论文中文题名: | 煤矿井下机器人精准定位与协同作业研究 |
姓名: | |
学号: | 19207205062 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085208 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 电子与通信工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2022 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 机器人应用 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2022-06-21 |
论文答辩日期: | 2022-06-06 |
论文外文题名: | Research on Precise Positioning and Cooperative Operation of Underground Robot in Coal Mine |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Real-time and High-precision Positioning ; Collaborative Formation ; SINS ; RFID |
论文中文摘要: |
众所周知,煤炭矿产地质环境特殊且煤矿井下巷道内部环境错综复杂,井下一旦发生矿难,因通信中断所造成的人员物品损失不计其数。因此,设计一款井下智能安全巡检机器人,使其在井下巷道内部进行安全巡检工作可以有效降低矿产行业的事故发生率和人员死亡率,对于井下安全巡检具有十分重要的意义。 针对井下安全巡检机器人的实时高精度定位要求,本文对井下组合导航系统的工作原理进行阐述,分析了捷联惯性导航系统(SINS)由于时间和路程所造成的累计误差以及RFID射频标签工作原理,设计出了一种以SINS系统为主、RFID系统为辅的煤矿井下组合导航实时高精度定位系统,其利用RFID电子射频标签内部预设的真实地理位置信息并结合扩展卡尔曼滤波算法(EKF),对SINS系统的累积误差进行修正,从而提高了井下安全巡检机器人的定位精度。 安全巡检机器人的多功能化使其重量和体积也逐步增大,难以适应煤矿井下巷道内部的狭小环境,所以多机器人协同作业应运而生。本文针对煤矿井下内部空间狭小的特点,设计了一种结合图论与一阶一致性算法的领航-跟随型多移动机器人编队算法模型,该模型将图论的概念引入到领航-跟随方式的编队模型中,同时针对该模型分别设计了理想与加入障碍点两种仿真环境。在Matlab软件仿真平台对本文的实时高精度组合导航定位系统算法和多移动机器人编队算法进行仿真实验,实验结果验证了这两种算法的可行性与可靠性。 本文搭建了机器人硬件平台,IMU模块选用国产的CH100DK模块,M10-HA电子阅读器读取ISO 14443A近耦合IC卡内部预设的真实地理位置信息,在煤矿井下巷道实验室,以机器人为平台对组合导航实时高精度定位系统进行实验测试,测试结果表明定位误差控制在厘米级,对煤矿井下安全巡检有一定的实用价值。 |
论文外文摘要: |
As we all know, the geological environment of coal mining is special and the internal environment of underground roadway of coal mine is complex. Once a mining accident occurs underground, countless losses of personnel and goods will be caused by communication interruption. Therefore, designing an underground intelligent safety inspection robot to conduct safety inspection in the underground roadway can effectively reduce the accident rate and personnel mortality in the mineral industry, it is of great significance for underground safety inspection. According to the real-time and high-precision positioning requirements of underground safety inspection robot, the working principles of underground integrated navigation system were described in this paper. After analyzing the cumulative errors caused by time and distance of the strapdown inertial navigation system (SINS) and the working principle of the RFID radio frequency tag, a real-time high-precision positioning system for underground combined navigation based on SINS system and supplemented by RFID system is designed for coal mine, which uses the preset real geographical location information in RFID electronic RF tag and combined with extended Kalman filter algorithm (EKF) to correct the cumulative error of SINS system, so the positioning accuracy of underground safety inspection robot is improved. The multi-function of safety inspection robot makes its weight and volume gradually increase, which is difficult to adapt to the narrow environment inside the coal mine roadway, so the multi robot cooperative operation came into being. According to the characteristics of narrow internal space in coal mine, a pilot follow multi mobile robot formation algorithm model combining graph theory and first-order consistency algorithm is designed in this paper. The model introduces the concept of graph theory into the pilot follow formation model. At the same time, two simulation environments including ideal and obstacle points are designed for the model. The real-time high-precision integrated navigation and positioning system algorithm and multi mobile robot formation algorithm are simulated on the Matlab software simulation platform. The experimental results verify the feasibility and reliability of the two algorithms. In this paper, the robot hardware platform is built. The IMU module selects the domestic CH100DK module, and the M10-HA e-reader reads the real geographic location information preset inside the ISO 14443A near coupled IC card. In the coal mine tunnel laboratory, the integrated navigation real-time high-precision positioning system is tested on the platform of the robot. The test results show that the positioning error is controlled at the centimeter level, which has certain practical value for safety inspection in coal mine. |
参考文献: |
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中图分类号: | TP242.2 |
开放日期: | 2022-06-21 |