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基于模糊控制的井下自主铲运机的安全导航
标题：基于模糊控制的井下自主铲运机的安全导航
摘要：
随着矿山的深入开采，井下作业的安全性和效率变得尤为重要。然而，井下环境的复杂性和不可预测性给传统的铲运机带来了挑战，从而促使了自主铲运机的发展。本文提出了一种基于模糊控制的井下自主铲运机安全导航的方法。通过对井下环境的感知，利用模糊控制算法实现铲运机的自主导航和避障能力，并与传统方法进行了对比实验。结果表明，基于模糊控制的自主铲运机在井下环境中能够实现安全导航，并且具有良好的抗干扰性能。
关键词：模糊控制；自主铲运机；安全导航；井下环境
1.引言
1.1研究背景和意义
1.2相关工作
2.方法
2.1井下环境感知
2.2模糊控制算法
2.3自主导航和避障策略
3.实验设计和结果分析
3.1实验设置
3.2实验结果和对比分析
4.讨论与展望
5.结论
参考文献
1.引言
1.1研究背景和意义
在矿山作业中，铲运机是一种广泛应用的设备，用于井下矿石和岩石的运输。然而，井下环境复杂多变，存在许多障碍物和潜在的安全风险，如岩石崩塌、甲烷爆炸等。因此，研究开发一种能够自主导航和避障的井下自主铲运机，对于提高井下作业的安全性和效率具有重要意义。
1.2相关工作
目前，关于自主铲运机的研究主要集中在传感器融合、路径规划和控制方法等方面。其中，模糊控制算法因其能够处理复杂环境和非确定性问题而受到了广泛关注。许多研究者通过将模糊控制算法应用于自主铲运机中，提高了其自主导航和避障能力。
2.方法
2.1井下环境感知
为了实现自主导航和避障，井下自主铲运机需要具备对环境的感知能力。传感器的选择和布置对于系统的性能非常重要。常用的传感器包括激光雷达、摄像头、超声波传感器等。通过感知环境中的障碍物和地形信息，可以为自主铲运机提供精确的导航和避障指引。
2.2模糊控制算法
模糊控制算法是一种基于规则的控制方法，能够处理模糊和不确定的问题。通过将模糊规则转化为数学控制规则，模糊控制器可以根据输入和规则集输出一个控制量，从而实现对系统的控制。在井下自主铲运机的安全导航中，基于模糊控制的算法可以根据传感器数据和运行状态实时调整车辆的方向和速度，以避免与障碍物发生碰撞，并沿着预定的路径进行导航。
2.3自主导航和避障策略
基于模糊控制的自主铲运机的自主导航策略主要包括路径规划和运动控制。路径规划模块根据井下环境的地图和目标位置确定适合铲运机行驶的路线，并生成铲运机的运动策略；运动控制模块则根据路径规划结果，通过模糊控制算法实现铲运机的实时控制，以保证机器的安全导航和避障能力。
3.实验设计和结果分析
3.1实验设置
为了验证基于模糊控制的自主铲运机的安全导航效果，我们设计了一系列实验。在实验中，我们分别采用了传统控制方法和基于模糊控制的方法，并比较了两种方法在井下环境下的导航性能和抗干扰能力。
3.2实验结果和对比分析
实验结果表明，基于模糊控制的自主铲运机在井下环境中能够实现安全导航，并具有较强的抗干扰能力。与传统控制方法相比，基于模糊控制的方法能够更好地适应复杂环境和非确定性因素，提高了铲运机的导航准确性和安全性。
4.讨论与展望
尽管基于模糊控制的自主铲运机在井下环境中表现出了一定的优势，但仍然存在一些挑战和改进的方向。例如，如何进一步提高自主铲运机的路径规划和避障能力，如何更好地利用多传感器信息等。这些问题将成为未来研究的重点。
5.结论
本文基于模糊控制算法，提出了一种井下自主铲运机的安全导航方法。通过对井下环境的感知，利用模糊控制算法实现了铲运机的自主导航和避障能力。实验结果表明，基于模糊控制的自主铲运机具有较好的导航性能和抗干扰能力，可为井下作业提供更高的安全性和效率。
参考文献：
[1]Li,X.,Li,Y.,&Zhang,Y.(2020).Undergroundobstacleavoidanceformobilerobotsusingfuzzyneuralnetwork.JournalofTestingandEvaluation,48(6),3171-3181.
[2]Wang,L.,Xie,W.,Wang,M.,&Li,W.(2019).Adaptivefuzzylogiccontrolforundergroundcoalminemining-chainingprocess.InternationalJournalofFuzzySystems,21(4),1068-1078.
[3]Zhang,H.,Zhang,W.,&Wang,Z.(2018).Adaptivefuzzyobstacleavoidancecontrolofautonomousexplorationrobot.In20184thIEEEInternationalConferenceo