智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在煤礦井下應(yīng)用

智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在煤礦井下應(yīng)用摘要：目前,我國(guó)的煤礦機(jī)器人仍然存在著諸多的問(wèn)題，還有著相當(dāng)多的技術(shù)沒(méi)有突破，井下由于工作環(huán)境復(fù)雜，電磁環(huán)境復(fù)雜，無(wú)線信號(hào)傳輸受到極大的干擾，對(duì)機(jī)器人通信受到了極大的挑戰(zhàn)。煤礦井下工況復(fù)雜，容易出現(xiàn)各種事故和設(shè)備故障，從而造成生命和財(cái)產(chǎn)損失。為了提高煤礦井下帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)可靠性以及安全保障能力，將智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用到井下巡檢中，帶式輸送機(jī)運(yùn)行可靠性得以顯著提升，同時(shí)可減少巡檢人員，取得較為明顯的應(yīng)用效果，有力促進(jìn)智能化礦井建設(shè)。關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人；巡檢系統(tǒng)；煤礦井下；應(yīng)用引言隨著現(xiàn)代信息科技的不斷進(jìn)步和對(duì)于機(jī)器人替代人工思維或者是人工操作的不斷要求，人工智能技術(shù)在我國(guó)大型煤礦中的研究以及推廣使用已經(jīng)得到了飛速的進(jìn)步，近年來(lái)行業(yè)內(nèi)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。要進(jìn)一步努力實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵操作工序的審查智能化，在關(guān)鍵工作崗位、危險(xiǎn)區(qū)的工作崗位都已經(jīng)能夠完全采用機(jī)器人技術(shù)來(lái)代替操作各種自動(dòng)化的審查工具，未來(lái)我國(guó)煤礦企業(yè)需要進(jìn)一步努力實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)審查無(wú)人化，信息設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。1巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述巡檢機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)故障報(bào)警系統(tǒng)、托輥故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及輸送機(jī)運(yùn)輸沿線報(bào)警系統(tǒng)等構(gòu)成。為了確保帶式輸送機(jī)無(wú)故障運(yùn)行以及運(yùn)行安全性，采用智能化技術(shù)以及數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)對(duì)可能影響帶式輸送機(jī)運(yùn)行的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終與規(guī)則庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而掌握帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況以及沿線環(huán)境參數(shù)。巡檢機(jī)器人隨機(jī)布置有多種傳感器，對(duì)沿線環(huán)境中的聲音、圖像、紅外熱成像、氣體濃度等，巡檢機(jī)器人可對(duì)實(shí)時(shí)巡檢沿線帶式輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)及整體運(yùn)行工況，分析帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況，并現(xiàn)場(chǎng)潛在的故障進(jìn)行判定，從而提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行可靠性，如圖1。圖1煤礦井下巡檢機(jī)器人2煤礦井下巡檢機(jī)器系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)2.1防爆設(shè)計(jì)防爆是煤礦井下爆炸性環(huán)境作業(yè)的機(jī)器人區(qū)別于其他行業(yè)的環(huán)境中作業(yè)的機(jī)器人的本質(zhì)特征，煤礦中的瓦斯、粉塵等環(huán)境條件下對(duì)于防爆裝置設(shè)計(jì)極為苛刻。當(dāng)前的隔爆裝置設(shè)計(jì)在對(duì)煤礦的安全和生產(chǎn)中都起到了非常大的作用，但隔爆裝置設(shè)計(jì)必然也會(huì)造成煤礦機(jī)器人的重量超標(biāo)，無(wú)法完成某些特定的功能，在煤礦井下狹小的空間內(nèi)，隔爆設(shè)計(jì)的機(jī)器人在很多的應(yīng)用場(chǎng)景中受到了諸多的限制。2.2機(jī)器人的能量來(lái)源問(wèn)題安全、高效地利用能源供應(yīng)和驅(qū)動(dòng)工作方式是保障井下利用機(jī)器人作業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于從事井下工作的機(jī)器人，電池容量有限，而如果采用大容量的電池則存在著嚴(yán)重的安全問(wèn)題，以及目前我國(guó)煤礦安全工作規(guī)程中對(duì)于鋰電池的井下利用都有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和限制條件，其充電必須建造專(zhuān)用充電桐室，在專(zhuān)用的充電桐室中才能進(jìn)行，而且電池容量，受到了嚴(yán)格限制，極大地約束了煤礦機(jī)器人的廣泛普及和應(yīng)用。急需深入地研究一種更高容量、更為安全的煤礦用電池，以及探索更加安全的充電管理技術(shù)。優(yōu)化井下各種復(fù)雜環(huán)境下煤礦用電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)充、放電工作過(guò)程的安全監(jiān)測(cè)，研發(fā)出一套煤礦機(jī)器人井下特殊專(zhuān)用的充電樁、儲(chǔ)存?zhèn)}以及自動(dòng)化的智能充電管理系統(tǒng)。2.3無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)煤礦井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)無(wú)線通信雖然可靠性較好，但是限制了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人在巷道內(nèi)的布局和活動(dòng)地點(diǎn)，而且由于受巷道內(nèi)煤壁復(fù)雜的反射影響和巷道內(nèi)煤壁的復(fù)雜反射干擾，在井下傳輸距離也相當(dāng)有限，由于發(fā)射功率受到煤礦安全規(guī)程的嚴(yán)格限定，不能通過(guò)簡(jiǎn)單的增大無(wú)線發(fā)射功率來(lái)進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的覆蓋。3巡檢機(jī)器人系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用3.1電動(dòng)機(jī)故障報(bào)警系統(tǒng)帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)故障高發(fā)位置為電動(dòng)機(jī)軸承，在整個(gè)生命周期范圍電動(dòng)機(jī)軸承振動(dòng)頻率呈現(xiàn)變化趨勢(shì)，通過(guò)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)軸承振動(dòng)情況即可評(píng)估電動(dòng)機(jī)運(yùn)行以及使用狀態(tài)。使用振動(dòng)傳感器對(duì)電動(dòng)機(jī)軸承振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給監(jiān)控上位機(jī)，依振幅響應(yīng)以及故障頻率對(duì)軸承運(yùn)行情況進(jìn)行判定。巡檢機(jī)器人本體運(yùn)行至機(jī)頭、機(jī)尾位置后，控制中心會(huì)自動(dòng)將信號(hào)傳輸給巡檢機(jī)器人本體，并通過(guò)巡檢機(jī)器人本體自身的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給地面監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)掌握。3.2托輥故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)該系統(tǒng)使用傳感器對(duì)輸送機(jī)支架振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行檢查，從而對(duì)托輥運(yùn)行參數(shù)以及異常磨損情況進(jìn)行判定，并依據(jù)診斷結(jié)果確定是否發(fā)出預(yù)警信號(hào)。結(jié)構(gòu)包括有振動(dòng)傳感器、信號(hào)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)采集器以及上位機(jī)等，可智能對(duì)托輥存在的故障以及異常磨耗情況等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)采集器獲取到的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸給上位機(jī)；上位機(jī)依據(jù)內(nèi)置數(shù)據(jù)處理程序?qū)ν休佭\(yùn)行情況以及異常磨損情況等參數(shù)進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果在上位機(jī)顯示屏上顯示，從而有效避免托輥異常導(dǎo)致帶式輸送機(jī)異常停機(jī)或者火災(zāi)等情況出現(xiàn)。3.3輸送機(jī)運(yùn)輸沿線報(bào)警系統(tǒng)帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸巷道內(nèi)布置，存在光照不足、空間狹小、工作環(huán)境惡劣等問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)沿線環(huán)境掌握，在帶式輸送機(jī)支架上加裝金屬外框支撐巡檢機(jī)器人運(yùn)行軌道，使用巡檢機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工方式進(jìn)行巡檢。輸送機(jī)運(yùn)輸沿線報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有防區(qū)處理單元、報(bào)警主機(jī)、振動(dòng)感應(yīng)光纖、傳感器、通信光纜以及報(bào)警控制服務(wù)器等構(gòu)成。①視頻采集分析。在巡檢機(jī)器人本體上安設(shè)2組攝像頭，一組為高清防爆攝像機(jī)、一組為紅外熱成像儀，高清防爆攝像機(jī)用以對(duì)巡檢沿線帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、記錄；紅外熱成像儀用以對(duì)托輥軸承溫度、輸送帶溫度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而確保帶式輸送機(jī)可平穩(wěn)運(yùn)行。帶式輸送機(jī)沿線布置2道巡檢機(jī)器人軌道，一道位于行人側(cè)用以對(duì)行車(chē)側(cè)電纜、軌道、托輥等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；一道位于非行人車(chē)用以對(duì)外部環(huán)境、托輥以及束管監(jiān)測(cè)氣體是否泄漏等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。②環(huán)境參數(shù)。巡檢機(jī)器人在工作時(shí)采用傳感器對(duì)巡檢位置聲音進(jìn)行采集，特別是當(dāng)發(fā)現(xiàn)托輥運(yùn)行發(fā)出異常聲響時(shí)巡檢系統(tǒng)會(huì)發(fā)出預(yù)警，提醒相關(guān)人員及時(shí)處理。由于在巷道內(nèi)布置有瓦斯抽采管路、壓風(fēng)、壓水等多種管路，在巡檢機(jī)器人本體上布置有氣體成分探測(cè)傳感器可實(shí)時(shí)對(duì)巡檢沿線環(huán)境氣體成分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)值超過(guò)預(yù)先設(shè)定值時(shí)巡檢機(jī)器人會(huì)發(fā)出聲光信號(hào)并將異常結(jié)果傳輸給地面監(jiān)控中心，從而確保帶式輸送機(jī)可以平穩(wěn)運(yùn)行。結(jié)束語(yǔ)煤礦機(jī)器人在我國(guó)的發(fā)展屬于新興的技術(shù)領(lǐng)域，近年來(lái)隨著首個(gè)礦山智能化的建設(shè)，在全國(guó)的煤礦大力倡導(dǎo)以“機(jī)器代人”，煤礦機(jī)器人也在更多的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域替代人工進(jìn)行工作。在煤礦機(jī)器人不斷投入使用的過(guò)程當(dāng)中大大的節(jié)省了人力，減少了人工成本，降低了人員受傷的幾