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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
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    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
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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

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