数字孪生驱动的掘锚设备跟踪定位与碰撞检测方法研究 被引量：1

1

作者 杨文娟 赵典 +5 位作者 张旭辉 陈鑫 郑西利 刘彦徽 张冉 万继成 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期160-173,共14页

掘锚自动化作业是煤矿巷道智能掘进的关键,针对当前掘锚设备交替作业过程中相对位姿测量和碰撞检测难题,提出一种数字孪生驱动的煤矿井下掘锚设备跟踪定位与碰撞检测方法。首先,为克服井下掘进工作面低照度、高粉尘、复杂背景干扰的影响... 掘锚自动化作业是煤矿巷道智能掘进的关键,针对当前掘锚设备交替作业过程中相对位姿测量和碰撞检测难题,提出一种数字孪生驱动的煤矿井下掘锚设备跟踪定位与碰撞检测方法。首先,为克服井下掘进工作面低照度、高粉尘、复杂背景干扰的影响,以多点红外LED标靶作为信息源,通过工业相机采集红外LED特征点图像,利用Hough轮廓检测与质心法提取光斑中心并通过二进制编码识别标靶ID,采用改进稀疏光流算法对光斑进行跟踪,同时建立基于PNP的掘锚设备位姿解算模型,采用对偶四元数获得设备间相对位姿。其次,利用数字孪生技术,基于Unity3D平台建立对应实际尺寸的掘锚设备及工作面数字孪生模型,利用Socket通信方式实现虚拟空间与物理实体之间的实时数据传输与交互,在虚拟空间中实现掘锚设备实时位姿的三维可视化,结合任意多边形OBB(orientedboundingbox)碰撞检测算法,实现掘锚设备虚拟碰撞检测。最后,搭建实验平台进行掘锚设备位姿测量试验,同时对虚实运动轨迹和碰撞检测效果进行验证。实验结果表明:掘锚设备跟踪定位实验的位置误差不超过20mm,角度误差不超过0.30°;虚实位置坐标对比中X轴方向最大误差不超过1.14mm;Y轴方向最大误差不超过1.10mm,能够保证系统虚实一致性和同步性,满足掘进工作面作业过程中掘锚设备实时跟踪定位及碰撞检测的要求。 展开更多

关键词 数字孪生 掘锚设备 位姿测量 碰撞预警 稀疏光流算法 煤矿

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煤矿掘进工作面低照度视频增强技术研究 被引量：6

2

作者 张旭辉 杨红强 +7 位作者 白琳娜 石硕 杜昱阳 张超 万继成 杨文娟 毛清华 董征 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期309-316,共8页

针对煤矿掘进工作面视频光照较低、亮度不均、纹理模糊、噪声较多等问题,提出一种煤矿掘进工作面低照度视频增强算法。首先,利用卷积的可分离性将视频图像进行一维水平卷积与垂直卷积,再利用完美反射法实现视频图像自动白平衡,并使用图... 针对煤矿掘进工作面视频光照较低、亮度不均、纹理模糊、噪声较多等问题,提出一种煤矿掘进工作面低照度视频增强算法。首先,利用卷积的可分离性将视频图像进行一维水平卷积与垂直卷积,再利用完美反射法实现视频图像自动白平衡,并使用图像混合增强技术提高视频图像整体亮度。然后,基于大气散射模型与暗通道先验方法,通过递归分割将图像分割为高光区、中间调和暗调区,并求取对应区间通道像素最大值,将其3者均值作为大气光照估计值,引入调节因子对透射率进行调整优化,并使用拉普拉斯锐化操作,增加图像高频成分、抑制图像低频成分,提高图像对比度。最后,基于改进的大气散射模型对掘进工作面低照度视频进行去雾处理。实验结果表明,视频增强算法能够对煤矿掘进工作面低照度视频进行实时增强、去雾处理,避免了视频图像暗淡、失真、模糊和突变等问题。相较于Retinex算法、ALTM算法和暗通道先验算法,视频增强算法大幅度提高了视频图像的信息熵、标准差和平均梯度,且具有较好的实时处理速度,能够为掘进工作面视频的目标识别、目标跟踪、目标监测和图像分割等后续处理提供优质、可靠的支撑。 展开更多

关键词 掘进工作面 低照度 完美反射法 大气散射模型 视频增强算法 拉普拉斯锐化 煤矿

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数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟示教记忆截割方法 被引量：5

3

作者 张旭辉 王甜 +11 位作者 张超 万继成 杜昱阳 杨文娟 毛清华 石硕 刘彦徽 余恒翰 王亮 乔杰 田江伟 李晓鹏 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期4247-4260,共14页

针对当前掘进设备智能化程度低,掘进过程中超挖、欠挖和异常碰撞等情况难以具体描述,传统自动截割和记忆截割技术难以适应复杂地质条件等问题,提出了一种数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟示教记忆截割控制方法。通过分析数字孪生技术在... 针对当前掘进设备智能化程度低,掘进过程中超挖、欠挖和异常碰撞等情况难以具体描述,传统自动截割和记忆截割技术难以适应复杂地质条件等问题,提出了一种数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟示教记忆截割控制方法。通过分析数字孪生技术在当前煤炭智能化开采领域的研究情况,设计了数字孪生驱动的悬臂式掘进机记忆截割控制系统总体方案,对复杂工况下悬臂式掘进机记忆截割关键技术进行研究。首先,充分利用数字孪生和虚拟现实技术的特性,研究复杂工况环境下的虚拟示教策略,基于Unity3D平台建立对应实体等尺寸的工作面及设备虚拟孪生模型、截割部运动学模型和虚拟碰撞检测模型,在虚拟端通过智能交互界面控制虚拟模型运动,结合工人经验设计示教轨迹并优化,使其作为轨迹跟踪的目标期望轨迹,弥补传统井下人工示教由于恶劣工况环境导致的过度依赖工人经验等问题;其次,为提高断面成形质量,研究记忆自动截割阶段示教轨迹跟踪再现控制方法,利用拉格朗日法建立截割部动力学模型,采用迭代学习与滑模控制相结合的方法提高末端执行器对示教轨迹的跟踪控制精度;最后,搭建悬臂式掘进机记忆截割仿真控制平台,通过虚拟空间与物理空间以及各模块之间的实时数据传输与交互,在虚拟空间中完成记忆截割虚拟示教与轨迹跟踪控制过程的三维可视化仿真,进而生成记忆自动截割轨迹跟踪控制指令并发送至悬臂式掘进机物理实体的末端执行器,驱动其按照示教轨迹进行断面成形截割,同时物理传感器采集悬臂式掘进机机身及截割臂位姿数据,反向驱动虚拟模型同步动作,实现对机器人虚拟模型和物理实体的闭环控制。在此基础上对系统的虚实同步性、虚拟样机与物理样机运动一致性和轨迹跟踪再现控制精度进行验证,实验结果表明,系统数据传输延迟较低,能够保证虚实一致性和同步性,且轨迹跟踪控制精度满足实际使用要求,该方法为掘进设备记忆截割与智能化控制提供了新的思路。 展开更多

关键词 数字孪生 悬臂式掘进机 记忆截割 虚拟示教 轨迹跟踪 数据交互

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济钢提高320m^2烧结机作业率的实践 被引量：2

4

作者 万继成 杨哲 +2 位作者 屈凡碧 甘宪文 赵光辉 《甘肃冶金》 2011年第5期20-21,共2页

介绍了济钢320 m2烧结机提升作业率的措施与实践,依靠技术进步、工艺设备的改造及强化管理是提高作业率的主要措施。

关键词 作业率 设备改造 过程管理

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济钢燃料破碎系统改造及效果 被引量：1

5

作者 万继成 李军卫 +1 位作者 魏国栋 屈凡碧 《冶金丛刊》 2007年第5期17-18,41,共3页

介绍了济钢320m2烧结机燃料破碎系统投产初期遇到的问题以及解决方法。实施改造后效果明显,同时取得了良好的运行效果和经济效益。

关键词 燃料破碎 改造 焦粉粒度

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燃料破碎系统改造 被引量：1

6

作者 万继成 李军卫 +1 位作者 魏国栋 屈凡碧 《江西冶金》 2007年第3期19-21,共3页

介绍了济钢320 m2烧结机燃料破碎系统投产初期遇到的问题以及解决方法。实施改造后效果明显,同时取得了良好的运行效果和经济效益。

关键词 烧结 燃料破碎 设备改造

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烧结机燃料破碎系统改造

7

作者 万继成 李军卫 +1 位作者 魏国栋 屈凡碧 《四川冶金》 CAS 2007年第4期9-11,共3页

介绍了济钢320 m2烧结机燃料破碎系统投产初期遇到的问题及解决方法。实施改造后效果明显,同时取得了良好的运行效果和经济效益。

关键词 燃料破碎 改造 焦粉粒度

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内衬整合技术在烧结混料机上的应用

8

作者 万继成 张燕云 《山东冶金》 CAS 2004年第1期27-28,共2页

针对 3m× 9m圆筒混料机存在衬板脱落、磨穿、圆筒尾部甩料、混均制粒效果差等问题 ,在分析了混料机混料机理与内衬工作特点的基础上 ,采用了内衬整合技术。实践证明 ,混料机衬板的使用寿命提高了 12个月 ,改善了混匀效果 ,烧结矿... 针对 3m× 9m圆筒混料机存在衬板脱落、磨穿、圆筒尾部甩料、混均制粒效果差等问题 ,在分析了混料机混料机理与内衬工作特点的基础上 ,采用了内衬整合技术。实践证明 ,混料机衬板的使用寿命提高了 12个月 ,改善了混匀效果 ,烧结矿全项合格率提高了 5 2 % ,年效益达 165万元。 展开更多

关键词 烧结料 混料机 内衬整合技术 混匀效果 烧结 制粒

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济钢320m^2烧结机燃料破碎系统改造

9

作者 万继成 李军卫 +1 位作者 魏国栋 屈凡碧 《河南冶金》 2007年第3期35-37,共3页

介绍了济钢320m2烧结机燃料破碎系统投产初期遇到的问题以及解决方法。通过技术改造,取得了良好的运行效果和经济效益。

关键词 燃料破碎 改造 焦粉粒度

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钢铁废料在烧结生产中的应用研究 被引量：6

10

作者 张燕云 万继成 +2 位作者 白兆春 王振海 杨福隆 《山东冶金》 CAS 2002年第3期45-47,共3页

在保证烧结矿质量、生产过程稳定的条件下 ,探索在烧结工艺中单配钢渣、氧化铁皮、除尘等钢铁废料。实践证明 ,在烧结生产中配加钢铁废料 ,可以稳定生产 ,保证烧结矿品位合格 ,降低烧结矿成本 ,降低能源 。

关键词 钢铁废料 烧结生产 烧结矿 混匀料

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掘锚一体机长距离高精度定位系统 被引量：3

11

作者 胡成军 潘格格 +7 位作者 张超 刘宾 万继成 杨红强 石硕 董征 杨文娟 张旭辉 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2023年第1期210-214,共5页

针对现有煤矿掘锚一体机施工过程中劳动强度大,自动化程度低,单一方式定位精度低等问题,利用传感测量、机器视觉、惯导等技术研制了一种掘锚一体机长距离定位系统。该系统由掘锚一体机主体、惯导定位子系统、视觉定位子系统、全站仪定... 针对现有煤矿掘锚一体机施工过程中劳动强度大,自动化程度低,单一方式定位精度低等问题,利用传感测量、机器视觉、惯导等技术研制了一种掘锚一体机长距离定位系统。该系统由掘锚一体机主体、惯导定位子系统、视觉定位子系统、全站仪定位子系统以及参数监测子系统组成。掘锚机主机采用MB670-1型掘锚一体机;惯导定位子系统由内置光纤惯导、防爆计算机组成;视觉定位子系统包括了红外防爆标靶、激光指向仪、前置防爆工业相机和防爆计算机;全站仪定位子系统包括了360°棱镜、三激光指向仪、后视棱镜;参数监测子系统包括了参数显示、参数设置和参数解算模块。系统在中煤集团大海则煤矿现场试验表明:掘锚一体机长距离高精度定位系统,操作灵活,定位精度高,可实现掘锚一体机的定位与参数监测。 展开更多

关键词 掘锚一体机 精确定位 机器视觉 惯导技术 状态监测

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钻锚机器人钻臂轨迹规划方法研究 被引量：2

12

作者 雷孟宇 张旭辉 +4 位作者 杨文娟 董征 万继成 张超 杜昱阳 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期180-190,共11页

为提高煤矿巷道支护效率,改善掘进工作面自动化智能化程度,设计了一种集成悬臂式掘进机和六自由度机械臂的钻锚机器人,研究了钻锚孔孔序规划策略及钻臂轨迹规划方法。首先,基于改进的DH方法建立机械臂结构的运动学模型,分析其运动学正... 为提高煤矿巷道支护效率,改善掘进工作面自动化智能化程度,设计了一种集成悬臂式掘进机和六自由度机械臂的钻锚机器人,研究了钻锚孔孔序规划策略及钻臂轨迹规划方法。首先,基于改进的DH方法建立机械臂结构的运动学模型,分析其运动学正解和逆解,解算钻机空间位姿及对应的关节变量值;其次,基于蒙特卡罗随机数方法分析机械臂运动空间,求解双机械臂运动范围;基于钻锚作业工艺要求提出一种钻锚孔孔序规划策略,在不同条件下两机械臂按照一定锚固顺序完成顶板锚固作业任务;最后,基于五次多项式插值方法完成机械臂轨迹规划,以实现钻臂快速平稳达到目标位置。仿真结果表明,钻锚机器人能满足宽×高为6000mm×4500mm范围内的巷道支护要求,基于该孔序规划策略和钻臂轨迹规划方法,两钻机在进行顶板锚固作业任务时能有效避免干涉,实现准确、平稳运动至锚固点,完成锚固任务。研究结果为发展自动支护和智能掘进提供了一种思路和方法。 展开更多

关键词 钻锚机器人 运动学模型 工作空间 轨迹规划 五次多项式插值 煤矿

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济钢320m^2烧结机投产实践 被引量：1

13

作者 张瑞堂 李真明 +2 位作者 万继成 贾春海 李军卫 《烧结球团》 北大核心 2007年第1期47-50,共4页

介绍了济钢二烧320m^2烧结机投产以后的整改情况,包括:在生产过程中遇到的问题以及解决办法;返矿加水、添加助燃剂、取消松料器等一些工艺改进;SPSS模型的投运;以及目前正在实施的带冷机废气发电项目和布料、筛分系统改造项目。

关键词 投产实践 工艺改进 SPSS 余热发电

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济钢320m^2烧结机的工艺优化 被引量：1

14

作者 张瑞堂 李真明 +2 位作者 万继成 李军卫 贾春海 《烧结球团》 北大核心 2009年第1期49-52,共4页

济钢320 m2烧结机从2005年投产后至2007年8月,完成了一系列工艺优化改造,包括:一混圆筒加水管角度调整;二混设置雾化加水;混合料槽防粘堵改造;增设返矿预润湿;燃料破碎系统改造等。改造实施后,取得了提质、增产、节能、降耗的显著效果。

关键词 烧结机 工艺 改进

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烧结混合机柔性清料装置的研制与应用 被引量：3

15

作者 傅国水 万继成 +1 位作者 唐建祖 屈凡碧 《甘肃冶金》 2006年第4期60-61,共2页

本文通过烧结混合机柔性清料装置的研制与应用的过程,阐述了烧结物料在混合机的行为及对烧结工艺的影响,着重阐述了柔性清料对生产运行的影响。

关键词 烧结 混合机 柔性清料装置

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济钢320m^2烧结机节能降耗实践 被引量：1

16

作者 杨哲 万继成 +2 位作者 屈凡碧 甘宪文 赵光辉 《甘肃冶金》 2011年第6期105-106,108,共3页

介绍了济钢320 m2烧结机降低工序能耗的措施与实践,依靠技术进步、工艺设备的改造及强化管理是降低能耗的主要措施。

关键词 工序能耗 技术进步 设备改造

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济钢36m^2烧结机的大修改造

17

作者 刘振林 万继成 《烧结球团》 北大核心 1996年第3期54-56,共3页

济钢３６ｍ~２烧结机的大修改造刘振林，万继成（济南钢铁公司）关键词烧结机，四辊破碎机，改造，篦条１改造前概况济南钢铁集团总公司烧结厂有两台３６ｍ２烧结机，设计于７０年代初期，分别于１９７６年８月及１９８５年１２月投产... 济钢３６ｍ~２烧结机的大修改造刘振林，万继成（济南钢铁公司）关键词烧结机，四辊破碎机，改造，篦条１改造前概况济南钢铁集团总公司烧结厂有两台３６ｍ２烧结机，设计于７０年代初期，分别于１９７６年８月及１９８５年１２月投产，原设计装备水平较低，投产后虽经不?.. 展开更多

关键词 烧结机 破碎机 改造 篦条

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烧结机机头除尘器改造

18

作者 张燕云 万继成 《山东冶金》 CAS 2003年第S1期15-16,共2页

因与 3 6m2 烧结机配套的机头除尘器易堵塞、难拆装维护、除尘效果差 ,改造采用ST -XF型高效多管除尘器取代原老式 2 88管除尘器 ,实现了二级除尘。应用表明 ,排放烟气中的含尘量由 187mg/m3降为 94mg/m3,风机叶轮平均寿命由 180天延长... 因与 3 6m2 烧结机配套的机头除尘器易堵塞、难拆装维护、除尘效果差 ,改造采用ST -XF型高效多管除尘器取代原老式 2 88管除尘器 ,实现了二级除尘。应用表明 ,排放烟气中的含尘量由 187mg/m3降为 94mg/m3,风机叶轮平均寿命由 180天延长至 60 0天 ,年效益可达 180万元。 展开更多

关键词 烧结机 除尘器 风机转子 除尘效率

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煤矿掘进工作面远程智能控制系统研究与应用 被引量：7

19

作者 李民 张少毅 +2 位作者 姚义斌 杜昱阳 万继成 《煤矿机械》 2023年第11期148-150,共3页

为解决掘进工作面的智能化水平低、劳动强度高、掘进效率低等问题,进一步提升工作面的智能化水平,研究了煤矿掘进工作面远程智能控制系统。该系统主要组成部分包括感知系统、控制系统、分析决策系统和地面监控系统。远程智能控制关键技... 为解决掘进工作面的智能化水平低、劳动强度高、掘进效率低等问题,进一步提升工作面的智能化水平,研究了煤矿掘进工作面远程智能控制系统。该系统主要组成部分包括感知系统、控制系统、分析决策系统和地面监控系统。远程智能控制关键技术包括智能感知技术、智能控制技术、工作面重现技术和数据传输技术。在韩城桑树坪二号井北翼回风巷进行了工业性试验,取得了良好的应用效果,为掘进工作面智能化建设提供了借鉴。 展开更多

关键词 掘进工作面 智能化 远程控制 应用

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煤矿远程智能掘进面临的挑战与研究进展 被引量：46

20

作者 张旭辉 杨文娟 +10 位作者 薛旭升 张超 万继成 毛清华 雷孟宇 杜昱阳 马宏伟 赵友军 李晓鹏 胡成军 田胜利 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期579-597,共19页

煤矿巷道掘进智能化相关理论与技术研究是当前解决“采掘失衡”难题的基石。远程智能掘进是实现少人甚至无人化掘进作业的根本目标和远景,面临单一掘进装备定位与控制、设备群协同、人-机-环感知与呈现,以及远程智能决策等瓶颈问题。聚... 煤矿巷道掘进智能化相关理论与技术研究是当前解决“采掘失衡”难题的基石。远程智能掘进是实现少人甚至无人化掘进作业的根本目标和远景,面临单一掘进装备定位与控制、设备群协同、人-机-环感知与呈现,以及远程智能决策等瓶颈问题。聚焦巷道近程或地面远程智能掘进场景控制需求,提出了数字孪生驱动掘进装备远程智能控制技术构架,通过构建掘进工作面数字孪生体,将井下人员、设备、环境相关信息呈现到数字空间,虚实融合,共智互驱,达到数字掘进与物理掘进智能协同的目标,破解掘进施工中人-机-环共生安全难题;针对掘-支-运并行作业要求,提出以掘进为智能化核心,自动钻锚和高效转运辅助的远程控制构架,介绍了远程虚拟呈现、精确位姿感知、孪生数据共享、虚实同步驱动、工艺记忆截割、设备群碰撞预警等方面的研究进展,以“DT+VR”远程决策、“视觉+”位姿测量、“人工示教”记忆截割,以及“虚拟设备”碰撞预警等四大核心技术,解决智能决策、精确定位(定向导航和成形质量的基础)、轨迹规划和设备群碰撞预警难题,总结了平面防爆玻璃以及光学球罩折射建模与矫正、振动工况下成像模糊机理、掘进机机身位姿精准测量、定向导航与纠偏、轨迹示教记忆截割,设备群协同与数字孪生驱动等基础理论和技术,以视觉感知的成像折射校正和去模糊入手,系统介绍视觉技术在定位、定向、定形截割方面的进展,并分析了数字孪生驱动技术是实现智能远程掘进工作常态化生产的有效途径。上述核心技术在实验室测试及陕煤小保当、榆林大海则等煤矿井下掘进工作面进行了初步验证,为解决煤矿远程智能掘进提供了新的实现路径。 展开更多

关键词 远程智能掘进 掘进数字孪生 “视觉+”位姿测量 掘进记忆截割 虚拟碰撞

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