礦山膠帶運(yùn)輸智能巡檢機(jī)器人的探索與應(yīng)用

徐晉偉

(臨汾煤炭工業(yè)地方煤礦建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)(站)有限公司，山西 臨汾 041000)

0 引言

礦山安全巡檢工作是保證礦山開采安全的重點(diǎn)工作之一，其主要的檢查內(nèi)容包括排水系統(tǒng)、開采系統(tǒng)、電力問題、礦內(nèi)外環(huán)境等[1]。安全巡檢工作不僅需要安全巡檢人員每天定時(shí)開展巡檢工作，還要投入大量的時(shí)間和物力，以確保對整個(gè)礦山運(yùn)行情況的全面檢查和掌握。當(dāng)前，人工巡檢方式存在工作量大、效率低、過分依賴巡檢人員經(jīng)驗(yàn)以及人力資源浪費(fèi)等問題[2-4]。隨著技術(shù)的進(jìn)步和礦山等高危行業(yè)要求的提高，智能巡檢機(jī)器人來代替人工巡檢，可實(shí)現(xiàn)直觀可視化的管理，對降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高礦山管理水平、推動(dòng)礦山工作管理模式向數(shù)字化以及現(xiàn)代化方向發(fā)展，確保礦山的安全生產(chǎn)具有重要意義。

當(dāng)前，礦用膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人的研究雖然仍不成熟，但隨著人力成本不斷增大、國家“智能制造”戰(zhàn)略以及“安全礦山”方針的提出，對巡檢機(jī)器人研究的完善起著重要的推動(dòng)作用。

1 礦山應(yīng)用要求及智能巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)

1.1 礦山復(fù)雜性及應(yīng)用要求

鑒于礦山膠帶工作環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性，膠帶巡檢機(jī)器人需要滿足諸多條件。工作環(huán)境濕度大，需要考慮濕度對膠帶機(jī)智能巡檢機(jī)器人的精度和穩(wěn)定性存在的影響[5]；大型機(jī)電設(shè)備附近存在電磁和射頻干擾，要求智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)具備較強(qiáng)的抗干擾能力；工作空間具有長度大、起伏轉(zhuǎn)彎且空間狹小等特點(diǎn)，這都對膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人的行走速度、最大行走距離、爬坡能力、轉(zhuǎn)彎半徑、控制方式提出很高的要求[6]。運(yùn)輸廊道巡檢還要求具有一定的智能性和強(qiáng)大的監(jiān)控功能，包括對機(jī)電設(shè)備溫度監(jiān)控、氣體濃度監(jiān)控、視頻監(jiān)控等功能[7]。膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人為保證安全，應(yīng)具備充電閉鎖功能[8]。膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人具備的環(huán)境檢測分析、聲音采集及雙向?qū)χv、本體自檢、遠(yuǎn)程控制等功能進(jìn)行檢測。同時(shí)應(yīng)具備通過強(qiáng)大的遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與設(shè)備不間斷的移動(dòng)監(jiān)控監(jiān)測、應(yīng)急火災(zāi)報(bào)警與處置的功能。

1.2 巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)上述功能，巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、語音對講及應(yīng)急廣播系統(tǒng)、環(huán)境檢測系統(tǒng)、智能防撞與避障系統(tǒng)等。

1)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

由于洗選廠膠帶廊道內(nèi)地形復(fù)雜，巡檢機(jī)器人運(yùn)行軌道存在轉(zhuǎn)彎、上下坡等情況，為了使巡檢機(jī)器人在各種情況下都能平穩(wěn)行走，需要有較好適應(yīng)能力的行走結(jié)構(gòu)。因此，優(yōu)選在固定的上部軌道上行走的方式進(jìn)行巡檢。

2)圖集采集系統(tǒng)

圖像采集系統(tǒng)搭載一體化高性能云臺(tái)，紅外熱成像及可見光攝像機(jī)參數(shù)如表1所示。

表1 圖像采集系統(tǒng)參數(shù)表

3)語音對講及應(yīng)急廣播系統(tǒng)

根據(jù)使用要求，巡檢機(jī)器人需具備語音監(jiān)聽能力，監(jiān)聽范圍為5～80 m2，且靈敏度可調(diào)，輸出阻抗為600 ～1 000 Ω，在1 m距離40 dB音源情況下，信噪比為85 dB，接收頻率范圍為20～25 kHz。

4)環(huán)境檢測系統(tǒng)

環(huán)境檢測系統(tǒng)具備氣體檢測、溫濕度檢測、煙霧檢測、光照度檢測和火焰探測功能。對于礦山特殊工作環(huán)境來說，氣體檢測尤為重要。巡檢機(jī)器人檢測實(shí)現(xiàn)了四種氣體高濃度連續(xù)檢測，可實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警，氣體檢測范圍及分辨率等，詳見表2。

表2 氣體檢測指標(biāo)表

溫濕度檢測的測量范圍為溫度-40 ℃～+123.8 ℃，濕度 0%～100% RH ，溫度和濕度的測量精度分別為±0.5 ℃和±4.5% RH @25 ℃。煙霧檢測靈敏度為0.5 dB/m(±0.1 dB/m)。光照度檢測的測量范圍0～65 535 lux，并且可按照不同光照場景進(jìn)行智能調(diào)整，具體為：黑夜時(shí)為0.001～0.02 lux；月夜時(shí)為0.02～0.3 lux；陰天室內(nèi)時(shí)為：5～50 lux；陰天室外時(shí)為：50～500 lux；晴天室內(nèi)時(shí)為：100～1 000 lux?；鹧嫣綔y也尤為重要，火焰探測采用檢測紫外線波長(185～260 nm)的紫外光輻射探測器，檢測參數(shù)如表3所示。

表3 火焰探測參數(shù)指標(biāo)表

5)智能防撞與避障系統(tǒng)

巡檢機(jī)器人具有智能防撞、避障功能，對障礙物和隧道內(nèi)工作人員進(jìn)行探測，遇到障礙自動(dòng)停止并報(bào)警，同時(shí)加裝安全觸邊，防止碰撞造成人員及設(shè)備損傷。探測距離0～3 m，探測角度120°。設(shè)置有斷電動(dòng)功能，當(dāng)巡檢機(jī)器人在運(yùn)行過程中，如遇故障斷電，巡檢機(jī)器人立即停止。

2 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

2.1 現(xiàn)場應(yīng)用

通過礦山的現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)，膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人滿足膠帶機(jī)運(yùn)輸安全監(jiān)控的實(shí)際需求，系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，監(jiān)測性能穩(wěn)定可靠，故障識(shí)別能力強(qiáng)，報(bào)警及時(shí)且信息準(zhǔn)確可信。膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了直觀可視化的管理。通過膠帶機(jī)管理系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)巡檢可視化、一鍵智能巡檢、智能報(bào)警。圖1和圖2給出了膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)能實(shí)時(shí)調(diào)取現(xiàn)場畫面及實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等，并在視頻監(jiān)控的同時(shí)，在右上角實(shí)時(shí)顯示紅外攝像機(jī)監(jiān)控圖像并顯示最高溫度。

圖1 膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人現(xiàn)場監(jiān)控畫面

圖2 膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人功能設(shè)置界面圖

由圖2可知，膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人可通過操作界面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置等功能，實(shí)現(xiàn)對巡檢機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測與現(xiàn)場巡檢相結(jié)合，在膠帶廊道內(nèi)打造無人巡視與處置管理新模式。

2.2 應(yīng)用效果

在保證安全和生產(chǎn)穩(wěn)定的前提下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化減人的目標(biāo)。原人員定額為85人，膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人應(yīng)用后人員定額為25人，年節(jié)約資金500 萬元以上。膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人提高了自動(dòng)化程度和故障處理效率，大幅降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和事故帶來的損失，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

1)智能巡檢機(jī)器人可以通過各種傳感器對設(shè)備、作業(yè)空間環(huán)境等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集，并充分發(fā)揮山東能源臨礦集團(tuán)大數(shù)據(jù)分析中心優(yōu)勢，利用大數(shù)據(jù)算法及時(shí)掌握和判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備性能的充分利用。

2)膠帶機(jī)智能巡檢機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)對膠帶機(jī)廊道工作環(huán)境和設(shè)備的全方位監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)可視化管理和實(shí)施預(yù)警，提升了巡檢效率和準(zhǔn)確性。進(jìn)一步通過機(jī)器人和技術(shù)人員的聯(lián)動(dòng)互饋，實(shí)現(xiàn)對異常情況的及時(shí)處理，大幅度提高了效率。

3)膠帶機(jī)巡檢機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化減人的目標(biāo)，降低了成本，提高了自動(dòng)化程度和故障處理效率，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。