帶式輸送機巡檢機器人控制系統及樣機試驗測試

姚華龍

（山西壽陽潞陽麥捷煤業有限公司，山西 壽陽 045400）

引言

帶式輸送機又俗稱為皮帶機，其為煤礦綜采工作面的主要運輸設備。在綜采工作面相對惡劣的生產環境，帶式輸送機經常出現托輥磨損、斷帶、打滑、跑偏及堆煤的故障，極大地制約了帶式輸送機的運輸效率，進而間接影響到煤礦的生產能力。針對帶式輸送機的故障，傳統通過人工巡檢或者安裝固定攝像機的方式進行排查，不僅效率低、作業人員勞動強度大，而且存在監測盲區等缺陷。為保證帶式輸送機在惡劣的生產環境下高效運行，除了保證其性能優越外，還需為其配置可精準、快速定位故障的裝置[1]。本文將重點開展帶式輸送機巡檢機器人控制系統的設計，并對其設計樣機的性能進行測試。

1 帶式輸送機巡檢機器人控制系統的總體設計

1.1 帶式輸送機巡檢機器人控制系統功能需求

巡檢機器人作為監測帶式輸送機故障的關鍵設備，其除了具備對自身走向、速度等參數進行控制外，更重要的是能夠及時對現場的信息進行采集，以判斷帶式輸送機是否出現相應的故障類型。因此，針對帶式輸送機巡檢機器人控制系統需滿足如下要求：

1）巡檢機器人控制系統能夠控制裝置按照預定的軌跡和速度對帶式輸送機的故障類型進行巡檢，其能夠在自動和手動兩種控制模式下運行[2]。

2）巡檢機器人控制系統能夠實時將自身所在位置精準上傳至上位機，以便控制人員能夠實時掌握巡檢機器人的動態。

3）巡檢機器人控制系統需要搭載多種類型的傳感器，能夠對工作面環境、溫度、濕度，以及帶式輸送機的相關信息進行采集，并實時、精準上傳至上位機。

1.2 巡檢機器人控制系統總體架構設計

結合帶式輸送機巡檢機器人控制系統的需求，設計如圖1 所示的巡檢機器人控制系統總體架構。

圖1 帶式輸送機巡檢機器人控制系統總體架構

主控制器的選擇：針對帶式輸送機巡檢機器人的實際應用需求，可為其配置主控制器的類型包括SMT32 單片機、專用集成電路和嵌入式設備。綜合分析，考慮到巡檢機器人具備高集成度的特性，本方案選用嵌入式設備作為其主控制器。

對于巡檢機器人的驅動方案，可供選擇的方案包括拖拽供電線路、滑軌接觸供電及內置電池供電三種方式。考慮到帶式輸送機的實際生產環境，本工程采用內置電池供電對設備進行驅動。

2 巡檢機器人控制系統的軟硬件設計

2.1 硬件設計

巡檢機器人控制系統從硬件層面分析可分為上位機、通信層、下位機及底層硬件等[3]。本節將結合功能需求和總體架構對主要硬件進行選型設計。

2.1.1 主控制器的選型

本控制系統選用嵌入式設備為主控制器，具體采用由NI 公司自主研發的myRIO-1900 型控制器。該型控制器屬于嵌入式系統自主開發的平臺，方便工作人員上手操作，且程序編寫也簡單；同時，基于myRIO-1900 型控制器可為其搭載豐富的板載資源。此外，myRIO-1900 型控制器具備無線通信功能，可為信息的傳輸提供便利條件。

2.1.2 電機的選型

為巡檢機器人控制系統配置低壓無刷直流減速電機，結合其實際工況要求并保證穩定運行，為控制系統所配置電機的主要性能參數見表1。

表1 驅動電機主要性能參數

2.1.3 其他關鍵硬件的選型

除了主控制器和驅動電機以外，根據巡檢機器人的功能需求，還需為其配置表2 所示的關鍵硬件。

表2 關鍵硬件選型結果

2.2 軟件設計

根據巡檢機器人的功能需求，其在正常運動的基礎上最重要的是實現對帶式輸送機運行狀態信息的采集和傳輸[4]。因此，對于巡檢機器人控制系統而言，除了保證其控制策略與程序外，本小節重點對其視頻監控和信息采集功能的實現進行研究。

巡檢機器人視頻監控和信息采集功能實現的硬件載體為網絡攝像機與各類傳感器。針對其視頻監控功能需要控制系統能夠準確對攝像機的功能程序進行調用，對應的軟件控制流程如圖2 所示。

圖2 視頻監控軟件控制流程

對于信息采集而言，主要為氣體傳感器、溫濕度傳感器等對現場環境的參數進行采集，其對應的軟件流程為普通流程。

3 巡檢機器人樣機試驗測試

3.1 定位精度測試

本控制系統基于光電開關與RFID 射頻卡定位校準相結合的方式對設備進行定位。具體定位測試數據如表3 所示。

由表3 可知，基于本文所設計的巡檢機器人控制系統可將設備本身的定位精度控制在0.02 m 以內。

表3 巡檢機器人控制系統定位精度測試結果

3.2 信息采集能力測試

本小節重點對巡檢機器人控制系統能否對帶式輸送機的溫度進行準確測量進行驗證。本控制系統采用紅外熱成像儀測溫計對設備的溫度進行檢測，一般主要對帶式輸送機托輥處的溫度進行檢測[5]。具體流程為：當巡檢機器人運行至帶式輸送機托輥處時，將紅外熱成像儀測溫計對準托輥位置，并得出如圖3 所示的結果。

由圖3 可以看出，帶式輸送機托輥處的溫度處于正常范圍并未超出限值；而在帶式輸送機的側面區域出現了高溫區域，并且顯示溫度為42.5 ℃。分析原因主要是皮帶與設備側邊摩擦。

圖3 托輥溫度檢測結果

4 結論

帶式輸送機為綜采工作面的主要運輸設備，其運輸效率直接決定煤礦的生產能力。鑒于傳統人工巡檢和固定攝像機監測不滿足帶式輸送機實際生產的需求，本文基于嵌入式設備主控制器為核心完成巡檢機器人控制系統的設計，并經過測試得出：

1）控制系統能夠根據巡檢機器人完成高精度的定位，定位誤差可控制在0.02 m 以內；

2）通過測試，巡檢機器人控制系統的信息采集功能可正常實現。