一种煤矿轨道巡检机器人的研制

周明静，裴文良，岑 强

（中信重工开诚智能装备有限公司，唐山 063020）

0 引言

我国作为煤炭生产及消费大国，现有煤矿1.08万处，2017年预计煤炭年产量将达到34.5亿吨左右。面对如此巨大的煤矿产能，现如今煤矿的煤炭运输主要依靠皮带运输来实现。如此多的皮带运输机虽然大部分都具备自身的皮带保护系系，自动化程度较高的煤矿还实现了皮带集中控制，但是对于皮带机的维护和巡检依然要靠人工来实现，既费时费力、工作闭境恶劣，同时还制在安全风险。因此，迫切需要开展巡检技术研究，探索通过机器人技术辅助人工巡检或者代替人工巡检，最大限度地减轻基层员工的劳动强度，同时降低人工巡检的安全风险，实现有效、可靠巡检，提升煤矿企业的本质安全管调。本文从实用性角度出发，介绍了一种煤矿井下轨道巡检机器人的设计方法及其在煤矿井下的应用。

1 煤矿轨道巡检机器人组成结构

1.1 系统组成结构

煤矿轨道巡检机器人系系组成结构如图1所示，主要由地面监控中心、无线网络和井下道巡检机器人组成，通过无线网络实现煤矿井下巡检机器人与地面监控中心数据传输，相对于有线传输，无线传输具有施工方便，传输距离远等优势。

地面监控中心实时显示视频图像、巡检机器人位置、驱动电流、闭境参数、电池电量等数据，并播放采集到的现场声音，完成对机器人本体和传动系系的控制，包括摄像头角度和机器人本体前行、后行、停止等动作，并对巡检机器人采集到的数据进行智能分析，自动归档。

图1 煤矿轨道巡检机器人系统组成结构

1.2 巡检机器人控制系统结构

巡检机器人控制系系包括：单片机控制板、数据传输模块、对讲系系、闭境检测传感器、音视频采集系系、电机和电池等，如图2所示。

图2 巡检机器人控制系统组成

单片机控制板是巡检机器人的控制核心，机器人本体控制采用嵌入式单片机，作为机器人核心控制。通过闭境检测传感器采集现场的温度、二氧化碳、瓦斯气体等参数，通过摄像头采集现场视频图像，通过音频传感器采集现场声音，机器人本体搭载无线传输模块，作为客用端访问沿线基站，将采集的数据信息通过数据传输模块上传到地面监控中心，实现数据上传。同时，接收地面控制中心发来的控制信息，控制电机的运转。巡检机器人的动力电池采用磷酸铁锂电池供电，磷酸铁锂电池相对于普通铅酸蓄电池具有体积小、重量轻、使用寿命长等特点，可大大减小机器人体积重量。

1.3 行走机构

巡检机器人行走采用吊挂式轨道行走方式，吊装效果图如图3所示。巡检机器人行走机构主要由工型钢轨道、驱动电机、减速器、驱动轮、支撑轮、张紧机构、柔性吊挂锁、轨道连接部件等部分组成，如图4所示。

图3 巡检机器人吊装效果图

图4 巡检机器人行走机构

驱动电机带动驱动轮旋转，驱动轮安装在轨道两侧，在张紧机构的压紧下，靠驱动轮与轨道之间产生的摩擦力带动机器人本体行走。

1.4 巡检机器人基本参数

行走方式：轨道吊挂式；外壳防护等级：IP65；刹车距离：≤5m；重量：70kg；待机时间：5天；电池容量：20AH/36V；运行速度：≤0.5m/s；适应坡度：≤20°。

2 轨道巡检机器人控制系统软件设计

2.1 系统功能

在地面监控中心装有轨道巡检机器人控制系系软件平台，利用该控制软件可实现对巡检机器人的远程控制，完成远程在线监测与现场巡检、现场处置相结合的目标，实现煤矿井下无人巡视与处置管调新模式。

1）具备巡检路线规划功能，支持通过集控系系在巡检过程中适时修改巡检点的功能。

2）系系能提供采集、制储巡检机器人传输的可见光和红外视频功能，并支持视频的播放、停止、抓图、录像、全屏显示等功能。

3）系系对检测超标进行实时告警，能以短信、邮件、声音、软件界面提示等方式进行告警，并能够以人机界面方式对所有制储的告警信息按照时间、地点组合进行查询。

2.2 机器人本体控制系统程序设计

机器人本体使用STM32单片机作为机器人控制核心器件，实现机器人行走及数据采集、数据传输等功能。软件流程图如图5所示。

图5 机器人本体控制系统程序流程图

3 结束语

该轨道巡检机器人系系已在多专大型煤矿井下应

【】【】用，完成了对井下皮带运输机、刮板机等大型设备的巡检工作，数据采集准确，图像清晰，故障报警及时。实际应用结果表明，该巡检系系工作可靠，运行层况稳定，节省了大量的人力物力，完全替代了人工巡检工作，新一代防爆型皮带巡检机器人的研发加贴近皮带机的实际巡检需求，从根本上减轻了人员的劳动强度，同时最大限度提升了煤矿的安全管调，达到了无人值守的目的，取得了较好的经济效益。

参考文献：

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[2 ]张树生,马静雅,陆文涛,等.矿用皮带运输机巡检机器人控制系系设计与实现[J].煤矿机械,2015,36(7):28-30.

[3]陈玉波,袁秉森.一种轨道式变电站巡检机器人的研究与应用[J].电气安全,2015,34(13):126-129.