探测机器人煤矿井下地图创建
来源： 作者： 发布时间：2016-09-07 06:43:22 浏览量：《伺服与运动控制》2012第二期 清河机器人研究中心 舒雅 供稿
1煤矿井下的地形特征及其对井下地图的需求
矿井是一种人工开采的地下建筑结构，以网状狭长巷道为体，主要包括主副井、通风井、大巷、皮带运输巷、采煤工作面等具有不同结构、路面和环境特征的结构单元。
井下探测机器人主要是对井下的各种巷道进行探测与环境参数采集，这些巷道首先是具有不同的路面特征，呈现出路面情况的复杂性和多样性，如水泥路面等结构化平整路面，起伏不平但表面坚硬的土质路面，沙地，阶梯，铁轨，泥泞路面以及因开采施工等因素对方的杂物组成的更加复杂的地形条件等等。因此，用于井下机器人导航的环境地图，首先需要能够较为准确的表达出这些地形情况的起伏度、坡度等基本信息，从而使机器人可以在这种非平整路面环境下通过可通过性分析等手段完成基本的路径规划任务。
其次，由于井下各种巷道的结构条件以及巷道内设备、物料等堆放物以及自然形成的各种地质结构多种多样，其现场既存在确定性、结构化的特征，也存在不确定、非结构化的特征。在这些特征当中，有些是可以作为导航、定位的特征区域或特征点来使用的，如铁轨、巷道的交叉口、阶梯等；有些则是在远程操作或自主路径规划中需要躲避的可能对机器人本身造成伤害的危险区域或危险环境，如较深的积水、泥潭等。因此，如何对可利用的结构化的特征以及可能对机器人造成伤害的特征进行有效的识别与定位，并将这些目标的分类、危险程度、穿越或翻越的可能性及代价等信息在地图上进行表示，也是在井下机器人地图创建过程中的一个重要的目标。在本节接下来的内容里，将分别分析煤矿井下典型区域中各种人工或地质结构的地形特征及其可能对井下机器人导航产生的影响。
大巷是地下采矿时，为采矿提升、运输、通风、排水、动力供应等而掘进的通道。一般情况下煤矿大巷内结构化的环境特征比较明显，路面情况也比较好，多以平坦坚硬的路面为主，偶尔有阶梯或其他物料堆积物。因而，大巷对于井下机器人来说其导航的条件是比较理想的。
巷道交叉口，巷道交叉口一般为“Y”型结构，少数也有“+”型结构，对于交叉口的识别是井下导航一个非常实用的功能，可以用于局部地图与先验的井下拓扑地图的融合，使局部路径规划与全局路径规划结合起来。
铁轨是井下常见的一种结构特征，作为井下机器人来说，铁轨既可以被操作员利用作为保持机器人航向操作的参考；也可以直接被机器人的感知系统所采集并作为结构化特征为机器人的定位等任务提供必要的数据基础。除此之外，由于在正常情况下，铁轨因为经常被维护从而基本不会有人为的堆放物或其他障碍物，因此在地形环境比较复杂的时候，在铁轨中间行走不失为井下探测机器人一个理想的路径规划选择。
阶梯常出现在井底大巷或上下山巷道中，对于阶梯结构DEEC_II机器人有一套相对自主的攀爬模式，通过视觉引导的方法实现机器人在阶梯上的姿态保持，这部分内容将出现在论文的后续章节中。因此，如何准确的识别阶梯及其走向和坡度等信息，并存储到井下地图中，从而使机器人可以启动阶梯攀爬程序实现自主攀爬，也是很有意义的。
在井下积水是非常普遍的，只是因为大多数的矿井都会有地下水的渗入，甚至会由于大规模出水造成透水事故。这些积水区域有的只是浅浅的是一个小水坑，有的则很深。虽然DEEC_II机器人本体是按照IP67进行设计的，其本体可以在不超过1米的水下短时间工作，但机器人所携带的环境气体探测器等设备却由于必须与空气接触而需要暴露在外面，这些设备进水将造成其不可修复性损坏。对积水深度的判断是比较复杂的一件事，这在很大程度上需要借助操作员本人的经验来实现判断。对于机器人来说，较大面积的积水则由于其情况不明作为路径规划中具有潜在威胁的目标来对待。
泥泞的路面环境在井下也是非常普遍的，履带式移动机器人对泥泞道路具有一定的适应能力，但对于大面积过度饱和的泥泞路面，特别是具有一定深度的泥潭，将会使机器人深陷其中，从而无法继续完成探测任务。因此，机器人同样需要能够检测较为饱和的大面积泥泞路面，并作为一种有危害的特征在井下地图中进行标注。
基于DSP的DGPS导航定位系统的设计与实现全球定位系统GPS(Global Positioning System)是一种无线电导航系统，它不仅具有全球性、全天候和连续的精密三维定位能力，而且还能实时对运载体的速度、姿态进行测定以及精密授时。目
实例解析脱机式LED照明设计因应脱机式LED在一般照明的应用需求，LED驱动器除须提供电气隔离、高效率、PFC 0.90和TRIAC调光功能外，还要有良好的LED电流调节，以保持一致的亮度。同时，不管输入电压或LED正向电压如何
SDRAM在图形生成电路中的应用 摘 要： 针对机载座舱显示器对高分辨率图形实时生成与显示的应用需求，提出了一种基于SDRAM帧存的图形生成电路实现方法。该方法以DSP作为图形处理器执行图形运算算法，以FPGA作为协处理器