礦用智能巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

王 歡

（南京工程學(xué)院，機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210043）

礦山的安全巡檢工作一直是礦山工作中最重要的環(huán)節(jié)，從排水系統(tǒng)到開采系統(tǒng)，從電力問(wèn)題到礦外環(huán)境，礦山的安全巡檢人員每天需要花費(fèi)大量的時(shí)間和人力物力投入檢查過(guò)程中，巡檢人員每天定時(shí)檢查整個(gè)礦山的整體運(yùn)行情況，特別是對(duì)于一些關(guān)鍵設(shè)備，如輸送設(shè)備，排水系統(tǒng)等[1]。人工巡檢的形式雖然可以最大可能的排查礦山工作存在的問(wèn)題，但是人工的工作量非常大，并且也容易造成人員的浪費(fèi)。因此現(xiàn)今的礦用智能巡檢機(jī)器人的出現(xiàn)和應(yīng)用能夠有效的保證日常安全排查工作正常進(jìn)行同時(shí)科學(xué)化的系統(tǒng)管理情況，能夠避免人力物力的浪費(fèi)。機(jī)器人的巡檢能力也超過(guò)人工。礦山巡檢機(jī)器人具備了較強(qiáng)的硬件技術(shù)，能夠保障礦山的安全生產(chǎn)，避免浪費(fèi)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、現(xiàn)代化的礦山工作管理模式。

1 智能巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

該智能巡檢機(jī)器人從整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，質(zhì)量和體積適中，整體材料與傳統(tǒng)機(jī)器人一樣，為適應(yīng)礦山工作的特殊性，因此材料具有一定的防爆炸性能。外部的硬件設(shè)備主要包括了信息收集系統(tǒng)和監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)，這是該機(jī)器人的關(guān)鍵裝備。整體如圖1所示。

在巡檢過(guò)程中兩個(gè)系統(tǒng)相輔相成，首先數(shù)據(jù)檢測(cè)收集是機(jī)器人正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。所有設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都是來(lái)自數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)，電腦錄入設(shè)備在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的基礎(chǔ)數(shù)值，之后在機(jī)器人巡檢的過(guò)程中會(huì)通過(guò)監(jiān)控設(shè)備掃描各設(shè)備運(yùn)行情況的同時(shí)，再將具體時(shí)間內(nèi)設(shè)備的具體數(shù)值錄入[2]，并核對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。通過(guò)每日每段時(shí)間的巡檢，對(duì)具體設(shè)備都有一整套數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，此技術(shù)將不斷提升使用此設(shè)備的企業(yè)對(duì)于這一設(shè)備性能的進(jìn)一步了解和提升。

圖1 礦用智能巡檢機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)

監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)通過(guò)紅外線裝置及時(shí)掃描處理所看到的礦山各個(gè)設(shè)備運(yùn)作情況和性能，除了攝像機(jī)之外，還有溫度濕度傳感器，傳感器的另一端與煙霧和響鈴報(bào)警器相連。核心裝備以傳感器和報(bào)警器為主，傳感器接收到的具體數(shù)值一旦超出了正常數(shù)值，報(bào)警器會(huì)立刻開始運(yùn)作，及時(shí)將存在的危險(xiǎn)情況反饋給礦山的后臺(tái)系統(tǒng)。以這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)為主要內(nèi)容的巡檢機(jī)器人必備地理信息技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)，并且傳感技術(shù)和無(wú)線通訊技術(shù)是該機(jī)器人的技術(shù)要求。及時(shí)的巡檢和掃描是對(duì)各設(shè)備和開采環(huán)境狀況的預(yù)估，傳感器真正能夠達(dá)到的目的在于提前預(yù)警和及時(shí)的處理。機(jī)器人將采用礦用本安型紅外溫度傳感器，最快速度的監(jiān)測(cè)到表面溫度，并且以保護(hù)機(jī)器人和設(shè)備為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸無(wú)磨損。

全方位的傳感器監(jiān)測(cè)能夠?qū)⒖床灰?jiàn)摸不到的空氣環(huán)境變得可視化、而且機(jī)器人與技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)合作。巡檢機(jī)器人的并不是孤立的活動(dòng)個(gè)體，而是在人工可操作可控制的條件下為人工服務(wù)的科學(xué)工具。在連接了礦山的整體電路之后，機(jī)器人可以根據(jù)實(shí)際操作的具體情況避免檢測(cè)并沒(méi)有在使用的設(shè)備和礦井。該機(jī)器人的充電技術(shù)將與礦山的電路相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電技術(shù)，由于機(jī)器人可能會(huì)在礦山的地下進(jìn)行巡檢工作，為了安全起見(jiàn)，充電盡可能的避免了人工運(yùn)載機(jī)器人到地上充電的情況，而是以傳感器為基礎(chǔ)，及時(shí)在機(jī)器人電力不足的時(shí)候發(fā)出警報(bào)，連接礦山電路系統(tǒng)，及時(shí)充電。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

圖2 實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

為保證本文設(shè)計(jì)的智能巡檢機(jī)器人在實(shí)踐操作中的有效性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，實(shí)驗(yàn)以該機(jī)器人的數(shù)據(jù)定位速度和圖像形成的誤差范圍作為研究主體，對(duì)本文所涉及的巡檢機(jī)器人的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和攝像傳感系統(tǒng)做實(shí)驗(yàn)，并與傳統(tǒng)人工巡檢的數(shù)據(jù)定位速度作對(duì)比分析，結(jié)果如圖2所示。

由圖2中所示，通過(guò)數(shù)據(jù)定位速度對(duì)比圖可發(fā)現(xiàn)，該礦用智能機(jī)器人的數(shù)據(jù)定位速度比人工更快速，更便捷。在實(shí)踐操作中，機(jī)器人的數(shù)據(jù)定位是以數(shù)據(jù)收集信息系統(tǒng)為核心，沿礦山電路為數(shù)據(jù)測(cè)量的路線，與人工相比減少很多不必要的數(shù)據(jù)信息收集量。由圖像的誤差范圍結(jié)果圖可知，該智能巡檢機(jī)器人在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為圖像的反饋中，誤差范圍較小。在實(shí)踐操作中，圖像采集系統(tǒng)是以紅外線為核心技術(shù)，減小了誤差，并且傳感器的無(wú)線電通訊技術(shù)，及時(shí)的反饋到技術(shù)人員所操作的工控機(jī)顯示器中，通過(guò)長(zhǎng)期的巡檢是能夠幫助建立完善的圖像成形系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

該礦用智能巡檢機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)能夠滿足礦山地下較為惡劣的環(huán)境要求，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)備的水泵電機(jī)、傳送帶等完成日常的巡檢工作。

以數(shù)據(jù)檢測(cè)收集和工控機(jī)為關(guān)鍵技術(shù)，能夠完善礦山的整體數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，并且避免了人力的浪費(fèi)。其中較為靈敏的預(yù)警系統(tǒng)和處理設(shè)備問(wèn)題的能力有效的減少了傳統(tǒng)巡檢過(guò)程中人員傷亡的情況，該機(jī)器人的廣泛應(yīng)用能夠讓礦山安全管理實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、系統(tǒng)化。