煤炭科学技术

作者：关士远,

关键词：巡检机器人, 运动学模型, 差速驱动, slam, 轨迹, 模型预测控制,

针对目前由于综采工作面工况恶劣，本安型巡检机器人存在通过性差、防护能力弱、感知技术手段有限，不能实现常态化运行等问题，提出隔爆巡检机器人方案，以应对综采工作面严苛工作环境。分析了轨道式巡检机器人在该环境下遇到的3种典型的工况：爬坡、错切、扭转。基于轨道式巡检机器人遇到的3种典型工况，设计了一种具有多自由度的隔爆巡检机器人，该巡检机器人除具有视频感知手段外，还增加了激光slam实时建图能力，能提供精确的三维感知能力，并且其感知能力不受光照条件的影响，能在无光条件下使用。针对爬坡工况，采用履带式行走机构；针对错切工况，设计了具有前后2组差速驱动的行走机构，其具有主动转向功能；针对扭转工况，在车身中部增加了纵向转轴。为了对其进行有效的控制，确保其在综采工作面平稳运行，充分考虑其具有约束的特点，分析得出其具有轨迹及底盘约束的运动学模型。同时介绍了该巡检机器人的控制方法，依据激光slam所建的实时三维激光点云地图，提取参考轨迹，根据参考轨迹实时计算各个履带主动轮的速度给定。基于运动学模型，提出一种模型预测控制算法，采用主从控制策略，模型预测控制只在前组驱动实现，后组驱动的控制量根据前组的速度给定及约束计算得出。该控制算法在计算复杂度及实时性方面做了平衡，控制算法基于ROS系统实现。最后，通过充分的井下工业性试验，验证了该控制方法能有效地解决爬坡、错切、扭转等综采工作面的苛刻工况，能在综采工作面执行常态化巡检任务。

来源：2025年第2期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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