煤礦井下掘進機器人路徑規(guī)劃方法研究

張旭輝，鄭西利，楊文娟,*，李語陽，麻 兵，董 征，陳 鑫

(1.西安科技大學(xué) 機械工程學(xué)院，陜西 西安 710054；2.陜西省礦山機電裝備智能監(jiān)測重點實驗室，陜西 西安 710054)

目前，煤礦機器人的研究還存在諸多難題，特別是煤礦掘進機器人受巷道特殊的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境及復(fù)雜工藝流程制約，自主化、智能化水平相對較低[1-3]。在非全斷面巷道作業(yè)時，主要依靠人工操作將掘進機器人移機進行二次截割以完成斷面成形任務(wù)，但由于井下環(huán)境惡劣，人工移機操作難度大、效率低下，并且存在較大的安全隱患。因此，研究掘進機器人的自主移機是實現(xiàn)煤礦無人化開采的重要一環(huán)[4-6]，而非全斷面巷道作業(yè)條件下的掘進機器人路徑規(guī)劃是實現(xiàn)自主移機的前提，同時對提高掘進工作面智能化水平、掘進作業(yè)效率及巷道斷面成形質(zhì)量均具有重要意義。

煤礦掘進機器人是一種特殊的履帶式機器人[7-8]，其工作環(huán)境為狹長巷道，作業(yè)時極易發(fā)生碰撞，因此研究掘進機器人與巷道側(cè)壁的碰撞檢測，對機器人規(guī)劃一條安全、無碰撞的可行路徑具有重要意義[9]。針對機器人碰撞檢測問題，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量研究。碰撞檢測主要關(guān)注在二維或三維環(huán)境中，確定兩個或多個物體在運動過程中是否相互接觸或相交。常見的三維碰撞檢測方法主要有圖像空間法[10-11]、空間剖分法[12-13]和層次包圍盒法[14-15]。圖像空間法可以將三維模型在預(yù)設(shè)的二維平面上進行投影，再基于二維空間中圖像采樣及對應(yīng)深度信息判斷三維模型相交情況，該方法受限于圖像分辨率，檢測結(jié)果不夠精確。……