一种综采超前支护智能机器人群

1.一种综采超前支护智能机器人群，其特征在于，包括：智能压力测量机器人、智能巡查监测机器人和分体自移式超前支护机器人；其中，所述智能压力测量机器人机械臂及机身上安装压力传感器、倾角传感器、陀螺仪及交换机；所述智能巡查监测机器人机身上安装多线激光测量雷达、红外双目摄像头及工控机系统；其中，所述交换机、工控机系统及上位机之间通过无线通信的方式进行信号传递；还包括智能测算系统，所述智能测算系统利用智能巡查监测机器人机身上安装的多线激光测量雷达及红外双目摄像头计算巷道三维立体图像与围岩位移量，根据多源数据融合算法确定巷道中的危险点，构建巷道坐标系来确定各机器人在巷道中的相对位置及危险点的坐标信息，并判断危险点是否需要支护；在确定需要支护的危险点后，智能测算系统根据围岩位移及压力，测算出所需支护的关键点及相应的支护力，控制分体自移式超前支护机器人移动至待支护点，按照测算结果升起液压支架完成智能支护作业；其中，数据融合算法及SLAM自主路径规划算法均以卡尔曼滤波为基础进行数据滤波与融合解算，流程原理表示为：(1)状态一步预测 为前一步状态估计；(2)状态一步预测均方误差阵P k-1 为前一步均方误差阵，Q k-1 为前一步系统噪声方差阵；(3)滤波增益(4)状态估计(5)状态估计均方误差阵P k ＝(I-K k H k )P k/k-1根据Hoke-Brow屈服准则，围岩破裂过程可分为弹性区、塑性区及破坏区，各个区内对应的应力平衡方程为：其中：σ r 为径向应力；σ θ 为环向应力；对于塑性区：对于破裂区：其中：m p ,s p ,m c ,s c 为岩石强度参数；σ s 为岩石抗压强度；各个区内对应的应变几何方程为：其中：ε r 为径向应变；ε θ 为环向应变；u为位移；应力边界及接触条件为：其中：a为巷道开挖半径；p i 为支护载荷；R c 为破裂区半径；R p 为塑性区半径；p 0 为原始应力；变量附属下标“c”，“p”和“e”分别表示破裂区、塑性区和弹性区。 2.根据权利要求1所述的综采超前支护智能机器人群，其特征在于，还包括防碰撞预警系统，所述防碰撞预警系统包括多个发射端和多个接收端，发射端设置于每一所述智能压力测量机器人、分体自移式超前支护机器人及智能巡查监测机器人的机身上，每一接收端由工作人员佩戴；所述智能测算系统应用路径规划SLAM算法，通过已获取的巷道环境信息进行智能压力测量机器人、分体自移式超前支护机器人及巡查监测机器人自主避障及路径规划，在适宜条件下可脱离人工操作自适应导航至需要压力测量或精准支护的坐标点。 3.根据权利要求2所述的综采超前支护智能机器人群，其特征在于，所述智能压力测量机器人由底部履带行走机构、底盘蓄电池组、履带驱动电机、平台上端机械臂、旋转电机、倾角传感器、力传感器、陀螺仪、防碰撞预警系统发射器、交换机、无线传输控制系统组成；其中平台上端 机械臂可在平面内180°由旋转电机控制旋转，倾角传感器安装于机械臂旋转部位底端，以垂直于机器人平台平面角度为0°位置，左侧偏转为负值，右侧偏转为正值；无线传输控制系统用于传输当前机械臂的绝对倾角及陀螺仪测出的机身倾角给工控机系统，同时接收智能测算系统解算得出的智能压力测量机器人在巷道中相对于智能巡查监测机器人的绝对位置信息及机械臂相对于巷道空间的相对倾角，自主规划路径SLAM算法解算得出最佳前进路径后，智能压力测量机器人按照系统指令或人工遥控器手动操作前往目标点，而后旋转电机由倾角传感器反馈的角度信息控制机械臂旋转至指定位置，机械臂伸缩机构将力传感器推移至目标点进行测量围岩压力，将所测数值传回工控机系统以此判断是否需要支护。 4.根据权利要求2所述的综采超前支护智能机器人群，其特征在于，所述分体自移式超前支护机器人由底部履带行走机构、底盘蓄电池电池组、履带驱动电机、平台上部液压支架、液压系统、防碰撞预警系统发射器、交换机、无线传输控制系统组成；其中液压支架分为侧帮支架及顶板支架组成，顶板需要支护时，顶板支架由液压系统控制升起至指定高度，并伸展至相应角度；在侧帮面需要支护时，首先分体自移式超前支护机器人先移动至指定位置升起顶板支架固定住机器人的位置，防止侧帮支护力过大将机器人推移从而达不到需要的支护强度，而后侧帮支架由液压系统推移至所需支护位置并伸展至指定角度；在围岩位移及压力均达到一定数值极限时，首先通过智能解算监测系统测算出所需支护的关键点及相应的支护力，而后通过无线传输系统控制分体自移式超前支护机器人通过自主规划路径SLAM算法自行移动或人工遥控器手动操作移动至待支护点，升起相应的液压支架完成智能支护作业。 5.根据权利要求2所述的综采超前支护智能机器人群，其特征在于，所述智能巡查监测机器人由底部履带行走机构、底盘蓄电池电池组、履带驱动电机、平台上部多线激光测量雷达、红外双目摄像头、防碰撞预警系统发射器、工控机、智能测算系统组成；智能巡查监测机器人通过智能测算系统构建出巷道三维立体坐标系，以自身所处位置为立体坐标系原点，得出关键危险点及其余机器人的位置信息；同时智能巡查监测机器人可根据短壁采煤工艺要求不断调整自身位置，按照智能测算系统提前规划好的路径进行巡查移动，在不妨碍生产作业的前提下极大保证巷道内各处围岩情况都得到有效监测。 6.根据权利要求1所述的综采超前支护智能机器人群，其特征在于，所述分体自移式超前支护机器人正常条件下处于待机状态停于巷道内，一旦监测到需要支护的危险点，智能测算系统启动距离危险点最近的分体自移式超前支护机器人，按照自动规划路径SLAM算法确定的路径驱动分体自移式超前支护机器人到达相应危险点进行支护作业。 7.根据权利要求1所述的综采超前支护智能机器人群，其特征在于，所述智能压力测量机器人、分体自移式超前支护机器人、智能巡查监测机器人底盘内集成设置蓄电池电池组，通过快拆快换操作在短时间内完成换电操作。 8.根据权利要求2所述的综采超前支护智能机器人群，其特征在于，所述防碰撞预警系统的发射器发射无线电波，在各机器人机身周围形成环形区域，环形区域分为报警区和停机区，安装有接收器的其他设备或工作人员进入报警区域时，发出报警信号，警告进入危险区域；进入环形区域的停机区时，各机器人停止工作，防止设备相互碰撞，并保护工作人员的安全。 9.根据权利要求1所述的一种综采超前支护智能机器人群，其特征在于，上位机信息集成可视化系统放置于距开采面安全距离之外的位置，通过无线传输系统将智能巡查监测机器人上的工控机及智能压力测量机器人、分体自移式超前支护机器人上的交换机信息汇总至上位机内，通过算法建立巷道及各机器人三维模型，对其相对位置结合红外双目摄像头采集的底层视频信息进行可视化显示，便于人工及时了解掌握开采面内的实时状况，同时对各危险点及支护点进行重点标注及智能分析，为相近开采面提供参考依据。