煤矿用巡检机器人充电方法研究

基于煤矿用巡检机器人的作业环境和防爆要求，分析了各充电方式的优缺点，提出了一种基于能量变换的充电方法。巡检机器人与充电站之间通过机械联接传递能量，规避了电气直连充电的失爆风险，降低了充电对接的设计要求，为机器人在煤矿井下安全充电提供了新思路。试验表明该充电方法技术可行，可满足巡检机器人在煤矿井下的快速充电需求。     

煤矿机器人智能安全充电系统设计

煤矿机器人工作在井下危险气体环境下,特别是对于井下移动式巡检机器人,其动力系统的能源供给方式主要以锂电池供电为主,目前《煤矿安全规程》对锂电池的井下使用有着严格的限制条件,其充电必须要求在专用的充电硐室中进行。为提高煤矿机器人的续航能力和实用性,研究一种煤矿机器人智能安全充电系统,提出煤矿机器人专用充电硐室构想,设计煤矿机器人井下智能岔轨及硐室内充电技术,系统由煤矿机器人、煤矿机器人移动轨道、煤矿机器人转向用智能岔轨以及硐室内充电桩组成,通过井下巡检机器人专用充电硐室和智能岔轨技术的设计,可实现巡检类机器人井下在轨充电,有利于煤矿机器人井下不间断智能巡检作业。     

煤矿带式输送机巡检机器人关键技术研究

针对带式输送机巡检机器人在煤矿井下的环境适应性、自主快速安全充电、基于音视频分析的带式输送机异常工况智能识别等关键技术问题,阐述了煤矿带式输送机巡检机器人系统总体设计;设计了一种模块化、两节车厢挂载式巡检机器人本体及吊挂单轨式、滚轮与链轮链条混合驱动的巡检机器人行走机构,可适应煤矿井下输送带运输复杂环境;提出了煤矿井下电—机—电能量转换充电方法,设计了基于鼓形齿的充电自动对接机构,可实现巡检机器人在煤矿井下自主快速安全充电,满足井下远距离巡检需求;提出了基于托辊运转的声压1/3倍频程谱及声品质尖锐度特征指标的托辊故障识别方法,针对井下多粉尘、浓雾气、低照度场景下视频质量差导致视频识别难的问题,提出了自适应图像增强算法框架,增强图像质量,在此基础上,基于目标轮廓先验知识,构建深度神经网络模型,实现煤矿井下人员、煤流、带面异物、带面损伤等特征不显著目标的视频智能识别,提高带式输送机巡检机器人智能化水平。对带式输送机巡检机器人样机及带式输送机异常工况音视频样本进行了验证测试,结果表明：巡检机器人最小转弯半径1 m,在负重220 kg、巡检速度0.4 m/s的情况下,可在角度为20°的坡道上平...     

煤矿机器人电气安全技术研究

研究了煤矿机器人必须要解决的动力、蓄电池防爆及充电安全等问题,并提出解决方案。提出通过限制蓄电池容量,增加防止过充、过放、过载、过热等保护,可以将免维护铅酸蓄电池放置在隔爆外壳内,用于煤矿井下爆炸性环境。提出煤矿机器人蓄电池宜采用隔爆型防爆型式。提出采用隔爆型防爆型式的锂离子蓄电池,应限制隔爆外壳内蓄电池容量,并根据隔爆外壳内锂离子蓄电池容量,提高隔爆外壳的耐爆和不传爆性能。提出难以建设机器人专用充电硐室的矿井,可设置机器人充电舱;煤矿机器人充电舱宜采用钢材制成,设置在进风巷和机器人作业区域内;机器人充电舱内必须设置灭火器材和甲烷传感器。提出煤矿机器人蓄电池有线充电宜采用隔爆型充电装置;隔爆型充电装置和隔爆蓄电池,在对接、充电和分离状态均应保证形成独立的隔爆腔;在对接、充电和分离状态均有独立的安全闭锁机构,确保充电接口未可靠连接和充电隔爆腔未形成前,机器人及其充电装置的充电接口不带电。提出煤矿机器人蓄电池井下无线充电,会在周边金属物体上感生电动势,引爆电雷管,较高的感生电动势将会放电,会引起瓦斯爆炸和火灾;单点小功率、多点分散无线充电,不但要考核单一充电点的本质安全防爆性能,还要考核邻近多点的功率和能量叠加;提出不得将较大功率定向充电天线正对固定岗位操作工。     

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。     

井下轨道式通风检测机器人研究与设计

通风系统是煤矿井下重要的生命保障屏障,井下的空气中含有爆炸性及对人体有害的气体,传统做法是人工主动检测,这就导致了监测数据的不稳定和不精准。研究了一种煤矿井下通风检测机器人,对其结构进行设计,并且采用九点测风的方法对机器人的路径及行走速度进行了计算实现,保证了机器人能够在巷道中对巷道中的风速、温度、气体含量等参数进行收集,为通风系统的高效安全运行提供基础保障。     

基于ADAMS的井下测风机器人运动仿真分析

煤矿开采过程中需要对巷道中的气体环境进行检测,保证井下工作人员的安全。井下测风机器人能够代替人工实现对井下通风系统中的各项参数进行实时监控。对井下测风机器人进行三维建模,将模型导入到ADAMS中,分析测风机器人在轨道上的稳定性与可靠性,为井下机器人的开发使用提供理论基础。     

矿井灾害信息探测机器人的设计与运动学分析

针对煤矿井下复杂的灾后地理环境,设计了可沿顶板工字钢轨道行走的矿井信息探测机器人试验平台,以探索灾后井下信息采集。利用D-H参数法建立了信息探测机器人的运动学理论模型,并通过Pro/E建模仿真模拟了该机器人沿不同倾斜度轨道行走的运动状况。通过理论与模拟结果对比,证实了所建运动学理论模型的正确及有效性,说明了该机器人的结构设计合理,该研究对矿井灾害信息探测机器人的研发具有指导意义。     

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。     

柔性轨道式环境巡检机器人设计原理与试验

针对煤矿井下特种巡检机器人运动受限于三维环境重建和非结构环境运动轨迹规划等关键技术问题,设计了一种固定柔性轨道式悬挂巡检机器人平台。采用模块化思想设计出防爆多轮悬挂式巡检机器人本体结构;通过理论计算分析多行走轮与多驱动轮情况下机器人在柔性轨道上的驱动能力,建立多轮牵引力数学模型,并根据多轮牵引力数学模型获取水平柔性轨道与给定爬坡角轨道下机器人的具体驱动能力参数,根据所获取的驱动能力参数观察多行走轮与多驱动轮下牵引力的存在形式,最终选择双轮双驱的机器人行走方式。对异侧驱动模块安装方式进行仿真试验,对同侧异轴及异侧异轴驱动模块安装方式进行实物试验。结果表明：采用双轮双驱的行走方式可保证巡检机器人良好的水平行走能力及爬坡能力,其中质量20 kg机器人的坡度角可达25°;异侧异轴驱动模块安装机器人绕运动方向的最大摆角绝对值为2°,同侧异轴驱动模块安装机器人绕运动方向的最大摆角绝对值为5.82°,双轮双驱中驱动模块异侧安装可降低机器人机身的摆动,但是异侧异轴及异侧同轴安装方式并不能消除机身摆动。该机器人在满足基本巡检功能外可提高非结构井下环境的适应性,可增强井下布控的灵活性,降低轨道铺设及回收投...     

轨道式巡检机器人系统设计与应用

详细介绍了轨道式巡检机器人系统的硬件组成,讨论了巡检机器人数据采集系统的功能与结构,介绍了控制系统的软件设计方法。叙述了一种巡检机器人用充电器闭锁装置,它可以对井下机器人进行充电,延长工作时间。该机器人系统可以取代人工检测、能及时发现故障,为带式输送机和其他设备的安全运行提供了可靠的保障。     

煤矿井下搜救探测机器人及其控制系统设计

针对煤矿井下矿难发生后的复杂环境,设计了一种新型的煤矿井下搜救探测机器人运动装置及其控制系统。文章对此系统的运动功能、硬件配置和软件设计进行了讨论。此装置机构设计合理,具有较强的通过性和自主环境适应能力,控制系统采用分层结构,环境感知能力强,实时性好,控制精度高,可以实现对机器人精确、灵活的控制,具有广阔的应用前景。     

煤矿机器人检测检验技术发展趋势 及存在的问题

分析了煤矿井下机器人检测检验技术国内外现状及发展趋势,针对煤矿机器人提出需进一步研究组合型防爆安全检测检验技术,并应引入基于仿真分析对机器人爬坡、越障、防爆结构设计合理性及环境适应性的检测评估技术,急需搭建井下应急救援环境实验室,开展煤矿机器人环境适应能力实验与分析,通过大量实验对煤矿机器人动力电源充电安全性进行验证,同时应加快煤矿机器人检测检验标准或规范的制定,更有效地对煤矿机器人性能、指标、工作及贮存条件等进行管控。     

煤矿巡检机器人自主导航轨迹纠偏控制研究

针对煤矿巡检机器人在井下运行中位置不准、导航轨迹偏差大和易受外部干扰等问题,通过分析煤矿巡检机器人的运动情况,结合巡检机器人的运动学和动力学模型,提出一种基于RBF神经网络的煤矿巡检机器人自主导航轨迹纠偏控制器,提高煤矿巡检机器人轨迹纠偏精度和自调节能力,提升自主导航运行控制的实时快速响应性。实验仿真表明,与传统PID控制器进行对比,所提出的控制系统具有实时性和有效性,有益于提高煤矿井下巡检机器人的工作效率,提升智能化程度。     

煤矿井下单轨吊车蓄电池智能充电系统设计

针对煤矿井下蓄电池充电系统的不足,设计了基于改进型变电压间歇快速充电法的蓄电池单轨吊车智能充电系统。该充电系统集成于机车内,与整机控制系统共享一块ARM芯片,经试验验证,具有成本低、效率高、能有效延长蓄电池使用寿命等优点。     

基于MPC的煤矿巡检机器人轨迹跟踪技术研究

针对履带式煤矿巡检机器人在井下自动行走过程中与实际轨迹偏差大且易受外部环境干扰等问题,通过分析履带式煤矿巡检机器人的运动学和误差模型,设计了基于模型预测控制（MPC）的轨迹跟踪控制器。仿真结果表明,与传统PID控制器相比,所提出的控制系统具有更好的实时性和有效性,提高了轨迹跟踪精度和纠偏调节能力,保证了机器人能够准确快速地到达预定位置。从而有利于提升煤矿巡检机器人的工作效率,推进煤矿智能开采水平。     

矿用轨道式自动测风机器人研究与设计

由于煤矿井下人工对巷道风速、风量和气体浓度检测的繁琐性和不精确性,容易造成通风系统决策错误导致安全事故发生。针对上述问题,研究设计了一种矿用轨道式自动测风机器人系统,论述了轨道式自动测风机器人的结构组成和九点精确定位检测方法,对测风机器人的硬件系统和软件系统进行设计。该机器人系统可实现巷道通风参数自动采集,为矿井通风安全提供有效保障。     

钢丝绳牵引轨道巡检机器人现场应用与分析

为解决煤矿井下胶带运输系统的巡检问题,研发了一套钢丝绳牵引轨道巡检机器人系统。该系统利用PLC和变频器控制箱,通过电机牵引钢丝绳,实现机器人沿轨道往返移动进行巡检。详细介绍了钢丝绳牵引轨道巡检机器人系统的组成和功能,通过典型实例,总结分析了巡检机器人巡检效果。应用结果表明,该巡检机器人系统实用性强,对智能化矿山建设具有重要意义。     

煤矿井下水仓清理机器人系统设计与应用

为解决人工清理煤矿水仓时存在的工作强度大、危险系数高、工作效率低等问题,提出了以水仓清理机器人取代人工对水仓进行清理,从而降低清仓工人的工作强度与风险的思路。研发一种水仓清理机器人系统,该系统集煤泥自主挖掘、脱水与运输于一体,实现煤矿井下水仓煤泥及时高效清理,文章详细介绍该系统组成、原理及功能,并通过使用案列分析水仓清理机器人的清仓效果。应用结果表明,该水仓清理机器人系统适合煤矿井下水仓煤泥的清理工作,对实现煤矿智能化建设具有重要意义。     

基于高熵控制系统的矿井下载运机器人模型的研制

针对井下行走机器人提出了一种高熵控制系统解决方案。在拟定实验环境下加入大数据云计算处理,通过多对传感器检测的红外环境信息,追踪目标物体,达到无轨道履带式行走的目标。经Matalab仿真实验与实体测试,优化了行走效果,进一步为后续矿井内无人载物运行系统的开发打下坚实的基础。