)地下金属矿智能开采技术及装备(智能采矿会).ppt

地下金属矿山智能开采技术和设备，2011年11月28日，战争启、纲要、总体目标和总体技术方案，一、研究意义，党的十七大明确指出：“为了实现未来经济发展的目标，关键是加快经济发展方式的转变，坚持中国特色新兴工业化道路，促进信息化与工业化的融合，胡总书记当今世界积极追求绿色、智能、可持续发展。要推进信息化和产业化的整合，依靠机器产品，机器周边人生产产品是可能的。“2010年10月10日，国务院公布关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定，明确表示需要扩大资源能源环境培育及高新技术设备制造产业等7大战略新兴产业，将智能设备制造选为先进设备制造产业的主要方向。”决定的出台给我国智能设备的开发和产业化带来了前所未有的发展机遇。一、研究的意义，一、研究的意义，一、研究的意义，三、研究结果可以加快矿山企业矿山设备技术升级，大大提高矿山企业现代管理水平2、提高我国矿山企业和设备制造业的核心竞争力，一、研究结果可以使矿山数字化、智能化、无人值守采矿AtlasCopco，ABB，企业战略，automine，opti mine，mine LAN，Sandvik，提高矿业领域的国家竞争力，提高企业的核心竞争力，从单个设备供应商过渡到技术解决方案供应商，第二，国内外技术.国家科学研究计划，企业发展技术和设备，在一些领域取得了一些进展软件，Dimine3DmineGeos3D蓝光的软，设备，通信，T150 DTH钻井设备CSY50钻井设备CY2/3 scraper DQ20地下汽车。二、国内外技术现状和趋势，2006年北京矿冶研究所和北京科技大学联合开展了国家高新技术研发计划(863计划)任务“地下无人矿山设备高精度定位技术和智能无人铲运机模型技术研究”总体目标自主研究地下无人矿山设备精确定位和导航技术、地下智能铲运机自主控制技术和智能实现方法研究；初步构建我国智能采矿技术和设备的开发系统和技术平台，确保智能采矿的核心技术和方法，为今后实现我国地下矿山智能提供技术支持。第二，国内外技术现状和趋势，目标：1)开发具有独立知识产权的地下无轨设备的定位技术2)掌握地下电子地图的构建方法3)地下智能铲运机的设计理论和方法4)智能铲运机开发的自主导航技术5)智能铲运机整体集成技术和设备铲、装载、各种条件的全过程动态模拟技术6)未来，二，国内外技术现状和趋势，地面智能控制中心，通信系统，3，智能采矿的原理和核心内容，3，智能采矿的原理和核心内容，智能采矿的核心内容，4，总体目标和总体技术方案，初步建立中国地下金属矿山智能采矿技术系统， 智能调度和控制，智能矿山爆破，地下无线通信，准确位置和导航，无处不在的信息系统，DTH，地下铲运机，地下汽车，地下充电车，主要矿山设备，关键技术，4，总体目标和总体技术方案，5，预期结果，5个关键有80多名硕士研究生，形成中国地下金属矿山智能采矿领域的研发创新团队和创新基地，5个，预期结果，国家或行业标准1-2个建议，预期结果，6，技术路线，7，进度计划，8，可行性分析，6， 9、初步研究开发基础、团队建设，2006年北京矿冶研究所和北京科技大学共同研究了国家高新技术研究开发计划(863计划)主题“地下无人矿山设备高精度定位技术和智能无人铲运机模型技术研究”的总体目标自主地下无人矿山设备精确定位和导航技术研究、地下智能铲运机自主控制技术和智能实现方法； 初步构建我国智能采矿技术和设备的开发系统和技术平台，确保智能采矿的核心技术和方法，为今后实现我国地下矿山智能提供技术支持。9、基于以前的研发，具体目标：1)开发具有独立知识产权的地下无轨设备定位技术2)掌握地下电子地图建设方法3)地下智能铲运机设计理论和方法4)智能铲运机开发的自主导航技术5)智能铲运机整体集成技术和设备铲、安装，各种条件的全过程动态模拟技术6)今后的工业应用，9、基于以前的研究和开发，(a)基于ARCGIS地理信息平台进行二次开发的地下电子地图构建技术研究，基于道路的特定方面构建道路电子地图。在已知道路环境平面图形扫描后，通过在ARCGIS中输入数据将其矢量化，可以使用lidar扫描系统扫描未知道路的数据收集。通过道路区域进行铲运机形态区域的叠加分析、区域专业属性分析和空间查询，在执行GIS系统空间分析的同时，实现准确的位置标记和警报。(a)，地下电子地图建设技术研究，地下道路横断面图实验室走廊环境二维电子地图，(a)，地下电子地图建设技术研究，电子地图缩小，放大，漫游；电子地图标志的矿山设备实时定位；实时坐标数据显示；设备轨道路径跟踪功能；实施层动态附加修改和删除功能；(b)地下矿山设备自主位置和导航技术研究；铲运机位置：二维电子矿山图中铲运机绝对位置坐标或相对于地下道路内已知位置的铲运机位置；水平位置和垂直位置。刮板姿势：偏离角度：前方向和道路上轴之间的角度前转和后转铰接角度：(2)前转和后转铰接角度，(2)地下矿山设备的自主位置和导航技术研究，侧面位置：铲运机定位中心点与道路墙的相对距离(刮刀定位中心点定义为刮刀后转中心连接的中点)。道路墙凹凸不平，道路墙的距离测量必须使用激光扫描系统扫描道路墙平面，然后进行拟合。(b)，地下矿山设备自主定位和导航技术研究，垂直定位：使用激光扫描测量系统位置、轨道估计、无线定位等组合定位方法，在铲运机高精度定位道路内按一定间隔设置一个节点(将角度设置为大于45度的度节点)，节点和节点之间的位置主要依靠无线电位置、铲运机上装载的里程表和车辆惯性导航设备进行信息，(b)，地下矿山设备自主定位和导航技术研究，在道路两侧的墙上安装ZigBee路由节点，每个路由节点以5秒为间隔广播到子节点通信。目标接收到父节点的广播通信后，首先确定发送源，读取信号强度RSSI值以确定发送源及其自身的位置，最终将目标位置发送到传送到刮板车辆设备的最近ZigBee节点。无线定位：基于ZigBee网络的无线定位系统，(b)地下矿山设备自主定位和导航技术研究，将刮刀的运动视为二维平面运动，知道刮刀的起点和初始方向角后，可以实时测量刮刀的行驶距离和方向角的变化，从而实时计算刮刀的位置。轨道推算法位置：必须实时测量铲运机的航向角度和行驶速度，(b)，地下矿山设备自主位置和导航技术研究，实时速度：里程表和惯性导航设备融合实时方向角确定：陀螺直接测量，轨道推算法定位：根据编码信号修改不同位置，激光扫描测量，轨道推算法位置修正：信标工作原理和物理，(2)，地下矿山设备自主位置和导航技术研究，信标安装示意图，编码字符识别流程图，(2)，地下矿山设备自主位置和导航技术研究，姿态确定技术：转向角度：转向角度测量可以转换为活塞杆的位移测量。在铰接点上安装编码器还可以读取编码器信息，以获得方向角大小。(B)，地下矿山设备自主定位和导航技术研究，姿态确定技术：角度：前进方向和道路的轴角度，4顶点：A，B，C，D 4测距仪：1，2，3，4顶点距离：S1，S2，S3，S4位置地下2立方铲运机的长度一般为7米，宽度为1.8米，高度为2.0米，铲运机主体两侧外墙和道路墙壁之间的距离一般只有0.9米左右，这样长的车身在狭窄弯曲的道路内行驶是多么困难。即使是受过训练的刮刀司机，也是在驾驶刮刀的同时刮路面的墙时发生的。因此，有必要对地下采矿设备的自主导航技术进行深入研究。(b)，地下矿山设备自主定位和导航技术研究，自主导航控制器的设计概念：确定刮刀轨迹的最重要的控制输入变量是转向角度和转向角度变化率。在一定速度下控制转向角度和转向角度变化率是控制刮刀轨迹。方向角和方向角变化率的控制依据必须将刮板当前侧位置偏差、方向角偏差、方向角变化率偏差、速度和车身结构参数与这些法则相结合，以确定方向角控制法则。下面是对这种控制规律的分析和研究。然后构建用于导航地下铲运机的导航控制器。(b)，地下采矿设备自主定位和导航技术研究，将X-Y坐标系设置为道路中的坐标平面，p是铲运机的位置，曲线a是预定目标路径，曲线b是铲运机的实际跟踪轨迹。Kg在p点跟踪轨迹的曲率，Km在p点跟踪目标路径的曲率，Rm跟踪曲率半径，Sm跟踪目标路径曲线的弧长度。a为刮刀转向角度，行驶速度为Vg，速度与跟踪曲线b相切，在目标路径上p点投影速度为Vm。刮板轨迹曲线和轨迹参数定义，1，刮板路径跟踪轨迹特性研究：(2)，地下矿山设备自主位置和导航技术研究，(1)投影速度与刮板速度的函数关系，(2)侧位置偏差与航道角度偏差的函数关系，(3)航向角度与曲率和速度的函数关系， 跟踪目标路径曲率、速度、刮板结构参数之间的函数关系，(b)，地下矿山设备自主定位和导航技术研究，(6)地下铲运机跟踪轨迹计算模型：上述铲运机路径跟踪轨迹特性研究是轨迹偏差与车辆结构大小、转向角度速度、速度、路径曲率的函数关系(。 构建自主刮板导航控制器：(1)绝对定位和相对定位的导航控制方法1)在绝对定位中，使用lidar扫描放置在道路墙已知位置的信号，以检测外部环境信息，进行准确的位置识别和计算，提供相对定位所需的初始位置偏差和初始方向角度偏差，从而消除相对定位中由于位置估计引起的累积误差，恢复位置精度。 2)将转角传感器、陀螺仪、里程表应用于相对位置，测量刮刀的位置，估计导航控制器中跟踪轨迹和目标路径的偏差，进行导航控制。(b)，地下矿山设备自主定位和导航技术研究，将信号(绝对位置)放置在道路墙的已知位置上，以提供精确的位置测量数据，消除相对位置(轨迹估计)上的累积误差。特别是，某些关键位置(节点)(例如旋转、避障、开始、结束等)需要精确的定位数据。(b)地下矿山设备自主定位和导航技术研究，(2)处理导航控制器多偏差融合反馈跟踪问题的人类智能和路径跟踪轨迹特性研究结果，将导航控制器设计为3偏差融合反馈的导航控制器，3偏差融合反馈计算公式：多偏差融合反馈是3种反馈控制相互约束的形成，为了避免单反馈控制的局限性，导航控制可以是预测性和未来性的。，(b)地下矿山设备自主定位和导航技术研究，(3)地下刮板多偏差导航控制器结构方框图，(b)地下矿山设备自主定位和导航技术研究，地下铲运机PID多偏差导航控制器算法方框图，(b)，地下矿山设备自主定位和导航技术研究由于地下道路狭窄，刮刀主体的外围轮廓离道路墙只有0.9米左右，容易发生碰撞事故，因此规划自主刮刀目标路径很重要。如上所述，在轨迹模拟分析中，此PID多偏差导航控制器可以在知道初始车辆状态和初始侧位置偏差和方向角偏差的情况下，计算与后续一系列控制效果和相应控制效果对应的一系列轨迹偏差的更改值，因此，可以将PID多偏差导航控制器用作完整条件模拟器，以在各种路径情况下模拟跟踪轨迹。(b)，地下矿山设备自主定位和导航技术研究，5，铲运机的区域避障导航控制方法，在