综采工作面巡检机器人关键技术研究

目前国内许多煤矿应用了可视化远程干预型智能无人化综采,但是综采工作面内仍然需要1名工人进行巡检作业,为了实现综采工作面支架支护区域内真正无人,需要研究一种综采工作面巡检机器人,实现对综采工作面巡检人员的替代,适应智能综采的发展方向。在分析综采工作面巡检机器人研究现状的基础上,指出综采工作面巡检机器人研究目前处于起步阶段,提出了综采工作面巡检机器人研究需要攻克的5个方面的技术难题:综采工作面巡检机器人控制平台健壮性,行走驱动可靠性,移动通信稳定性,群组控制协同性,配套应用合理性。给出并具体分析了综采工作面巡检机器人发展所需的5项关键技术:柔性轨道技术,精准定位导航技术,高可靠控制技术,动态图像采集技术,三维采场模型构建技术。研制了一款综采工作面巡检机器人,以电池供电驱动行走机构沿刮板输送机电缆槽外侧的轨道实现快速移动,轨道之间采用具有一定承载能力的弹簧连接件实现柔性连接,综采工作面巡检机器人搭载惯性导航系统,三维激光扫描装置,红外热成像摄像仪,可见光摄像仪,无线移动终端等装备,可完成对综采工作面直线度、水平度检测,工作面精确定位,工作面点云扫描,采煤机运行状态巡检与工作面快速巡检等功能,并通过无线通信网络实现传感数据准确、快速传输至巷道集控中心。通过在神东榆家梁煤矿43101综采工作面应用,实现最大巡检速度60 m/min,辅助构建的工作面三维点云模型实测精度0.2 m,实现搭载惯导系统在宽360 m综采工作面直线度可控制在±500 mm。综采工作面巡检机器人在质量和电池续航2个方面仍需进一步研究优化,以满足实际生产需求。研究成果可为煤炭行业综采工作面巡检机器人技术的发展提供有益的借鉴。     

综采工作面巡检机器人柔性轨道设计与运动学仿真

煤矿井下综采工作面空间狭小、设备动作频繁,位置关系复杂等问题,导致常规巡检机器人难以直接在工作面运行,自动化监测难度大。根据工况需求,结合环境及设备群动作特点,提出工作面巡检轨道设计要求,采用模块化设计、仿真模拟和样机试验的方法,设计一种新型跨座式巡检机器人柔性轨道,实现在工作面环境的安装调节及当安装设备发生动作变形时轨道自身的自适应补偿。首先设计了巡检机器人柔性轨道的机械结构并确定安装运行方式。其次,以轨道跨接在刮板输送机线缆槽一侧为例,分析刮板输送机在平直、弯曲和起伏3种工况下的弯曲和俯仰变形量,并对柔性轨道进行运动学仿真。在3种工况下,该轨道可随工作面设备完成水平弯曲0～5.4°、竖直倾斜0～6°、伸缩变形0～120 mm,满足实际工况要求。巡检机器人通过柔性轨道时,其主运动方向始终保持匀速直线运动,水平或竖直方向在柔性过度段存在波动,波动幅值均在安全允许范围内。最后搭建柔性轨道物理样机及工作面试验平台,对工作面巡检机器人柔性轨道进行性能验证。结果表明：新型跨座式巡检机器人柔性轨道结构设计合理,可以适应工作面巡检的不同工况,对实现煤矿井下综采工作面机器人巡检具有重要意义。     

基于双通信模式的综采工作面巡检机器人研制

为实现综采工作面无人化智能开采,设计并研制了一款基于双通信模式的综采工作面巡检机器人系统。提出基于LoRa和WiFi技术结合的双通信模式实现综采工作面巡检机器人远程控制与工作面监控,并对巡检机器人的组成和功能进行了介绍,重点论述巡检机器人控制系统的组成和通信方案。通过在煤矿井下进行实际测试,结果表明,介绍方案可以实现地面控制台实时控制综采工作面巡检机器人,并可实时获取综采工作面数据和环境信息,及时发现问题并报警,为综采工作面无人开采提供保障。     

煤矿轨道式带式输送机巡检机器人系统设计

针对带式输送机故障检测不及时、巡检人员劳动强度大等问题,设计了一套轨道式带式输送机巡检机器人系统。在自动巡航模式下,该系统不仅能对巷道中的环境数据实时采集存储,还能智能识别异常情况,并生成报警日志,真正实现无人值守作业,为带式输送机的安全生产提供了可靠的保障。     

综采巡检机器人关键技术研究

智能化综采工作面安装了大量固定传感器,但依然存在监控盲区和监控滞后的问题。引入巡检机器人技术,对综采工作面的全覆盖和实时监控,是智能化开采的必要技术手段。从国家宏观政策和智能开采技术2个层面,分析了智能开采对综采巡检机器人的迫切需求,根据综采工作面巡检机器人的发展现状,总结了综采工作面应用机器人需要解决的柔性轨道、移动通信无缝漫游、远程控制和自主操作等技术难题。通过研究用于综采巡检机器人的跨式柔性轨道、行走控制、移动通信、移动精确定位、惯性导航、动态图像采集和控制采煤机调高等7项关键技术,提出了建立巡检机器人的感知理论技术装备体系、研究井下机器人动力供应技术、建立高性能的无缝漫游移动通信系统、开发超高清热成像和毫米波对综采生产时的三维实景呈现技术、研制集成视觉雷达和煤层探测的超前探测机载装置等5个重点研究方向。在薄煤层综采工作面进行了工业试验,研制的巡检机器人搭载三维激光雷达和惯性导航系统,沿采煤机电缆槽上铺设的轨道边行走边检测,达到了60 m/min的最大巡检速度,实现了双频WiFi零切换的无缝漫游高速通信,根据机载激光雷达扫描和惯性导航系统建立了综采工作面三维截割地质模型,进行了巡...     

综采工作面巡检机器人实验平台设计研究

以综采工作面巡检机器人实验平台设计为例,介绍了综采工作面巡检机器人实验平台总体设计、控制器设计和通信设计等,并对巡检机器人实验平台功能及性能和技术指标进行了阐述说明。在巡检机器人应用的基础上对巡检机器人轨道进行了研究与选择。     

煤矿轨道巡检机器人设计研究

目前,煤矿井下巡检仍以人工方式为主,人工巡检的实时性不强,且受人员自身水平影响较大。矿用巡检机器人可长时间工作于恶劣工况条件下,可实时监测井下环境,最大程度地保障井下工作环境的安全性。利用矿用巡检机器人替代人工巡检,可以有效解决人工巡检的诸多弊端。设计机器人巡检系统包括轨道巡检机器人、充电桩、无线通信系统、轨道、上位机和手机管理平台,设计巡检机器人为矿用本质安全型结构,并进行了巡检机器人视频和热成像监控、电机和辊筒异常监测、噪音监测、语音交互、有害气体检测等功能设计。该系统可实现无死角监测,防止人员漏检,能够及时发现安全隐患,避免重大事故发生。     

矿井变电所机器人智能巡检系统设计

针对煤矿井下变电所设备运行状态的日常巡检、停送电安全技术措施落实以及视频监控全覆盖等问题,设计了一种直线轨道式巡检机器人系统与变电所设备实现通讯,建立智能巡检系统。重点介绍了矿井变电所机器人智能巡检系统的组成结构与巡检功能,论述了机器人系统巡检动作方式与智能巡检系统执行流程。实践表明：该智能巡检系统可以有效替代矿井变电所的人工巡检岗位,完成日常巡检任务,保障停送电安全技术措施的可靠落实,实现变电所视频的无盲区监控。机器人系统感知功能齐全,与变电所设备联动可靠,巡检运行状态平稳,解决了矿井变电所减员增效的关键技术问题。     

智能巡检机器人在选煤厂的应用

针对选煤厂胶带机检查存在的保护误操作、巡查不到位、无规范记录等问题,剖析胶带机的特点和检查要求,介绍胶带机智能巡检机器人的应用系统。利用智能巡检机器人对区域内相关设施设备进行巡检,准确收集环境数据、设备工况等信息,实现环境设施设备的异常预警、故障诊断、预警等功能;解决胶带机巡检不能记录,不能准确量化等问题;采用数字图像、声音、准确的数据规则实时存储,实现选煤厂胶带机无人值守、自动检测、自动提醒功能;根据智能检测机器人对设备运行状态进行检测的可行性,阐述智能检测机器人在检测过程中存在的问题,提高胶的智能化管理水平,对提高工作效率、节能降耗等方面具有现实意义。     

矿用自动巡检机器人在黄陵一号煤矿的应用

为了减少环境复杂、空间狭小、积水等因素对井下变电所、大型输送带输送机巷道等场所巡检工作的影响,黄陵一号煤矿采用ZX127矿用自动巡检机器人替代或辅助人工作业。从该巡检机器人组成及功能出发,结合其主要优点及性能,在井下皮带机巷道和井下变电所分别开展实际应用。实践发现,该巡检机器人可监测设备局部表面异常高温、局部空间异常温度变化、突发气体异常变化及爆炸等异响、顶板和侧帮的变形,以及皮带机托辊、滚筒是否损坏等;同时,能够实现不同岗位区域语音警示提示、井上井下视频通话指挥作业,遥控机器人指向照明和测温。     

基于5G+WiFi双通信矿用激光扫描巡检机器人设计

设计了一款应用于煤矿综采工作面上的巡检机器人,该机器人搭载激光雷达、惯导、车载电脑设备,以ROS为操作系统,搭建一套集控制、激光点云三维建图和视频巡检的机器人平台,可实现对综采工作面的三维建图和视频巡检。为实现点云海量数据和视频图像数据的稳定传输,采用5G+WiFi的双通信模式,充分利用各通信方式的优点,使用5G传输点云数据进行三维实时建图,使用WiFi来传输图像数据,提升综采工作面三维点云模型的生成效率。采用该设计方案不仅可以进行实时三维建图,还可以快速处理所生成的数据用于对井下工作设备的智能控制。     

煤矿巡检机器人智能传感与控制系统设计研究

煤矿带式输送机运输系统人工巡检工作强度大,特别是大坡度带式输送机巡检易受落煤、飞石等影响,具有一定的危险性。因此,设计了煤矿悬挂式巡检机器人智能传感与控制系统,研究了系统整体架构和各类传感器布置方式,重点探讨了巡检机器人图像采集、语音识别、环境感知和无线通讯模块的功能设计和参数优化。开展了煤矿现场工业性试验,验证了机器人智能传感与控制系统性能,结果表明：该系统能够实现仪表数据识别、旋钮状态识别、胶带跑偏识别、火焰识别、声音检测、异常报警等功能,具备煤矿运输系统状态的地上、智能手机端的全面感知和实时监控能力。采用巡检机器人替人,可实现低温、粉尘、低照度等恶劣环境下的连续巡检作业,有效避免漏检、错检等问题。     

35kV变电站室内自动巡检系统研究与应用

变电站室内自动巡检系统可以实现对降压站室内设备的实时监控,避免人工巡视的缺点,提高监测的范围,代替人工完成巡检工作,提高了巡检的效率和智能化水平。     

钢丝绳牵引式巡检机器人研究与应用

为了解决煤矿井下巡检机器人电池充电的问题,设计研发了一种钢丝绳牵引式巡检机器人,详细论述了该机器人系统的组成及实现方法,介绍了机器人本体自发电装置的组成和工作原理。应用结果表明,该巡检机器人系统可以实现对煤矿井下带式输送机巷道的自动巡检,实现无人值守的目标。     

斜沟煤矿运输胶带轨道巡检机器人系统的应用与研究

斜沟煤矿原煤运输胶带数量多、距离长,传统人工巡检已经不能满足矿井安全和运输发展需要,通过投入井下轨道巡检机器人和构建机器人信息无线传输网络,建成了原煤运输胶带机器人智能巡检系统,实现了设备温度、瓦斯浓度、故障信息、现场画面等信号的实时传输和事故预警,做到了全天候高质量的巡检,在矿井减人提效和保障安全生产上效果显著。     

煤矿巡检机器人系统设计

针对煤矿带式输送机人工巡检效率低、质量差、劳动强度大等问题，设计了一套挂轨式巡检机器人系统，系统由巡检机器人、充电站、巡检轨道、通信网络和远程管控平台组成。分别介绍了各组成部分的原理、结构和功能，重点描述了巡检机器人的巡检逻辑和充电过程。现场应用表明，该系统实现了带式输送机的无人智能化巡检，提高了巡检效率和质量，减少了煤矿井下作业人数，降低了矿井安全风险，提升了煤矿企业安全管理水平，推动了煤矿智能化技术发展。     

矿井智能巡检机器人系统模型构建

煤矿井下工作环境复杂多变,基于巡检过程数据信息、生产状态信息的整合,智能巡检机器人系统是实现设备信息化、智能化的第1步。采用集机器人本体、各种防爆模块、无线基站、充电装置于一体的机械硬件设备和远程控制平台聚合方法,以实现变电所巡检过程中信息的高效、准确。然后根据任务信号,在远程控制服务器上解析信息块,在此基础上,建立井下智能巡检机器人模型。将该系统模型应用到煤矿井下变电所的实际电气设备巡检排查中,通过对各种防爆模块控制参数信息的分析,实现对现有工作环境适应性的判断和实际使用过程情况的统计。     

露天带式输送机巡检机器人解决轨道热胀冷缩问题设计

露天带式输送机因皮带、托辊等关键部件在长时间、高强度环境下运行,易发生故障,需要实时监测,且输送机线路较长,人力巡检困难,巡检机器人因其自动化、智能化等优点在输送机的监测作业中广泛运用。由于工作环境温差较大,巡检机器人轨道常因为热胀冷缩原因出现翘曲或断开等情况。准能选煤厂在应用过程中,通过对巡检机器人轨道优化,实现巡检机器人在大温差环境下稳定运行。     

煤矿井下联合综采关键技术的应用研究

针对王村煤业井下联合综采作业过程中无法可视化综采、支架跟机误差大、支架偏斜严重、人工巡检效率低、安全性差的难题,提出了一种新的煤矿井下联合综采控制系统,解决了井下可视化综采、支架自动跟机及对齐调整、机器智能巡检等难题,为推进实现王村煤业的井下"无人化"综采作业奠定了基础。     

履带式巡检机器人在选煤厂的应用

针对选煤厂机电设备传统人工巡检过程中存在效率低、检测成本高、设备维护风险大等问题，通过对选煤厂机电设备巡检内容和要求进行分析，设计了一种履带式巡检机器人系统，可实现自动行走与远程监控。现场应用表明，履带式巡检机器人系统能够准确识别设备故障，异常识别率达到98.6%,可有效避免机电设备故障；可代替5～10人进行选煤厂机电设备巡检，从而大大降低了工人巡检劳动强度、节省了企业成本，取得了良好的应用效果。