输煤廊道机器人的自动巡检系统技术开发探讨

国能九江发电有限公司 李 旭 黄晓明 司朝辉

1 输煤廊道机器人的相关研究

1.1 输煤廊道研究

输煤廊道是一种用于运送煤炭的线路，同时也是一种安装形式。输煤装置按照具体的形式，可分为输煤廊道和输煤栈桥2种形式，其中输煤廊道在实际建设中类似于地沟的形式，一般以地下或半地下的结构形式，借助输送机实现对煤炭的运输。在实际的使用中，输煤廊道具有较高的运送效率，能够满足实际使用的基本需求，实际的运输方式有皮带运输、气力运输和管道运输几种形式，实际的使用中，皮带运输的使用效率最高[1]。

1.2 输煤廊道机器人巡检的优势与难点

1.2.1 优势

实际的输煤廊道机器人巡检工作中，通过机器人巡检不仅保证了巡检的效率，还能让巡检工作不受到主观因素的影响，并且机器人工作不会受到天气的影响，能满足输煤廊道的工作需求，任意环境下机器人都能保持正常工作状态、能够保证巡检的质量。除此之外，机器人巡检是由机器人代替人类巡检，能够适应任何工作环境，并且可以保证巡检工作的安全系数。

此外，机器人巡检是以图像识别系统、红外测温等技术为基础构建的巡检系统，实际的使用中，有效地丰富了巡检的工作手段，并且还能适应恶劣的工作环境，可以有效提升巡检工作的质量、降低隐患，并且通过机器人的巡检，能够及时发现问题并采取有效的控制手段，降低巡检质量的发生。另外，巡检工作制度可以提升巡检的质量，避免巡检过程中人为因素导致纰漏的发生[2]。

1.2.2 机器人自动巡检的难点

为了实现机器人自动巡检，需要结合实际情况，合理对机器人自动巡检的相关技术进行利用，从而实现对系统的构建。但是实际的系统建设中会发现，输煤廊道中的环境恶劣，一般情况下，廊道内部电缆隧道面积大、相关设备种类多、环境复杂程度高，甚至还会有横贯廊道的航车或跨越皮带的通行桥。另外，输煤系统的长度相对较长，并且还会经过转运站并实现周转。整个输煤系统从煤仓到锅炉煤仓之间的距离控制在200m，爬坡约18°，并且一段皮带输送机经转运站到过滤段皮带的输送时间，存在垂直落差。

2 输煤廊道机器人的自动巡检系统技术的开发研究

2.1 总的设计方案

为了保证输煤廊道机器人的自动巡检系统正常运行，就要注意的巡检系统的设计与建设，确保自动巡检系统的稳定运行。实际的系统设计中，包括如下的相关内容。

输煤廊道的自动巡检机器人应具有相应的轨道系统、巡检机器人本体体系，在线图像识别系统等，通过这些系统的合理运行，满足自动巡检系统的基本工作需求。其中，系统的这些部分需要相应的技术支持，从而保证系统的稳定性与系统的可靠性。这些技术包括智能分析技术、机器学习技术、危机预测感应技术、故障诊断技术、相应的控制技术和多传感器信息融合技术，这些技术的合理运用能够满足自动巡检系统的基本需求[3]。

图1 自动巡检系统的拓扑关系图

2.2 机器人本体

为了确保机器人的正常工作，需要保证机器人具有较高的信息采集能力，所以机器人要具备相应的高清摄像头、温湿度传感器、声音传感器、声光报警器、气体监测仪器、超声避障系统等。为了满足实际使用的基本需求，需要对机器人的这些内容融合到一起，从而实现嵌入式控制设计，完成全工业化元器件的设计。

为了保证机器人能够在输煤廊道中正常运行，需要对机器人的运行方式进行选择，本文结合轨道系统实现对轨道运行方式的设置。并且，为满足信息采集的功能，需要对机器人本体、机器人的驱动装置、音频传感器、摄像机等部分进行控制，确保机器人能够满足实际的信息采集需求。

结合机器人的实际情况，发现机器人主要是由机器人本体系统、运行轨道系统、电源系统和轨道消尘除灰系统等构成。从而满足机器人正常运行的基本需求。如图2所示，为本文的机器人自动巡检系统的行走系统结构示意图。

图2 行走系统结构示意图

2.3 大数据后台管理系统

通过机器人采集相应的信息，再由系统对数据进行分析，从而保证数据信息的合理分析，确认输煤廊道的正常工作，降低影响输煤效率的问题带来的影响。

后台管理服务器计算机设在输煤控制室内，现场由机器人所采集的数据信息经由线路传递到大数据后台管理系统中，从而实现对输煤廊道的远程管理，积极推动大数据后台的管理质量。实际的工作中，由系统进行集中管理，最后实现对数据信息的存储，确保巡检数据具有一定的可查询性，后续工作中，如果要用到巡检数据，可通过查询获取相应的数据，满足工作的基本需求。

这部分系统主要是由5个子系统构成，子系统的稳定运行确保大数据后台管理系统的稳定运行。同时，系统还能实现巡检机器人工作状态的实时呈现，能够使得相应的工作人员获取具有真实感的信息。这部分系统中需要有实时监控主界面，用户可以通过自动巡检系统获取机器人系统的视频，并且能够实现现场数据的实时获取，从而满足相关管理工作的基本需求[4]。

智能巡检管理技术。这部分技术是保证机器人稳定运行的基础，也是确保巡检系统作用发挥的基础。实际的管理中，要保证机器人可以根据预先设定好的任务进行巡检，并且还能够根据后台界面进行远程操控并实现巡检工作。机器人的巡检可以分为自动巡检和半自动巡检2种形式，其中，自动巡检是机器人按照设定好的线路进行巡检，而手动巡检是人为操控机器人进行巡检。一般情况下，机器人的巡检可以分为全面巡检、定制巡检和定点检测等巡检方式，每种巡检方式都有各自的优势，所以要结合实际情况确认巡检的质量，及时发现问题所在。如图3所示，为本文的机器人巡检管理策略。

图3 自动巡检的管理策略

大数据存储技术。机器人巡检的过程中能够产生大量的数据，而且这些数据具有各种格式、各种规格和各种形式。所以就要求这些数据可以被存储，还能实现可重复利用。这样就可以大数据存储技术为基础，实现对数据信息的存储，并要求数据的保存期限不低于24个月，使得24个月内可以随时的对数据信息进行调用[5]。

机器人控制。为了满足机器人自动巡检，要求机器人可以被合理控制，让机器人可以通过远程控制，实现运行、云台的转动等操作，能实现有效的远程控制，从而满足用户不断变化的控制需求。

双向语音，远程视频。机器人自动巡检系统还要具备声音的双向功能，并且能够实现远程视频的功能。也就是说，当机器人巡检过程中发现问题后，维护人员到达故障现场后，工作室内的人员可以借助双向语音和远程视频实现沟通，从而提升故障的处置水平。

2.4 自动巡检方案及功能

皮带机传动，传动件温度监测的设计方案。为了获取相应的数据，本文选择了红外热像仪对相应的信息进行获取，从而能够不间断的对温度进行检测。

皮带状态的智能识别。实际的机器人巡检过程中，需要对皮带状态进行识别，判断皮带是否存在撕裂、撕边的问题。如果存在这些问题，则说明皮带出现了故障，需要对皮带进行更换。为了确保识别的效果，需要选择300万以上像素的摄像头，并控制分辨率为1920×1080，以此为基础实现对采集频率的控制，一般为30帧/s[6]。

异物闯入、危险行为识别。这部分主要是一个危险识别部分，主要是对现场人员和异物的闯入进行识别，避免他们给廊道带来影响。另外，还要对相关人员的危险动作和危险行为进行识别，降低各类危险行为的影响，确保输煤廊道的安全运行。

设备运行异响的检测。这部分不仅是对声音的识别，还要求在识别到异响后，能通过系统的分析明确具体异常的发生位置，确认是何种设备出现了问题，这样再告警给维护人员，确保维护人员采取有效的维护措施，降低隐患的影响。

设备振动检测。主要是对发生了振动问题的设备进行检测，通过检测明确造成振动的原因，并向维护人员发出告警，确保维护人员采取有效的维护措施，避免振动问题的扩大，提高设备的安全系数。

多传感器信息融合技术。这部分技术是对机器人配备的传感器采集的信息进行融合，从而提高系统决策、规划和反应速度。并保证这些内容的准确与可靠。

3 输煤廊道机器人自动巡检系统的实施方案

为了保证输煤廊道机器人自动巡检系统的实现，需要结合合理的实施方案对系统进行建设，确保系统的开发水平。

技术交底。为了保证建设效果，要合理地展开技术交底工作，从而确保实施人员掌握相应的建设要点，避免给系统的建设带来影响，积极推动系统的合理建设，满足实际使用需求；实施计划。根据现场的环境情况制定完善的实施计划，再对方案进行研究与分析，确保方案的合理，使之满足实际的建设需求。

轨道的铺设。为了确保机器人的稳定运行，需要对轨道进行铺设，轨道铺设过程中控制宽度，一般要小于人行道的宽度，并且确保不会输煤廊道的正常行走带来影响；充电系统的安装。这部分为了满足机器人稳定巡检的基础，实际的安装过程中要按照规范进行，确保充电系统的可靠性。

通信系统安装。这部分是满足机器人巡检过程中信息传递的基础，通过控制信息的稳定传递，满足巡检的基本需求；定点设备安装。结合巡检需求对定点设备进行安装，从而保证设备的稳定运行；后台系统的安装。要求后台系统能够满足实际的工作需求，确保巡检工作能够满足输煤廊道的运行需求，并且便利工作人员的相关操作。

4 结语

本文结合实际情况，对输煤廊道的机器人自动巡检系统技术开发展开研究，详细分析具体的巡检系统技术开发的研究，旨在确保系统的合理运用，使得输煤廊道的工作质量可以得到提升，降低各类影响对廊道的干扰。