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

1、未來智能煤礦開采正在向著無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、開采和運(yùn)輸過程中。針對煤礦井下的特殊環(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)計并開發(fā)了井下機(jī)器人無線視頻監(jiān)控功能，使井上調(diào)度人員能夠通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實時觀察機(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)框架與通信過程，對在井下環(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)的無線Mesh網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對比分析了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)在煤礦井下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時的優(yōu)勢后，構(gòu)建了以光纖環(huán)網(wǎng)和無線接入網(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、通過對光電碼盤和電子羅盤定位以及超聲網(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，對井下機(jī)器人進(jìn)行位置更新和預(yù)測。由于機(jī)器人位置更新和預(yù)測是復(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)定位方法實現(xiàn)了井下機(jī)器人更穩(wěn)定和更精確的定位。
　　對基于井下工業(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)劃算法可能過早陷入局部最優(yōu)解，人工蜂群算法迭代次數(shù)過多的問題。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)器人可有效對在井下局部復(fù)雜空間進(jìn)行三維路徑規(guī)劃。
　　針對基于井下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的井下機(jī)器人無線視頻監(jiān)控，設(shè)計了機(jī)器人通信控制協(xié)議，開發(fā)