創(chuàng)新點

（1）提出了采煤機自主導航截割控制模式，它是采煤機的人工目測截割、機載探測截割、示教記憶截割之后的智能截割模式，為智采工作面的采煤機自動駕駛提供了新技術(shù)。導航截割模式具有導航地圖、位姿感知、路徑規(guī)劃、姿態(tài)控制等4個技術(shù)內(nèi)涵，包括精細化煤層截割定位地圖、精準化煤層截割導航地圖、動態(tài)化煤層截割導控地圖、采煤機融合定位方法、定位精度提升、智采機組全位姿參數(shù)矩陣建立、物理-虛擬模型驅(qū)動與交互、無人駕駛防沖撞路徑規(guī)劃、截割作業(yè)智能調(diào)高調(diào)直等9項關鍵技術(shù)。（2）以地質(zhì)統(tǒng)計學反演為紐帶所建立煤層截割定位地圖可作為采煤機截割路徑設計的基本依據(jù)，由C-SLAM實時探測得到煤層截割導航地圖可為采煤機3～5刀截割提供導航坐標，根據(jù)采煤機上的煤巖截割監(jiān)測建立煤層截割導控地圖能夠?qū)崟r反饋調(diào)控截割滾筒姿態(tài)，調(diào)控精度可達20mm，并實時修正和更新采煤機導航截割的路徑坐標。（3）通過捷聯(lián)慣性導航定位技術(shù)與其他傳感器對采煤機位置的融合感知，加以動態(tài)零速修正算法修正，可實現(xiàn)對復雜惡劣環(huán)境中的采煤機位姿進行精確監(jiān)測，定位誤差小于50mm。（4）構(gòu)建了“物理空間感知、數(shù)據(jù)交互與處理、虛擬空間執(zhí)行”三維度的智采機組“三機”全位姿參數(shù)矩陣與數(shù)字孿生系統(tǒng)基本架構(gòu)，以智采機組全位姿參數(shù)矩陣為載體，通過內(nèi)部優(yōu)化算法與大數(shù)據(jù)分析，可實現(xiàn)智采機組物理-虛擬模型的實時驅(qū)動與交互。

（5）根據(jù)導航地圖獲得煤層頂?shù)装暹吔绾兔簩觾A角信息，匹配采煤機實時定位信息，即可完成路徑規(guī)劃、防干涉防沖撞分析以及截割軌跡生成，實現(xiàn)采煤機導航截割的自適應調(diào)高和行走路徑自動調(diào)直的精確控制。

作者簡介

葛世榮，男，1963年4月出生，浙江天臺人。1983年7月畢業(yè)于黑龍江礦業(yè)學院，1989年獲得中國礦業(yè)大學工學博士學位。1994年10月起任中國礦業(yè)大學校長助理，1997年3月起任中國礦業(yè)大學副校長，2007年8月起任中國礦業(yè)大學校長,2017年4月起任中國礦業(yè)大學校長、黨委副書記，2018年10月起任中國礦業(yè)大學（北京）校長、黨委副書記。

研究方向

智能礦山裝備和工程摩擦學

主要成果

發(fā)表了論文240多篇，出版《采礦運輸技術(shù)與裝備》《卓越采礦工程師》《摩擦學的分形》等著作4部，擔任國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）項目首席科學家，獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎2項和國家科技進步二等獎1項、三等獎1項。曾榮獲“國家杰出青年科學基金”資助，獲得“中國青年科技獎”、“國家有突出貢獻的中青年技術(shù)專家”、“全國優(yōu)秀科技工作者”、“何梁何利基金科技進步獎”、“世界能源論壇技術(shù)創(chuàng)新獎”、“孫越崎能源科技大獎”“第二屆全國創(chuàng)新爭先獎狀”。被聘為第七屆教育部科技委學部委員。受聘為清華大學摩擦學國家重點實驗室、中國科學院固體潤滑國家重點實驗室、重慶大學機械傳動國家重點實驗室的學術(shù)委員會委員。目前擔任世界摩擦學理事會（International Tribology Council）副主席，兼任中國煤炭工業(yè)安全科學技術(shù)學會副會長。

摘    要

深部煤層構(gòu)造較為復雜,實現(xiàn)采煤機無人駕駛開采更加困難。在總結(jié)采煤機結(jié)構(gòu)和截割調(diào)控技術(shù)演變歷程基礎上,提出采煤機截割調(diào)控技術(shù)在經(jīng)歷了人工目測截割、機載探測截割、示教記憶截割3個發(fā)展階段后,已經(jīng)進入到自主導航截割的第4階段。

并提出了適用于深部煤層采煤機自動駕駛的導航截割理論與技術(shù)框架,包括導航地圖、位姿感知、路徑規(guī)劃、姿態(tài)控制4項技術(shù)內(nèi)涵和精細化煤層截割定位地圖、精準化煤層截割導航地圖、動態(tài)化煤層截割導控地圖、采煤機融合定位方法、定位精度提升、智采機組全位姿參數(shù)矩陣建立、物理-虛擬模型驅(qū)動與交互、無人駕駛防沖撞路徑規(guī)劃、截割作業(yè)智能調(diào)高調(diào)直9項關鍵技術(shù)。

系統(tǒng)闡述了采煤機自主導航截割相關核心技術(shù)基本原理:首先,構(gòu)建煤層智能化開采導航地圖,從精細化煤層截割定位、精準化煤層截割導航和動態(tài)化煤層截割導控3個關鍵步驟實現(xiàn)地圖構(gòu)建及更新。

其次,通過融合定位和定位精度提升方法,完成了采煤機位姿精確感知;再次,創(chuàng)建智采機組全位姿參數(shù)矩陣,并結(jié)合物理-虛擬模型驅(qū)動與交互技術(shù)構(gòu)建出導航截割數(shù)字孿生系統(tǒng)。

最后,基于實時綜采裝備位姿狀態(tài)和煤層導航地圖信息,實現(xiàn)了無人駕駛防干涉防沖撞路徑規(guī)劃、截割滾筒自適應調(diào)高控制以及行走路徑自動調(diào)直控制。從而實現(xiàn)了深部煤層采煤機智能導航截割控制,為智采工作面實現(xiàn)無人作業(yè)提供了新的理論技術(shù)支撐。

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