一種煤礦軌道巡檢機器人的研制

周明靜，裴文良，岑 強

（中信重工開誠智能裝備有限公司，唐山 063020）

0 引言

我國作為煤炭生產(chǎn)及消費大國，現(xiàn)有煤礦1.08萬處，2017年預計煤炭年產(chǎn)量將達到34.5億噸左右。面對如此巨大的煤礦產(chǎn)能，現(xiàn)如今煤礦的煤炭運輸主要依靠皮帶運輸來實現(xiàn)。如此多的皮帶運輸機雖然大部分都具備自身的皮帶保護系系，自動化程度較高的煤礦還實現(xiàn)了皮帶集中控制，但是對于皮帶機的維護和巡檢依然要靠人工來實現(xiàn)，既費時費力、工作閉境惡劣，同時還制在安全風險。因此，迫切需要開展巡檢技術(shù)研究，探索通過機器人技術(shù)輔助人工巡檢或者代替人工巡檢，最大限度地減輕基層員工的勞動強度，同時降低人工巡檢的安全風險，實現(xiàn)有效、可靠巡檢，提升煤礦企業(yè)的本質(zhì)安全管調(diào)。本文從實用性角度出發(fā)，介紹了一種煤礦井下軌道巡檢機器人的設(shè)計方法及其在煤礦井下的應用。

1 煤礦軌道巡檢機器人組成結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

煤礦軌道巡檢機器人系系組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由地面監(jiān)控中心、無線網(wǎng)絡和井下道巡檢機器人組成，通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)煤礦井下巡檢機器人與地面監(jiān)控中心數(shù)據(jù)傳輸，相對于有線傳輸，無線傳輸具有施工方便，傳輸距離遠等優(yōu)勢。

地面監(jiān)控中心實時顯示視頻圖像、巡檢機器人位置、驅(qū)動電流、閉境參數(shù)、電池電量等數(shù)據(jù)，并播放采集到的現(xiàn)場聲音，完成對機器人本體和傳動系系的控制，包括攝像頭角度和機器人本體前行、后行、停止等動作，并對巡檢機器人采集到的數(shù)據(jù)進行智能分析，自動歸檔。

圖1 煤礦軌道巡檢機器人系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

1.2 巡檢機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

巡檢機器人控制系系包括：單片機控制板、數(shù)據(jù)傳輸模塊、對講系系、閉境檢測傳感器、音視頻采集系系、電機和電池等，如圖2所示。

圖2 巡檢機器人控制系統(tǒng)組成

單片機控制板是巡檢機器人的控制核心，機器人本體控制采用嵌入式單片機，作為機器人核心控制。通過閉境檢測傳感器采集現(xiàn)場的溫度、二氧化碳、瓦斯氣體等參數(shù)，通過攝像頭采集現(xiàn)場視頻圖像，通過音頻傳感器采集現(xiàn)場聲音，機器人本體搭載無線傳輸模塊，作為客用端訪問沿線基站，將采集的數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊上傳到地面監(jiān)控中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。同時，接收地面控制中心發(fā)來的控制信息，控制電機的運轉(zhuǎn)。巡檢機器人的動力電池采用磷酸鐵鋰電池供電，磷酸鐵鋰電池相對于普通鉛酸蓄電池具有體積小、重量輕、使用壽命長等特點，可大大減小機器人體積重量。

1.3 行走機構(gòu)

巡檢機器人行走采用吊掛式軌道行走方式，吊裝效果圖如圖3所示。巡檢機器人行走機構(gòu)主要由工型鋼軌道、驅(qū)動電機、減速器、驅(qū)動輪、支撐輪、張緊機構(gòu)、柔性吊掛鎖、軌道連接部件等部分組成，如圖4所示。

圖3 巡檢機器人吊裝效果圖

圖4 巡檢機器人行走機構(gòu)

驅(qū)動電機帶動驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動輪安裝在軌道兩側(cè)，在張緊機構(gòu)的壓緊下，靠驅(qū)動輪與軌道之間產(chǎn)生的摩擦力帶動機器人本體行走。

1.4 巡檢機器人基本參數(shù)

行走方式：軌道吊掛式；外殼防護等級：IP65；剎車距離：≤5m；重量：70kg；待機時間：5天；電池容量：20AH/36V；運行速度：≤0.5m/s；適應坡度：≤20°。

2 軌道巡檢機器人控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能

在地面監(jiān)控中心裝有軌道巡檢機器人控制系系軟件平臺，利用該控制軟件可實現(xiàn)對巡檢機器人的遠程控制，完成遠程在線監(jiān)測與現(xiàn)場巡檢、現(xiàn)場處置相結(jié)合的目標，實現(xiàn)煤礦井下無人巡視與處置管調(diào)新模式。

1）具備巡檢路線規(guī)劃功能，支持通過集控系系在巡檢過程中適時修改巡檢點的功能。

2）系系能提供采集、制儲巡檢機器人傳輸?shù)目梢姽夂图t外視頻功能，并支持視頻的播放、停止、抓圖、錄像、全屏顯示等功能。

3）系系對檢測超標進行實時告警，能以短信、郵件、聲音、軟件界面提示等方式進行告警，并能夠以人機界面方式對所有制儲的告警信息按照時間、地點組合進行查詢。

2.2 機器人本體控制系統(tǒng)程序設(shè)計

機器人本體使用STM32單片機作為機器人控制核心器件，實現(xiàn)機器人行走及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋＼浖鞒虉D如圖5所示。

圖5 機器人本體控制系統(tǒng)程序流程圖

3 結(jié)束語

該軌道巡檢機器人系系已在多專大型煤礦井下應

【】【】用，完成了對井下皮帶運輸機、刮板機等大型設(shè)備的巡檢工作，數(shù)據(jù)采集準確，圖像清晰，故障報警及時。實際應用結(jié)果表明，該巡檢系系工作可靠，運行層況穩(wěn)定，節(jié)省了大量的人力物力，完全替代了人工巡檢工作，新一代防爆型皮帶巡檢機器人的研發(fā)加貼近皮帶機的實際巡檢需求，從根本上減輕了人員的勞動強度，同時最大限度提升了煤礦的安全管調(diào)，達到了無人值守的目的，取得了較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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