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

我國作為煤炭生產及消費大國，現有煤礦1.08萬處，2017年預計煤炭年產量將達到34.5億噸左右。面對如此巨大的煤礦產能，現如今煤礦的煤炭運輸主要依靠皮帶運輸來實現。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，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研究，探索通過機器人技術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，實現有效、可靠巡檢，提升煤礦企業的本質安全管調。本文從實用性角度出發，介紹了一種煤礦井下軌道巡檢機器人的設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構

1.1 系統組成結構

煤礦軌道巡檢機器人系系組成結構如圖1所示，主要由地面監控中心、無線網絡和井下道巡檢機器人組成，通過無線網絡實現煤礦井下巡檢機器人與地面監控中心數據傳輸，相對于有線傳輸，無線傳輸具有施工方便，傳輸距離遠等優勢。

地面監控中心實時顯示視頻圖像、巡檢機器人位置、驅動電流、閉境參數、電池電量等數據，并播放采集到的現場聲音，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據進行智能分析，自動歸檔。

圖1 煤礦軌道巡檢機器人系統組成結構

1.2 巡檢機器人控制系統結構

巡檢機器人控制系系包括：單片機控制板、數據傳輸模塊、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場的溫度、二氧化碳、瓦斯氣體等參數，通過攝像頭采集現場視頻圖像，通過音頻傳感器采集現場聲音，機器人本體搭載無線傳輸模塊，作為客用端訪問沿線基站，將采集的數據信息通過數據傳輸模塊上傳到地面監控中心，實現數據上傳。同時，接收地面控制中心發來的控制信息，控制電機的運轉。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

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主要由工型鋼軌道、驅動電機、減速器、驅動輪、支撐輪、張緊機構、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

驅動電機帶動驅動輪旋轉，驅動輪安裝在軌道兩側，在張緊機構的壓緊下，靠驅動輪與軌道之間產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

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軟件設計

2.1 系統功能

在地面監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對巡檢機器人的遠程控制，完成遠程在線監測與現場巡檢、現場處置相結合的目標，實現煤礦井下無人巡視與處置管調新模式。

1）具備巡檢路線規劃功能，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的可見光和紅外視頻功能，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程序設計

機器人本體使用STM32單片機作為機器人控制核心器件，實現機器人行走及數據采集、數據傳輸等功能。軟件流程圖如圖5所示。

圖5 機器人本體控制系統程序流程圖

3 結束語

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、刮板機等大型設備的巡檢工作，數據采集準確，圖像清晰，故障報警及時。實際應用結果表明，該巡檢系系工作可靠，運行層況穩定，節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，達到了無人值守的目的，取得了較好的經濟效益。

參考文獻：

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