留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

煤矿消防灭火机器人系统设计

陈骋 陈秀田 朱明亮

陈骋,陈秀田,朱明亮. 煤矿消防灭火机器人系统设计[J]. 工矿自动化,2022,48(4):142-146.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021090019
引用本文: 陈骋,陈秀田,朱明亮. 煤矿消防灭火机器人系统设计[J]. 工矿自动化,2022,48(4):142-146.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021090019
CHEN Cheng, CHEN Xiutian, ZHU Mingliang. A system design for coal mine fire-fighting robots[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(4):142-146.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021090019
Citation: CHEN Cheng, CHEN Xiutian, ZHU Mingliang. A system design for coal mine fire-fighting robots[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(4):142-146.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021090019

煤矿消防灭火机器人系统设计

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021090019
详细信息
    作者简介:

    陈骋(1985-),男,辽宁锦州人,助理研究员,硕士,主要研究方向为煤矿安全相关的智能装备,E-mail:314895750@qq.com

  • 中图分类号: TD753

A system design for coal mine fire-fighting robots

  • 摘要: 消防灭火机器人是煤矿井下防灭火治理及灾后救援的重要装备,但目前针对煤矿井下复杂地形的机器人定位、路径规划、火灾险情识别及精准灭火等方面的研究较少。针对该问题,提出了一种煤矿消防灭火机器人系统设计方案。结合超宽带(UWB)、激光雷达技术,采用迭代最近点(ICP)算法实现机器人定位初始化;结合惯性测量装置和里程计数据,采用自适应蒙特卡洛定位(AMCL)算法实现机器人实时定位,实测定位精度达5~10 cm;通过加入寻找新目标点的容忍距离参数对A*算法进行优化,并采用优化A*算法实现机器人路径规划,测试结果表明,采用优化A*算法进行路径规划用时短,规划的路径合理;通过先验知识生成着火点特征图片库,采用模板匹配方法识别险情目标,测试结果表明,机器人对动态多着火点的虚警率在10%以内,识别率达90%,满足应用要求;采用速度、位置双闭环的串级控制器实现云台俯仰轴和偏航轴角度控制,并通过云台控制将消防弹投射至险情目标,为煤矿精准灭火提供技术支持。

     

  • 图  1  煤矿消防灭火机器人系统结构

    Figure  1.  Structure of coal mine fire-fighting robot system

    图  2  AMCL算法流程

    Figure  2.  Flow of the AMCL algorithm

    图  3  机器人实时定位测试结果

    Figure  3.  Test results of robot real-time positioning

    图  4  机器人路径规划测试结果

    Figure  4.  Test results of robot path planning

    图  5  云台串级控制流程

    Figure  5.  Cascade control process of the pan-tilt-zoom (PTZ)

    表  1  路径规划指标

    Table  1.   Path planning indexes

    序号起止点间
    欧氏距离/m
    算法
    用时/s
    路径
    长度/m
    与障碍物
    最小距离/m
    15.6501.0510.9800.750
    27.0951.2513.8130.900
    36.4501.3413.6820.750
    45.7320.78 7.4330.640
    58.1371.0911.8030.590
    下载: 导出CSV

    表  2  着火点目标识别测试结果

    Table  2.   Test results of ignition points detection

    测试场景帧率/(帧·s−1虚警率/%
    最大值最小值平均值
    静态单一着火点15.18.210.57.9
    动态单一着火点14.75.09.38.2
    静态多着火点11.04.28.59.0
    动态多着火点9.53.25.29.7
    下载: 导出CSV
  • [1] 王国法,任怀伟,赵国瑞,等. 煤矿智能化十大“痛点”解析及对策[J]. 工矿自动化,2021,47(6):1-11.

    WANG Guofa,REN Huaiwei,ZHAO Guorui,et al. Analysis and countermeasures of ten 'pain points' of intelligent coal mine[J]. Industry and Mine Automation,2021,47(6):1-11.
    [2] 王勇,朱华,王永胜,等. 煤矿救灾机器人研究现状及需要重点解决的技术问题[J]. 煤矿机械,2007,28(4):107-109. doi: 10.3969/j.issn.1003-0794.2007.04.045

    WANG Yong,ZHU Hua,WANG Yongsheng,et al. Current status and technical problems in research of coal mine rescue robot[J]. Coal Mine Machinery,2007,28(4):107-109. doi: 10.3969/j.issn.1003-0794.2007.04.045
    [3] 王路明,常振兴. 机器人技术在煤矿中的应用及发展趋势[J]. 煤炭技术,2021,40(4):151-153.

    WANG Luming,CHANG Zhenxing. Application and development trend of robot technology in coal mine[J]. Coal Technology,2021,40(4):151-153.
    [4] 杨林,马宏伟,王岩,等. 煤矿井下移动机器人运动规划方法研究[J]. 工矿自动化,2020,46(6):23-30.

    YANG Lin,MA Hongwei,WANG Yan,et al. Research on motion planning method of underground mobile robot[J]. Industry and Mine Automation,2020,46(6):23-30.
    [5] 丁林祥. 面向家庭服务的室内移动平台设计与实现[D]. 南京: 南京理工大学, 2018.

    DING Linxiang. Design and implementation of a family service oriented indoor mobile platform[D]. Nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 2018.
    [6] 陈梦雯,迟克浩,陈文娟. 基于空间三角测距的激光雷达三维重建实验系统[J]. 物理实验,2019,39(3):48-53.

    CHEN Mengwen,CHI Kehao,CHEN Wenjuan. Laser radar 3D reconstruction experiment system based on spatial triangulation distance measurement[J]. Physics Experimentation,2019,39(3):48-53.
    [7] 李波,徐月娜. 基于UWB的服务机器人室内位置感知系统[J]. 电子技术与软件工程,2018(17):90-91.

    LI Bo,XU Yuena. UWB-based indoor location perception system for service robot[J]. Electronic Technology & Software Engineering,2018(17):90-91.
    [8] 陈志键,徐爱功,隋心,等. 室内UWB/LiDAR组合定位算法[J]. 导航定位学报,2019,7(1):38-42,111.

    CHEN Zhijian,XU Aigong,SUI Xin,et al. Algorithm of indoor UWB/LiDAR combined positioning[J]. Journal of Navigation and Positioning,2019,7(1):38-42,111.
    [9] GUAN R P,RISTIC B,WANG Liuping,et al. KLD sampling with Gmapping proposal for Monte Carlo localization of mobile robots[J]. Information Fusion,2019,49:79-88. doi: 10.1016/j.inffus.2018.09.003
    [10] 伍阳. 利用对称性进行LiDAR点云配准[D]. 南京: 南京大学, 2016.

    WU Yang. Registration of LiDAR point clouds based on symmetry[D]. Nanjing: Nanjing University, 2016.
    [11] 郜春艳,何秀娟,黄文美,等. 基于2-D范围扫描的室内场景识别方法[J]. 电光与控制,2018,25(12):30-34. doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2018.12.007

    GAO Chunyan,HE Xiujuan,HUANG Wenmei,et al. An indoor scene recognition method based on 2-D range scanning[J]. Electronics Optics & Control,2018,25(12):30-34. doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2018.12.007
    [12] 许金鹏. 移动机器人路径规划与运动控制研究[D]. 太原: 中北大学, 2018.

    XU Jinpeng. Research on path planning and motion control of mobile robots[D]. Taiyuan: North University of China, 2018.
    [13] 董文康,陈少斌,黄宴委. 基于ROS的小车自主建图与路径规划[J]. 福建电脑,2018,34(12):100-101,112.

    DONG Wenkang,CHEN Shaobin,HUANG Yanwei. Autonomous mapping and path planning of cars based on ROS[J]. Fujian Computer,2018,34(12):100-101,112.
    [14] 吕伟鹏. 无刷直流电机双闭环串级控制系统仿真研究[J]. 电子设计工程,2011,19(24):30-34. doi: 10.3969/j.issn.1674-6236.2011.24.010

    LYU Weipeng. Research of simulation for brushless DC motor with dual closed-loop cascade control system[J]. Electronic Design Engineering,2011,19(24):30-34. doi: 10.3969/j.issn.1674-6236.2011.24.010
    [15] 冯健业,赖全运,刘和顺,等. 基于云台的智能化运动目标跟踪监控系统设计[J]. 韶关学院学报,2018,39(9):52-56. doi: 10.3969/j.issn.1007-5348.2018.09.012

    FENG Jianye,LAI Quanyun,LIU Heshun,et al. Design of intelligent moving target tracking and monitoring system based on pan-tilt-zoom[J]. Journal of Shaoguan University,2018,39(9):52-56. doi: 10.3969/j.issn.1007-5348.2018.09.012
    [16] 沈志顺. 工业AGV载物云台稳定性控制策略研究[D]. 芜湖: 安徽工程大学, 2017.

    SHEN Zhishun. The stability control of industrial AGV stabilized platform[D]. Wuhu: Anhui Polytechnic University, 2017.
    [17] 王继玉. ROS移动机器人跟踪系统的设计与实现[D]. 郑州: 郑州大学, 2018.

    WANG Jiyu. Design and implementation of ROS mobile robot tracking system[D]. Zhengzhou: Zhengzhou University, 2018.
  • 加载中
图(5) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  781
  • HTML全文浏览量:  51
  • PDF下载量:  31
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-06
  • 修回日期:  2022-03-07
  • 网络出版日期:  2022-03-05

目录

    /

    返回文章
    返回