Perforación de alta precisión por robot de perforación de anclaje basado en control híbrido de servo visual en mina de carbón
Autores: Lei, Mengyu; Zhang, Xuhui; Yang, Wenjuan; Wan, Jicheng; Dong, Zheng; Zhang, Chao; Zhang, Guangming
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Perforación de alta precisión por robot de perforación de anclaje basado en control híbrido de servo visual en mina de carbón
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Anclaje de rocas
Estabilización
Vías de mina de carbón
Perforación
Alineación
Teleoperación robótica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
El perno de roca es un método comúnmente utilizado para estabilizar la roca circundante en las galerías de las minas de carbón. Involucra la instalación de pernos de roca después de la perforación, los cuales penetran capas de roca inestables, uniendo rocas sueltas, mejorando la estabilidad de la roca circundante y controlando su deformación. Aunque el progreso reciente en equipos de perforación y anclaje ha mejorado significativamente la eficiencia del soporte de techo en las minas de carbón y ha mejorado las medidas de seguridad, cómo lidiar con el desalineamiento de las plataformas de perforación con el centro del agujero sigue siendo un gran problema, lo cual podría comprometer la calidad de la perforación y afectar la efectividad del soporte de pernos o incluso resultar en fallas. Para abordar este desafío, este artículo presenta un sistema de teleoperación robótica junto con una estrategia de control híbrida de servo visual. Abordando la demanda de alta precisión y eficiencia en el alineamiento de las plataformas de perforación con el centro del agujero de perforación, se introduce una estrategia de control híbrida que combina control de servo visual basado en posición e imagen. El primero facilita un enfoque efectivo hacia el área objetivo, mientras que el segundo asegura un alineamiento de alta precisión con el centro del agujero de perforación. El sistema de teleoperación robótica emplea el sistema de medición de visión binocular para determinar con precisión la posición y orientación del centro del agujero de perforación, que sirve como la posición objetivo designada para la plataforma de perforación. Aprovechando la información del sensor de desplazamiento y ángulo instalado en cada articulación del manipulador, el sistema utiliza el modelo cinemático del manipulador para calcular la posición espacial del efector final. Ajusta dinámicamente la posición espacial del efector final en tiempo real, alineándolo con la posición objetivo en relación con su ubicación actual. Además, utiliza información de visión monocular para ajustar la velocidad y dirección del movimiento del efector final, asegurando un alineamiento rápido y preciso con el centro objetivo del agujero de perforación. Los resultados experimentales demuestran que este método puede controlar el error máximo de alineación dentro de 7 mm, mejorando significativamente la precisión de alineación en comparación con el control manual. En comparación con el método de control manual, el error promedio de este método se reduce en un 41.2%, y la duración promedio se reduce en 4.3 s. Este estudio allana un nuevo camino para la perforación y anclaje de alta precisión de techos de túneles, mejorando así la calidad y eficiencia del soporte de techo mientras se mitigan los desafíos asociados con errores significativos y la seguridad comprometida durante los procesos de control manual.
Descripción
El perno de roca es un método comúnmente utilizado para estabilizar la roca circundante en las galerías de las minas de carbón. Involucra la instalación de pernos de roca después de la perforación, los cuales penetran capas de roca inestables, uniendo rocas sueltas, mejorando la estabilidad de la roca circundante y controlando su deformación. Aunque el progreso reciente en equipos de perforación y anclaje ha mejorado significativamente la eficiencia del soporte de techo en las minas de carbón y ha mejorado las medidas de seguridad, cómo lidiar con el desalineamiento de las plataformas de perforación con el centro del agujero sigue siendo un gran problema, lo cual podría comprometer la calidad de la perforación y afectar la efectividad del soporte de pernos o incluso resultar en fallas. Para abordar este desafío, este artículo presenta un sistema de teleoperación robótica junto con una estrategia de control híbrida de servo visual. Abordando la demanda de alta precisión y eficiencia en el alineamiento de las plataformas de perforación con el centro del agujero de perforación, se introduce una estrategia de control híbrida que combina control de servo visual basado en posición e imagen. El primero facilita un enfoque efectivo hacia el área objetivo, mientras que el segundo asegura un alineamiento de alta precisión con el centro del agujero de perforación. El sistema de teleoperación robótica emplea el sistema de medición de visión binocular para determinar con precisión la posición y orientación del centro del agujero de perforación, que sirve como la posición objetivo designada para la plataforma de perforación. Aprovechando la información del sensor de desplazamiento y ángulo instalado en cada articulación del manipulador, el sistema utiliza el modelo cinemático del manipulador para calcular la posición espacial del efector final. Ajusta dinámicamente la posición espacial del efector final en tiempo real, alineándolo con la posición objetivo en relación con su ubicación actual. Además, utiliza información de visión monocular para ajustar la velocidad y dirección del movimiento del efector final, asegurando un alineamiento rápido y preciso con el centro objetivo del agujero de perforación. Los resultados experimentales demuestran que este método puede controlar el error máximo de alineación dentro de 7 mm, mejorando significativamente la precisión de alineación en comparación con el control manual. En comparación con el método de control manual, el error promedio de este método se reduce en un 41.2%, y la duración promedio se reduce en 4.3 s. Este estudio allana un nuevo camino para la perforación y anclaje de alta precisión de techos de túneles, mejorando así la calidad y eficiencia del soporte de techo mientras se mitigan los desafíos asociados con errores significativos y la seguridad comprometida durante los procesos de control manual.