(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210964423.X (22)申请日 2022.08.12 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115049646 A (43)申请公布日 2022.09.13 (73)专利权人 山东九商工程机 械有限公司 地址 252000 山东省聊城市高新区华建置 地6#楼6楼6608室 (72)发明人 邵安芬　吴方光　 (74)专利代理 机构 深圳叁众知识产权代理事务 所(普通合伙) 44434 专利代理师 董红娟 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/11(2017.01) G06T 7/13(2017.01) G06T 5/00(2006.01)G06V 10/74(2022.01) G06V 10/774(2022.01) G06V 10/80(2022.01) G06V 10/82(2022.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) E21B 44/00(2006.01) (56)对比文件 CN 114715363 A,2022.07.08 CN 108363873 A,2018.08.0 3 ZA 20210 5993 B,2021.10.27 代梦婉.地下钻 进机器人钻头力学分析及参 数优化. 《煤炭技 术》 .2017, L. Fortuna et al. .Base Detecti on Research of Dri lling Robot System by Using Visual I nspection. 《Journal of Robotics》 .2018, 审查员 郭晓坤 (54)发明名称 一种用于煤矿用钻进机器人设备的智能控 制方法 (57)摘要 本发明涉及煤矿钻进技术领域， 具体涉及一 种用于煤矿用钻进机器人设备的智能控制方法。 该方法首先通过对不同种类的岩层进行钻进试 验得到钻进参数专家数据库， 然后在所得数据库 中寻找与钻进机器人当前作业要求最相近的钻 进参数从而确定钻进机器人的初始钻速和初始 钻压； 后续， 根据钻进机器人钻进作业过程中的 实时作业参数以及由钻进所产生的岩石碎屑的 轮廓与大小状态而确定的钻进效率， 分别对初始 钻速和初始钻压进行调节以确定最优钻速和最 优钻压， 以最优钻速和最优钻压控制钻进机器人 使其处于 可达到最佳钻进效果的状态中， 提高钻 进机器人的钻 进效果。 权利要求书3页 说明书9页 附图1页 CN 115049646 B 2022.11.01 CN 115049646 B 1.一种用于 煤矿用钻进机器人设备的智能控制方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 建立钻进机器人的钻进参数专家数据库， 所述钻进参数专家数据库包括多个钻进参 数， 所述钻进参数通过对不同种类的岩层进行钻进试验得到， 每个钻进参数包括不同钻进 深度、 钻进倾角、 钻进岩性种类下 所对应的钻速和钻压； 在钻进参数专家数据库中寻找与钻进机器人作业要求最接近的钻进参数， 以所述最接 近的钻进参数中的钻速和钻压作为钻进机器人的初始钻速和初始钻压， 所述作业要求包括 所要求的钻进深度、 钻进倾角以及钻进岩性种类； 所述最接近的钻进参数， 是指所有钻进参数中与所述作业要求在钻进深度、 钻进倾角 以及钻进岩性种类三方面的整体差值 最小的钻进参数； 根据钻进机器人中发动机的当前转速、 钻进机器人实时钻进深度以及与钻头接触的钻 进岩性种类， 调节初始钻速得到最优钻速， 所述钻进岩性种类通过获取钻进岩层表面图像 后将所获取的钻进岩层表面图像输入训练好的神经网络确定； 采集钻进过程中所产生的岩石碎屑的图像并灰度化处理， 得到岩石碎屑灰度图像， 基 于连续获取的岩石碎屑灰度图像以帧差法得到包 含每个岩石碎屑的灰度差值图像； 根据灰度差值图像中不同岩石碎屑之间的轮廓相似性确定钻进机器人的钻进效率， 并 对所述钻进效率进行归一化处理得到归一化钻进效率， 当归一化钻进效率大于归一化钻进 效率阈值， 则以初始钻压作为最优钻压， 当归一化钻进效率不大于归一化钻进效率阈值， 则 对初始钻压进行调节： 其中， 表示最优钻压， 表示钻进机器人当前的归一化钻进效率， 表示初始钻压， 表示实时钻进深度， S表示所要求的钻进深度， 表示设定倍数， 其取值范围为(0,1)； 控制钻进机器人在 当前控制周期中以所述最优钻速和所述最优钻压进行钻进作业， 在 其它控制周期开始时计算与其它控制周期对应的最优钻速和最优钻压， 以其它控制周期对 应的最优钻速和最优钻压控制钻进机器人完成其它控制周期的钻进作业， 实现对整个钻进 作业过程中的智能控制。 2.根据权利要求1所述的用于煤矿用钻进机器人设备的智能控制方法， 其特征在于， 所 述最优钻速为： 其中， 表示最优钻速， 表示当前时刻发动机的转速， Y表示当前与钻头接触的钻进岩 性种类， 岩石越坚硬则钻进岩性种类的取值越大， 表示实时钻进深度， 表示初始钻速， 表示调整系数， 其具体取值 根据实验 验证得到 。 3.根据权利要求1或2所述的用于煤矿用钻进机器人设备的智能控制方法， 其特征在 于， 对所述灰度差值图像进行超像素分割， 得到若干超像素块， 并计算相邻的超像素块E与权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115049646 B 2超像素块R之间的相关性， 具体为： 获取超像素块E与超像素块R的共有边缘 ， 记共有边缘 的两端点分别为e与r， 共 有边缘 的中间点为f， 共有边缘 上从端点e到中间点f的长度与从端点r到中间点f的 长度相等； 连接共有边缘 上的两端点e与r得到直线 ， 经中间点f作 直线 的垂线并与 直线 相交于u点， 获得第一特征方向 以及第二特征方向 ， 确定超像素块E与超像素块R之 间的相关性： 其中， XG为两相邻超像素块E与超像素块R之间的相关性， 表示超像素块E与超像素 块R共有边缘 上的像素点个数， 表示共有边缘 上第i个像素点的灰度值， 表示 共有边缘 上第i个像素点在 方向上的相邻 像素点的灰度值， 表示共有边缘 上 第i个像素点在 方向上的相邻像素点的灰度值； 按照确定相关性XG的方法计算任意两个相邻超像素块之间的相关性， 并判断所得相关 性与设定的相关性阈值的大小， 当相关性大于相关性阈值则将该相关性对应的两个相 邻超 像素块融合成为 一个超像素块， 当相关性 不大于相关性阈值则不进行融合； 重复根据任意两个相邻超像素块之间的相关性而对两个相邻超像素块进行融合的过 程， 直到所有任意两个相邻超像素块之间的相关性都不大于相关性阈值， 得到与实际的岩 石碎屑数量相同的若干个融合超像素块； 以所得融合超像素块之间的轮廓相似性确定钻进机器人的钻进效率： 其中， 表示钻进机器人当前的钻进效率， n表示融合超像素块的个数， 表示第i个 融合超像素块与第一个融合超像素块之间的轮廓相似性； 以所得钻进机器人当前的钻进效率 完成由所述初始钻压调节得到最优 钻压的过程。 4.根据权利要求3所述的用于煤矿用钻进机器人设备的智能控制方法， 其特征在于， 在 以所得融合超像素块之 间的轮廓相似性确定钻进机器人的钻进效率之前， 还包括对融合超 像素块边缘进行改进的步骤： 计算融合超像素块边缘上每个像素点的设定邻域内所有非边缘像素点的灰度方差， 并 对所得方差进行归一化处理得到归一化方差， 若归一化方差大于设定的归一化方差阈值， 则保留该像素点， 若归一化方差不大于设定的归一化方差阈值， 则将该像素点从融合超像权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115049646 B 3