發散函數法，如何合理的選擇共軛因子是算法的難點之

所在。

煤礦機械設備中使用仿生遺傳算法是一個很好的切入點，同時，在使用中對于遺傳算法的使用也在不斷的完善過程中，對于算法的根式也在不斷的更新，為了提高算法在使用中的準確度，作為算法的設計與機械操作相互結合的理論基礎，不僅要使得設備的使用年限增加，還要對機械使用的效率進一步提升。在遺傳算法的基礎上，改進的算法在以往六個高速運算的設計布局中，重新組成新的裝配方式，在基本聯接關系上也從原來的兩個變成了四個，更加貼合了煤礦機械在操作中細部的指示命令的落實。使用更加符合機械運轉的改進遺傳算法可以將機械的整體布局系統的串聯情況與設計模擬方程的構造結合在一起，對于函數的提出在機械的設計中更加重要，最終通過建立模型的方式來將復雜的機械系統的優化組織方案簡化。

仿生遺傳算法在用模型描述煤礦機械動力學研究的過程中，在開挖優化方案上提出了一些不同之處，在數據的編碼上和變量的估算上略有不同。因此，在這就對變量本身進行了遺傳算法模型的設計，對于機械的懸掛系統和傳動系統分部進行了彈性模量的檢測和調整，用日常機械工作狀態下的發動機功率和受到的阻力作為設計的相關參數，借此來對整體的機械有更好的全局優化，大大提高了傳統工藝下完全靠人為的檢測要更加穩定和準確。為求解復雜的非線性約束優化問題，對二級斜齒圓柱齒輪減速機的概率可靠性等機構進行了優化

設計。

3 結語

基于仿生技術下的煤礦開挖設備的使用是在機械應用領域的一項革命性的技術，同時在許多行業中都有著巨大的發展空間及應用價值。在礦區機械設計進程中引入仿生技術有著明顯的優勢，它在簡化管理，加強安全監控等方面具有不可比擬的優勢，十分適合我國煤礦行業的發展。在本文中還就仿生科技中的遺傳算法的優化方面的內容進行研究，目的是使得煤礦機械設備在使用中更加安全、穩定，操作起來更加人性化，促使煤礦行業更快、更好的發展。

參考文獻

[1] 濮良貴.機械零件[M].北京高等教育出版社，

1982，5（13）.

[2] 蒲俊，吉家鋒.可靠度可視化技術數學手冊[M].

上海浦東電子出版社，2002，9（11）.

作者簡介：龍金生（1961—），遼寧本溪人，鶴崗斯達機電設備制造有限責任公司助理工程師，研究方向：機械工程。endprint

摘要：我國對于煤礦資源的需求量越來越大，對于煤礦生產的要求也就相應的提高，具體落實到生產中會以提高生產效率、改變生產方式作為突破口。文章就仿生學領域的一些相關技術作為切入點，仔細研究了仿生機械設備的使用基本原理和相關對于煤礦機械設備的優化方案，目的是通過引入仿生的概念技術來提高礦山挖掘的安全，有效的提高開采的效率。

關鍵詞：仿生學；仿生機械；遺傳算法

中圖分類號：TD44 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0098-02

在人類發展的過程中，是通過不斷的學習和總結才能達到今天這樣的文明程度的。其中學習包括人類自身總結出來的一些自然規律和了解自然界動植物的活動規律來獲得的。現有的很多領域的科學制造技術都是在動物和植物的生活環境中學習總結出來的。這些動、植物為了更好的適應自然的變化，自身擁有一些本能，這些本能被人們所發現，并在一定的改造基礎上成為人類自身的本領和技術，這就衍生出了一個學科——仿生學。

在現有的煤礦生產當中，存在很大的安全隱患，在一些機械設計中存在設計和使用脫節的情況，導致經常出現人員傷亡的現象。在了解了仿生技術之后，能夠將仿生科技和現有的機械設備結合在一起，能夠很大程度上降低生產中出現的安全事故，也能夠將機械設計更加的人性化，智能化。

1 煤礦仿生機械的分類

仿生機械在煤礦生產中的使用類型很多，具體可以細分飛生產中的抓取、移動、開挖等四類。

1.1 仿生抓取機械

目前仿生機械在抓取功能方面的研究集中于仿人形機械手，主要因為人手（含手臂）共有36個自由度，自由度的增多可以改善以往機械設備活動不靈活的情況，而且還能精確定位還能做出復雜精細的動作，這些都是傳統機械很難做到的。它們可分為工業機器人用機械手和科研智能機器人用機械手，在煤礦開挖時出現的復雜情況下，人工難以勝任工作的情況下，可以使用仿生抓取機械進行挖掘工作。

1.2 仿生移動機械

移動機構作為煤礦運輸的平臺在汽車領域、機器人領域及各類特種任務完成領域有著舉足輕重的作用，傳統移動機構的主要形態是輪式，結構相對簡單可靠，技術成熟，且科技的發展使得現代移動機構負重能力不斷加強，靈活性不斷提高，在大多數情況下都能滿足要求。然而隨著人類涉足領域越來越廣泛，在煤礦挖掘某些特殊環境下卻不見的是最佳選擇。研究者也看到了生物體的移動能力對環境的適應性是機械無可比擬的，部分生物在特殊環境中的移動能力更是令人叫絕。正是由于認識到了這一點，仿生機械學者在仿生移動機構方面做了大量大的工作，取得了許多成果。在煤礦生產中，地形復雜的情況出現的概率很高，相關的仿生機械移動機械可以很好的適應復雜條件的施工要求，確保了開挖的安全。

1.3 仿生開挖機械

機械的分類在不同的行業當中有不同的使用效果，具體的工作選取的機械也有很大的區別。在煤礦機械開挖設備的使用中，涉及到煤礦開挖的安全，在機械選擇上有著特殊的需求。利用仿生原理下的設計方案，摒棄了傳統的器械工作原理，使用更加人性化的機械設備，達到安全的目的。

2 仿生原理的使用案例

基于遺傳算法技術的計算機網絡設計是在以往傳統的程序設計理念上加上了更多的計算機數據編程，是一種更加科學的現代化機械開挖手段。這也是煤礦開挖中使用仿生技術最為重要的案例之一。為在生產效率中也得到了很好的優化，也能使網絡安全達到更好、更高的要求。接下來，我們將著重介紹在機械設備中使用仿生安全技術優化方案中的遺傳算法。

遺傳算法是20世紀70年代初期由美國密執根大學霍蘭教授提出的一種為煤礦突水事故提供預測方法的一種提前預案。GA是一種在人為施工條件下非確定性的擬自然算法，這種算法是根據自然界仿照生物的固有進化規律，對一個大的群體進行隨機抽樣，觀測其繁衍變化以及淘汰機制。其中就會有適者生存，不適者就會被淘汰，按照這樣的規律不斷重復，使整個群體在繁衍的素質上和種群的數量上都會有很大的提高，時間變長，這樣的趨勢會顯現的更加明顯，最終會以一種優化平衡的態勢趨于平衡，并且保持最優配合比。遺傳算法具有魯棒性、自適應性、全局優化性和隱含并行性。

圖1 遺傳算法

盡管遺傳算法在計算機網絡可靠度技術指導下已解決煤礦生產中了許多難題，但還存在許多不足之處，如算法本身的參數優化問題、如何避免過早收斂、如何改進計算機有效的工作時間和工作方法來提高算法的效率、遺傳算法與其它優化算法的結合問題等。用遺傳算法求解約線性和非線性優化問題時，一般采用共軛發散函數法，如何合理的選擇共軛因子是算法的難點之

所在。

煤礦機械設備中使用仿生遺傳算法是一個很好的切入點，同時，在使用中對于遺傳算法的使用也在不斷的完善過程中，對于算法的根式也在不斷的更新，為了提高算法在使用中的準確度，作為算法的設計與機械操作相互結合的理論基礎，不僅要使得設備的使用年限增加，還要對機械使用的效率進一步提升。在遺傳算法的基礎上，改進的算法在以往六個高速運算的設計布局中，重新組成新的裝配方式，在基本聯接關系上也從原來的兩個變成了四個，更加貼合了煤礦機械在操作中細部的指示命令的落實。使用更加符合機械運轉的改進遺傳算法可以將機械的整體布局系統的串聯情況與設計模擬方程的構造結合在一起，對于函數的提出在機械的設計中更加重要，最終通過建立模型的方式來將復雜的機械系統的優化組織方案簡化。

仿生遺傳算法在用模型描述煤礦機械動力學研究的過程中，在開挖優化方案上提出了一些不同之處，在數據的編碼上和變量的估算上略有不同。因此，在這就對變量本身進行了遺傳算法模型的設計，對于機械的懸掛系統和傳動系統分部進行了彈性模量的檢測和調整，用日常機械工作狀態下的發動機功率和受到的阻力作為設計的相關參數，借此來對整體的機械有更好的全局優化，大大提高了傳統工藝下完全靠人為的檢測要更加穩定和準確。為求解復雜的非線性約束優化問題，對二級斜齒圓柱齒輪減速機的概率可靠性等機構進行了優化

設計。

3 結語

基于仿生技術下的煤礦開挖設備的使用是在機械應用領域的一項革命性的技術，同時在許多行業中都有著巨大的發展空間及應用價值。在礦區機械設計進程中引入仿生技術有著明顯的優勢，它在簡化管理，加強安全監控等方面具有不可比擬的優勢，十分適合我國煤礦行業的發展。在本文中還就仿生科技中的遺傳算法的優化方面的內容進行研究，目的是使得煤礦機械設備在使用中更加安全、穩定，操作起來更加人性化，促使煤礦行業更快、更好的發展。

參考文獻

[1] 濮良貴.機械零件[M].北京高等教育出版社，

1982，5（13）.

[2] 蒲俊，吉家鋒.可靠度可視化技術數學手冊[M].

上海浦東電子出版社，2002，9（11）.

作者簡介：龍金生（1961—），遼寧本溪人，鶴崗斯達機電設備制造有限責任公司助理工程師，研究方向：機械工程。endprint