煤炭科学技术

作者：任怀伟, 王志峰, 周杰, 李世军, 马梓焱, 赵叔吉, 杜明, 李国庆,

关键词：冲尘机器人, 自适应作业, 图像积尘检测, 车臂协同控制, 冲尘控制策略,

针对当前煤矿井下粉尘清扫自动化程度低、用水量大、效果差的问题，亟需研发具有积尘自动监测、自主/半自主移动、自适应冲尘作业功能的巷道冲尘作业机器人。提出了基于视觉的巷道空间域积尘与洁净参数连续监测技术，基于海思HI3519A平台开发了嵌入式边缘AI积尘图像传感器，获取巷道粉尘的空间分布特征及规律，采用YOLOv8分类模型训练生成积尘热力图，解决了巷道积尘类型识别、积尘厚度测量难题；采用融合近距可见光广角摄像仪、远距长焦红外摄像仪、激光雷达、毫米波雷达、组合惯导等传感器多源融合的SLAM技术，并通过UWB、IMU、轮速计等辅助定位，实现机器人在巷道断面和走向三维方向的定位导航。基于作业工艺和安全规则生成巷道全断面可行驶区域，给出自主冲尘作业过程中的空间约束条件；构建了机械臂运动学正逆解模型，开发了机器人自主移动运载平台和作业机械臂协同联动控制的“车−臂”协同一体化系统，提出了4自由度机械臂柔性多模式自适应控制策略。解决了系统协同作业规划、末端位姿高精度控制、自适应抗扰控制等难题；研究了多种冲尘方式联合作用机理，提出了高效节水自适应冲尘策略，研发了高低压喷雾和滚刷转速自适应调节的全场景自动冲尘系统；研制了巷道自适应冲尘作业机器人样机。经过地面测试表明：冲尘机器人具备巷道顶底板、巷壁、管道等位置的冲洗、擦拭功能；能够实现自主避障、车臂协同控制，行驶速度≥2 m/s，爬坡能力≥14°；柔性避障防爆机械臂作业臂旋转范围360°，上下调节高度0～5 m；适应巷道断面16～25 m2；连续作业里程≥1 000 m。对于煤矿减少井下辅助作业人数、降低从业人员职业健康危害具有在重要作用。

来源：2025年第9期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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