智能炸药填装机器人炮孔识别与可行区域规划相关技术研究
发布时间：2021-10-24 23:31
目前在国内井下矿爆破过程中,炸药的填装都是采用人工或简易的注药设备完成的,这种作业环境中不但空气潮湿、环境恶劣,而且工人的工作效率低下、劳动强度大、并且极度危险。因此在炸药填装的工艺中使用机器人代替人工作业不但是提高矿山爆破装备智能化水平的迫切需要,也是矿山行业智能化产业升级的关键环节。本课题主要研究“机器人自动填装炸药”课题中的视觉识别问题,主要研究内容如下:第一,介绍井下矿乳化炸药爆破装置的发展状况,对国内外乳化炸药混装车装置的发展以及研究现状进行介绍和说明。针对传统的炸药填装装置进行智能化设计,重新确定整体设计方案,方案包括抓手设计,支架设计,车载控制,识别算法,手眼系统,人工智能平台。本文主要研究集中在井下矿炮孔的识别算法实现。第二,主要分析了基于深度学习的机器人自动寻孔注药的方法,其中深度摄像头采集到矿山中炮孔的位置,与机器人末端运动轨迹规划相结合处理。把炮孔识别进行分解实验。本文首先使用了传统的图像识别方法进行目标是识别算法设计,通过提取颜色、纹理和形状特征,再对提取的特征进行分类,结果发现传统的图像识别算法的适应能力较差,比如对于亮度、大小、角度等不统一的特征获得的识别准...
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
隧道内炸药填装机器人注药示意图
辽宁科技大学硕士学位论文9（2）深度摄像机，深度摄像机的作用是获取机器人周边三维环境信息，在获取周边三维环境的基础上对三维点云进行信息构建和几何形状识别，深度摄像机是获取周边三维信息的重要传感器。（3）PLC和机器人控制箱，分别控制PLC设备和机械臂本体。在计算机的控制下PLC控制机械臂抓手的工具，PLC控制器控制注药管的输入和停止。机器人控制控制机械臂的所有运动动作与开关。（4）机械臂本体，机械臂本体是替代人进行实际物理动作的实施者，机械臂替代工人完成注药管支撑托举、运动、规划各种所需动作，机械臂的控制由机器人控制箱完成。（5）机械臂抓手，抓手是机械臂末端实施套筒抓取的工具，是实现爆破雷管抓取的机构，该机构需要自主设计，除了套筒外，抓手还需要与视觉机构合为一体，共同装载到机械臂末端。（6）操作用电脑，操作用电脑是用户对机器人操作的控制端，操作用电脑和服务器通过网络连接，用户可以再远程直接控制机械臂和相关工作流程。（7）装载安全栏，装载安全栏是保护机器人不受外部破坏，也保护操作人不被机器人碰伤，同时安全栏前端装载多个安装孔，可以防止爆破雷管。（8）接口设备和接口协议，协议包括服务器和PLC之间的接口，包括PLC和机器人之间的接口，包括机器人和视觉机构之间的接口，包括服务器和操作机器人之间的接口，通过各个接口系统链接为一个整体系统。该炸药填装机器人系统结构如下图所示：图2.2系统设计结构图Fig.2.2Systemdesignstructurediagram
2.智能炸药填装机器人的系统结构102.2智能炸药填装机器人的整体结构2.2.1爆破专用车整体结构整体结构分为两部分，第一部分是爆破专用车，作为基本地盘托举机器人进行空间运动。第二部分为机械臂系统，该系统在视觉的引导下，指挥机械臂进行空间运动和注药管抓取，并且完成注药工作。爆破专用车整体结构如下图所示：图2.3井下矿爆破专用车整体示意图Fig.2.3Overallschematicdiagramofundergroundmineblastingspecialvehicle2.2.2机器人机械臂完成注药的动作流程机械臂末端是炮管抓取机构，即抓手。抓手的工作是对套筒进行抓取并将其送入炮孔底部。炮管的抓手是设计难点，首先抓手要对套筒进行准确、稳定抓取，其次在炸药推进过程中，机械抓手要判断出套筒是否被正确推进到炮孔底部。如果判断失误要么炸药没有充分注入，要么套筒被注入炮孔底部后，抓手还在继续推进。这两种情况都会造成严重问题。机械臂先抓取雷管，通过计算将雷管移动至套筒附近，对准套筒把雷管插入到套筒中，旋转机器臂至另一角度，控制抓手抓取套筒，机械臂将套筒注入炮孔中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Faster R-CNN的煤岩识别与煤层定位测量[J]. 华同兴,邢存恩,赵亮. 矿山机械. 2019(08)
[2]基于深度残差网络和YOLO的人物识别系统[J]. 邹阿金,李承骏,陈越锋. 现代计算机(专业版). 2018(28)
[3]井下采矿技术和井下采矿的发展趋势[J]. 郑锋玉. 科学技术创新. 2017(24)
[4]深度学习进化编年史:一路走来,几十年的风风雨雨[J]. 房晓楠. 机器人产业. 2017(04)
[5]基于HOG-LBP特征的静态图像中的行人检测[J]. 刘国明. 电脑知识与技术. 2017(16)
[6]基于Fast R-CNN的车辆目标检测[J]. 曹诗雨,刘跃虎,李辛昭. 中国图象图形学报. 2017(05)
[7]一种改进的Canny算子在机器人视觉系统中的应用[J]. 王诗宇,林浒,孙一兰,尹震宇. 计算机系统应用. 2017(03)
[8]图像识别技术发展与应用[J]. 武煜博. 电子技术与软件工程. 2017(04)
[9]卷积神经网络研究综述[J]. 李彦冬,郝宗波,雷航. 计算机应用. 2016(09)
[10]基于机器视觉的工业机器人工件定位[J]. 朱良,林浒,吴文江. 小型微型计算机系统. 2016(08)
博士论文
[1]基于浅层学习引导深度学习的行人检测[D]. 刘弋锋.武汉大学 2016
[2]井下乳化炸药混装关键技术研究[D]. 孙伟博.东北大学 2013
硕士论文
[1]基于卷积神经网络的煤岩壳质组显微图像多组分识别[D]. 刘婕梅.安徽工业大学 2019
[2]基于Faster RCNN的目标检测系统[D]. 陈怡佳.哈尔滨理工大学 2019
[3]基于纹理特征和深度学习的HEp-2细胞分类方法的研究[D]. 潘洪金.深圳大学 2018
[4]基于快速SSD深度学习算法的机器人抓取系统研究[D]. 王欣.武汉科技大学 2018
[5]基于深度学习的溯源视频目标检测与识别[D]. 刘健.东南大学 2016
[6]基于中层语义特征表达的物体检测方法研究[D]. 陈浩.北京工业大学 2016
[7]基于机器视觉的移动机械臂控制[D]. 陈浩.西安电子科技大学 2014
[8]基于视觉的连续手语识别系统的研究[D]. 陈小柏.东华大学 2014
[9]地下潜孔钻机智能炮孔定位技术研究[D]. 豆龙.长沙矿山研究院 2013
[10]工业机器人手眼标定技术研究[D]. 张云珠.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3456205
【文章来源】：辽宁科技大学辽宁省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
隧道内炸药填装机器人注药示意图
辽宁科技大学硕士学位论文9（2）深度摄像机，深度摄像机的作用是获取机器人周边三维环境信息，在获取周边三维环境的基础上对三维点云进行信息构建和几何形状识别，深度摄像机是获取周边三维信息的重要传感器。（3）PLC和机器人控制箱，分别控制PLC设备和机械臂本体。在计算机的控制下PLC控制机械臂抓手的工具，PLC控制器控制注药管的输入和停止。机器人控制控制机械臂的所有运动动作与开关。（4）机械臂本体，机械臂本体是替代人进行实际物理动作的实施者，机械臂替代工人完成注药管支撑托举、运动、规划各种所需动作，机械臂的控制由机器人控制箱完成。（5）机械臂抓手，抓手是机械臂末端实施套筒抓取的工具，是实现爆破雷管抓取的机构，该机构需要自主设计，除了套筒外，抓手还需要与视觉机构合为一体，共同装载到机械臂末端。（6）操作用电脑，操作用电脑是用户对机器人操作的控制端，操作用电脑和服务器通过网络连接，用户可以再远程直接控制机械臂和相关工作流程。（7）装载安全栏，装载安全栏是保护机器人不受外部破坏，也保护操作人不被机器人碰伤，同时安全栏前端装载多个安装孔，可以防止爆破雷管。（8）接口设备和接口协议，协议包括服务器和PLC之间的接口，包括PLC和机器人之间的接口，包括机器人和视觉机构之间的接口，包括服务器和操作机器人之间的接口，通过各个接口系统链接为一个整体系统。该炸药填装机器人系统结构如下图所示：图2.2系统设计结构图Fig.2.2Systemdesignstructurediagram
2.智能炸药填装机器人的系统结构102.2智能炸药填装机器人的整体结构2.2.1爆破专用车整体结构整体结构分为两部分，第一部分是爆破专用车，作为基本地盘托举机器人进行空间运动。第二部分为机械臂系统，该系统在视觉的引导下，指挥机械臂进行空间运动和注药管抓取，并且完成注药工作。爆破专用车整体结构如下图所示：图2.3井下矿爆破专用车整体示意图Fig.2.3Overallschematicdiagramofundergroundmineblastingspecialvehicle2.2.2机器人机械臂完成注药的动作流程机械臂末端是炮管抓取机构，即抓手。抓手的工作是对套筒进行抓取并将其送入炮孔底部。炮管的抓手是设计难点，首先抓手要对套筒进行准确、稳定抓取，其次在炸药推进过程中，机械抓手要判断出套筒是否被正确推进到炮孔底部。如果判断失误要么炸药没有充分注入，要么套筒被注入炮孔底部后，抓手还在继续推进。这两种情况都会造成严重问题。机械臂先抓取雷管，通过计算将雷管移动至套筒附近，对准套筒把雷管插入到套筒中，旋转机器臂至另一角度，控制抓手抓取套筒，机械臂将套筒注入炮孔中。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Faster R-CNN的煤岩识别与煤层定位测量[J]. 华同兴,邢存恩,赵亮. 矿山机械. 2019(08)
[2]基于深度残差网络和YOLO的人物识别系统[J]. 邹阿金,李承骏,陈越锋. 现代计算机(专业版). 2018(28)
[3]井下采矿技术和井下采矿的发展趋势[J]. 郑锋玉. 科学技术创新. 2017(24)
[4]深度学习进化编年史:一路走来,几十年的风风雨雨[J]. 房晓楠. 机器人产业. 2017(04)
[5]基于HOG-LBP特征的静态图像中的行人检测[J]. 刘国明. 电脑知识与技术. 2017(16)
[6]基于Fast R-CNN的车辆目标检测[J]. 曹诗雨,刘跃虎,李辛昭. 中国图象图形学报. 2017(05)
[7]一种改进的Canny算子在机器人视觉系统中的应用[J]. 王诗宇,林浒,孙一兰,尹震宇. 计算机系统应用. 2017(03)
[8]图像识别技术发展与应用[J]. 武煜博. 电子技术与软件工程. 2017(04)
[9]卷积神经网络研究综述[J]. 李彦冬,郝宗波,雷航. 计算机应用. 2016(09)
[10]基于机器视觉的工业机器人工件定位[J]. 朱良,林浒,吴文江. 小型微型计算机系统. 2016(08)
博士论文
[1]基于浅层学习引导深度学习的行人检测[D]. 刘弋锋.武汉大学 2016
[2]井下乳化炸药混装关键技术研究[D]. 孙伟博.东北大学 2013
硕士论文
[1]基于卷积神经网络的煤岩壳质组显微图像多组分识别[D]. 刘婕梅.安徽工业大学 2019
[2]基于Faster RCNN的目标检测系统[D]. 陈怡佳.哈尔滨理工大学 2019
[3]基于纹理特征和深度学习的HEp-2细胞分类方法的研究[D]. 潘洪金.深圳大学 2018
[4]基于快速SSD深度学习算法的机器人抓取系统研究[D]. 王欣.武汉科技大学 2018
[5]基于深度学习的溯源视频目标检测与识别[D]. 刘健.东南大学 2016
[6]基于中层语义特征表达的物体检测方法研究[D]. 陈浩.北京工业大学 2016
[7]基于机器视觉的移动机械臂控制[D]. 陈浩.西安电子科技大学 2014
[8]基于视觉的连续手语识别系统的研究[D]. 陈小柏.东华大学 2014
[9]地下潜孔钻机智能炮孔定位技术研究[D]. 豆龙.长沙矿山研究院 2013
[10]工业机器人手眼标定技术研究[D]. 张云珠.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3456205
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