煤矿掘进机器人系统智能并行协同控制方法

• 作者: 马宏伟 王鹏 王世斌 毛清华 石增武 夏晶 杨征 薛旭升 王川伟
• 来源期刊: 煤炭学报
• 关键词: 掘进机器人 协同控制 煤矿巷道 钻锚机器人 优化组合 时序分析
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 所属期刊栏目: “煤矿快速智能掘进理论与技术”专题
• 页码范围: 2057-2067
• 页数: 11页
• 分类号: TD421.5|TD263.3
• 语种: 中文
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.JJ21.0820

摘要

煤矿巷道掘进长期存在的"采快掘慢""掘快支慢"顽症,尤其是掘进工作面装备成套化、自动化、智能化程度偏低、顺序作业工艺技术落后等问题,严重影响生产接续和安全高效开采.对此,研发了护盾推移式煤矿巷道掘进机器人系统成套装备,提出了一种煤矿巷道掘进机器人系统智能并行协同控制方法.首先,结合掘进机器人系统与巷道的耦合关系,分析了掘进机器人系统中各个子系统之间的相关性以及多任务之间的相互影响机理,得出了决定掘进效率的关键因素在于截割机器人和钻锚机器人的并行协同控制;其次,针对钻锚机器人各钻机之间的时空关系,构建了多钻机多任务协同钻锚作业数学模型,获得了钻机布置排距、排数及其各排钻锚任务数,同时使用优化组合的方法进行求解,并对计算结果通过安全距离最大原则进行优化,获得了钻锚机器人各排钻机最佳时空匹配策略;最后,通过钻锚机器人系统并行协同控制仿真和实验,证明了该方法的有效性;通过对掘进机器人工作时截割机器人与钻锚机器人的时序分析,得出优化后的钻锚机器人工作时间能够与截割机器人工作时间有效匹配,2者能够并行协同的完成截割和钻锚任务.该方法已经应用在团队研发的煤矿智能掘进机器人系统上,实现了多机器人系统的智能并行协同控制.具有智能并行协同控制的掘进机器人系统已经在大断面(6.50 m×4.25 m)、夹矸与片帮共存的巷道运行近10个月,经受了夹矸厚度达2.1m、硬度f=5～7的严酷考验,日进尺突破50 m.