基于數(shù)字孿生的煤礦掘進(jìn)機(jī)器人糾偏控制研究

薛旭升， 任眾孚， 毛清華， 張旭輝， 馬宏偉， 王悅

(1.西安科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 陜西 西安 710054； 2.西安科技大學(xué) 陜西省礦山機(jī)電裝備智能監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710054)

0 引言

煤礦采掘作業(yè)面臨采掘失衡的主要原因之一是掘進(jìn)裝備智能化水平遠(yuǎn)低于采煤裝備，因此，掘進(jìn)裝備智能化成為提高掘進(jìn)效率、確保掘進(jìn)作業(yè)安全、降低作業(yè)人員數(shù)量與勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境的重要技術(shù)手段和研究?jī)?nèi)容[1]。國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局等八部委聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》和國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布的《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》，均對(duì)煤礦開采裝備智能化尤其是掘進(jìn)機(jī)器人明確提出自主決策、智能控制和掘進(jìn)環(huán)境可視化等關(guān)鍵技術(shù)突破的要求[2-3]。

自主糾偏控制是保證掘進(jìn)機(jī)器人精確定向行走與巷道高質(zhì)量成形截割的重要前提，可使掘進(jìn)機(jī)器人保持最佳作業(yè)姿態(tài)，是掘進(jìn)機(jī)器人智能化關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來(lái)，許多學(xué)者利用PID控制[4]、區(qū)域柵格化[5]、偏差感知與控制[6]等技術(shù)研究掘進(jìn)機(jī)器人位姿檢測(cè)與偏移控制。宗凱等[7]研究了大傾角巷道掘進(jìn)機(jī)截割過(guò)程整機(jī)滑移的力學(xué)模型，分析了掘進(jìn)機(jī)偏移機(jī)理。楊健健等[8]提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID算法實(shí)現(xiàn)自主糾偏的智能化掘進(jìn)機(jī)自主感知及調(diào)控技術(shù)。張旭輝等[9-13]采用人-信息-物理系統(tǒng)(Human-Cyber-Physical System，HCPS)交互機(jī)制、模糊PID算法、視覺(jué)導(dǎo)航、視覺(jué)測(cè)量、視覺(jué)伺服、遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，研究掘進(jìn)機(jī)器人糾偏控制和自主截割控制，研發(fā)了煤礦掘進(jìn)機(jī)器人數(shù)字孿生遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，為虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生等技術(shù)在掘進(jìn)機(jī)器人機(jī)身定位及糾偏控制等方面的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。……