煤礦巡檢機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蔡治華， 周東旭， 趙明輝

（1.煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013；2.天津城建大學(xué) 控制與機(jī)械工程學(xué)院，天津 300384；3.中煤科工集團(tuán)上海有限公司，上海 200030；4.同濟(jì)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，上海 201804）

0 引言

帶式輸送機(jī)是煤炭開(kāi)采中重要的運(yùn)輸設(shè)備，其可靠性對(duì)煤炭高效開(kāi)采具有重要意義[1-2]。傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)一般采用人工巡檢或傳感器等方法，人工巡檢增加了人員危險(xiǎn)，傳感器維護(hù)成本高，均難以實(shí)現(xiàn)可靠的狀態(tài)監(jiān)測(cè)[3]。隨著機(jī)器人技術(shù)發(fā)展，將巡檢機(jī)器人應(yīng)用于帶式輸送機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，成為煤礦自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的研究趨勢(shì)[4]。

巡檢機(jī)器人屬于復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)品[5]，其功能越強(qiáng)大，所攜帶的各類(lèi)電子設(shè)備越多，控制系統(tǒng)越復(fù)雜。煤礦巡檢機(jī)器人控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信、傳感器數(shù)據(jù)處理、巡檢機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制等關(guān)鍵功能[6]，其可靠性決定了巡檢機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)，是保證巡檢機(jī)器人穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵[7]。文獻(xiàn)[8]采用S7?200 PLC作為煤礦巡檢機(jī)器人控制系統(tǒng)核心控制器，通過(guò)其內(nèi)部裸機(jī)程序，可將巡檢機(jī)器人采集的數(shù)據(jù)編碼壓縮后以無(wú)線通信方式傳輸至PLC控制箱，在惡劣環(huán)境中能保持較好的控制穩(wěn)定性；但裸機(jī)程序采用在主函數(shù)中輪詢的方式對(duì)各個(gè)線程任務(wù)進(jìn)行逐個(gè)處理[9]，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的中斷響應(yīng)實(shí)現(xiàn)線程任務(wù)的并行處理，這種方式缺乏可移植性，并行性較差，且數(shù)據(jù)壓縮解壓影響了控制的實(shí)時(shí)性，增加了數(shù)據(jù)丟失的可能。文獻(xiàn)[10]采用DSP微控制器作為煤礦巡檢機(jī)器人控制器，其內(nèi)部裸機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)了機(jī)器人通過(guò)WiFi與地面監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信，控制程序運(yùn)算速度快，但數(shù)據(jù)傳輸易受井下環(huán)境磁場(chǎng)影響，造成數(shù)據(jù)丟失和傳輸不穩(wěn)定。……