創(chuàng)新點(diǎn)

（1）提出了采煤機(jī)自主導(dǎo)航截割控制模式，它是采煤機(jī)的人工目測(cè)截割、機(jī)載探測(cè)截割、示教記憶截割之后的智能截割模式，為智采工作面的采煤機(jī)自動(dòng)駕駛提供了新技術(shù)。導(dǎo)航截割模式具有導(dǎo)航地圖、位姿感知、路徑規(guī)劃、姿態(tài)控制等4個(gè)技術(shù)內(nèi)涵，包括精細(xì)化煤層截割定位地圖、精準(zhǔn)化煤層截割導(dǎo)航地圖、動(dòng)態(tài)化煤層截割導(dǎo)控地圖、采煤機(jī)融合定位方法、定位精度提升、智采機(jī)組全位姿參數(shù)矩陣建立、物理-虛擬模型驅(qū)動(dòng)與交互、無人駕駛防沖撞路徑規(guī)劃、截割作業(yè)智能調(diào)高調(diào)直等9項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。（2）以地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)反演為紐帶所建立煤層截割定位地圖可作為采煤機(jī)截割路徑設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，由C-SLAM實(shí)時(shí)探測(cè)得到煤層截割導(dǎo)航地圖可為采煤機(jī)3～5刀截割提供導(dǎo)航坐標(biāo)，根據(jù)采煤機(jī)上的煤巖截割監(jiān)測(cè)建立煤層截割導(dǎo)控地圖能夠?qū)崟r(shí)反饋調(diào)控截割滾筒姿態(tài)，調(diào)控精度可達(dá)20mm，并實(shí)時(shí)修正和更新采煤機(jī)導(dǎo)航截割的路徑坐標(biāo)。（3）通過捷聯(lián)慣性導(dǎo)航定位技術(shù)與其他傳感器對(duì)采煤機(jī)位置的融合感知，加以動(dòng)態(tài)零速修正算法修正，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜惡劣環(huán)境中的采煤機(jī)位姿進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)，定位誤差小于50mm。（4）構(gòu)建了“物理空間感知、數(shù)據(jù)交互與處理、虛擬空間執(zhí)行”三維度的智采機(jī)組“三機(jī)”全位姿參數(shù)矩陣與數(shù)字孿生系統(tǒng)基本架構(gòu)，以智采機(jī)組全位姿參數(shù)矩陣為載體，通過內(nèi)部?jī)?yōu)化算法與大數(shù)據(jù)分析，可實(shí)現(xiàn)智采機(jī)組物理-虛擬模型的實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)與交互。

（5）根據(jù)導(dǎo)航地圖獲得煤層頂?shù)装暹吔绾兔簩觾A角信息，匹配采煤機(jī)實(shí)時(shí)定位信息，即可完成路徑規(guī)劃、防干涉防沖撞分析以及截割軌跡生成，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)導(dǎo)航截割的自適應(yīng)調(diào)高和行走路徑自動(dòng)調(diào)直的精確控制。

作者簡(jiǎn)介

葛世榮，男，1963年4月出生，浙江天臺(tái)人。1983年7月畢業(yè)于黑龍江礦業(yè)學(xué)院，1989年獲得中國(guó)礦業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位。1994年10月起任中國(guó)礦業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)助理，1997年3月起任中國(guó)礦業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)，2007年8月起任中國(guó)礦業(yè)大學(xué)校長(zhǎng),2017年4月起任中國(guó)礦業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)、黨委副書記，2018年10月起任中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）校長(zhǎng)、黨委副書記。

研究方向

智能礦山裝備和工程摩擦學(xué)

主要成果

發(fā)表了論文240多篇，出版《采礦運(yùn)輸技術(shù)與裝備》《卓越采礦工程師》《摩擦學(xué)的分形》等著作4部，擔(dān)任國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目首席科學(xué)家，獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng)和國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。曾榮獲“國(guó)家杰出青年科學(xué)基金”資助，獲得“中國(guó)青年科技獎(jiǎng)”、“國(guó)家有突出貢獻(xiàn)的中青年技術(shù)專家”、“全國(guó)優(yōu)秀科技工作者”、“何梁何利基金科技進(jìn)步獎(jiǎng)”、“世界能源論壇技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)”、“孫越崎能源科技大獎(jiǎng)”“第二屆全國(guó)創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)狀”。被聘為第七屆教育部科技委學(xué)部委員。受聘為清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)委員會(huì)委員。目前擔(dān)任世界摩擦學(xué)理事會(huì)（International Tribology Council）副主席，兼任中國(guó)煤炭工業(yè)安全科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)。

摘    要

深部煤層構(gòu)造較為復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)無人駕駛開采更加困難。在總結(jié)采煤機(jī)結(jié)構(gòu)和截割調(diào)控技術(shù)演變歷程基礎(chǔ)上,提出采煤機(jī)截割調(diào)控技術(shù)在經(jīng)歷了人工目測(cè)截割、機(jī)載探測(cè)截割、示教記憶截割3個(gè)發(fā)展階段后,已經(jīng)進(jìn)入到自主導(dǎo)航截割的第4階段。

并提出了適用于深部煤層采煤機(jī)自動(dòng)駕駛的導(dǎo)航截割理論與技術(shù)框架,包括導(dǎo)航地圖、位姿感知、路徑規(guī)劃、姿態(tài)控制4項(xiàng)技術(shù)內(nèi)涵和精細(xì)化煤層截割定位地圖、精準(zhǔn)化煤層截割導(dǎo)航地圖、動(dòng)態(tài)化煤層截割導(dǎo)控地圖、采煤機(jī)融合定位方法、定位精度提升、智采機(jī)組全位姿參數(shù)矩陣建立、物理-虛擬模型驅(qū)動(dòng)與交互、無人駕駛防沖撞路徑規(guī)劃、截割作業(yè)智能調(diào)高調(diào)直9項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

系統(tǒng)闡述了采煤機(jī)自主導(dǎo)航截割相關(guān)核心技術(shù)基本原理:首先,構(gòu)建煤層智能化開采導(dǎo)航地圖,從精細(xì)化煤層截割定位、精準(zhǔn)化煤層截割導(dǎo)航和動(dòng)態(tài)化煤層截割導(dǎo)控3個(gè)關(guān)鍵步驟實(shí)現(xiàn)地圖構(gòu)建及更新。

其次,通過融合定位和定位精度提升方法,完成了采煤機(jī)位姿精確感知;再次,創(chuàng)建智采機(jī)組全位姿參數(shù)矩陣,并結(jié)合物理-虛擬模型驅(qū)動(dòng)與交互技術(shù)構(gòu)建出導(dǎo)航截割數(shù)字孿生系統(tǒng)。

最后,基于實(shí)時(shí)綜采裝備位姿狀態(tài)和煤層導(dǎo)航地圖信息,實(shí)現(xiàn)了無人駕駛防干涉防沖撞路徑規(guī)劃、截割滾筒自適應(yīng)調(diào)高控制以及行走路徑自動(dòng)調(diào)直控制。從而實(shí)現(xiàn)了深部煤層采煤機(jī)智能導(dǎo)航截割控制,為智采工作面實(shí)現(xiàn)無人作業(yè)提供了新的理論技術(shù)支撐。

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