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。     

煤矿用双机驱动型吊轨式巡检机器人设计

煤矿领域人工巡检存在检测项目单一、效率低以及工作量大等难题,智能巡检机器人能够替代人工巡检,提升巡检时效性,符合智慧矿山建设需求。研究一种双机驱动型吊轨式巡检机器人,采用本质安全型防爆设计方法,对行走机构提出合理化结构并提出设计方法。对巡检机器人控制系统硬件功能进行分析,丰富机器人巡检功能。对巡检机器人轨道吊装进行创新性设计,减少现场施工量。通过机器人试制验证提出的结构及设计方法可行性,为煤矿用吊轨式巡检机器人设计提供思路。     

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。     

基于功能分析的带式输送机自动巡检机器人设计

带式输送机具有长距离连续运输等优点,成为运输煤炭等矿山物料的重要设备。在长时间连续运行过程中,带式输送机关键部件的性能退化会引发输送带打滑、跑偏和断带等故障,迫切需要对其工作状态进行实时监测。针对传统带式输送机自动巡检系统上下坡驱动打滑、平稳性差等问题,设计了一种基于轨道摩擦和齿轮齿条啮合混合驱动的自动巡检机器人。基于功能分析,设计了巡检机器人的总体方案,提出了水平运动时采用行走轮和轨道的摩擦式驱动和上下坡运动时采用齿轮齿条啮合驱动的两阶段驱动方式,增加了巡检机器人的爬坡能力,避免了传统巡检装置存在的上下坡打滑的不足。考虑到带式输送机恶劣的巡检工况,详细设计了巡检机器人的驱动系统和行走系统等机械结构,并采用Creo软件建立了巡检机器人的三维模型。针对巡检机器人的控制系统实现的功能,完成了巡检机器人的控制系统硬件选型和控制系统程序的流程图设计,并计算出巡检机器人的续航时间。采用ANSYS软件对底板和托架进行了有限元分析,完成了底板轻量化设计并对底板和托架的强度进行了校核分析。采用ADAMS软件对巡检机器人的运动过程进行了仿真分析,运动学仿真结果表明：巡检机器人能够顺利实现水平运动和上下坡...     

智能巡检机器人传感与控制系统研究与设计

针对传统巡检工作中存在的劳动强度大、巡检效率低等问题,煤矿巡检领域中机器人技术运用得到快速发展。介绍了煤矿机器人的概念及其发展,指出了智能巡检机器人对煤矿安全生产的重要意义,详细阐述了智能巡检机器人的系统组成及关键技术,并重点剖析了其智能传感及控制系统的设计。智能巡检机器人不仅具备对设备进行巡查、异常情况识别、报警等常规巡检机器人的能力,且还能结合煤矿开采环境进行特殊性作业,保障巡检工作的高效率。     

煤矿井下瓦斯智能巡检机器人系统的研究与设计

针对当前煤矿井下瓦斯巡检作业依赖人员操作和固定探头感知存在的自动化程度低和灵活机动性差等问题,设计了一种煤矿井下瓦斯智能巡检机器人系统(以下简称机器人系统),介绍了机器人系统的总体设计,并对机器人系统的本体机构设计、控制系统设计以及信息与通信系统设计进行了详细的介绍。测试结果表明,该机器人系统能够满足复杂巡检工况地形的越障要求,能够完成煤矿井下环境中瓦斯的实时精准监测。     

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。     

轮履复合巡检机器人行走机构设计与研究

基于对煤矿巡检工作的需求,提出一种轮履复合巡检机器人行走机构的设计方案,以代替煤矿人工巡检工作,该机器人具备轮式和履带2种运动模式,可以在复杂的地面环境工作。运用SolidWorks建立轮履复合巡检机器人的三维结构模型,同时运用稳定锥法对机器人进行了稳定性分析,并且对机器人的越障能力进行了分析,为其实体结构设计提供了理论依据。     

基于多轮驱动同步控制系统的矿用巡检机器人设计

针对煤矿巡检机器人多轮驱动同步控制的需求，提出一种基于CANopen通信协议的四电机同步控制方法。根据巡检机器人控制系统的设计指标，选用ECi52直流伺服电机以及EPOS4驱动器，设计了以ARM Cortex-A8处理器为核心的机器人同步控制系统软、硬件模块。系统控制程序基于Linux操作系统，利用多线程并发执行技术，通过有名管道和消息队列进行线程间的数据通信，保证了控制的可靠性与实时性。现场应用表明：系统软件运行可靠，基于CANopen通信协议的四电机同步控制系统实现了巡检机器人的同步控制，满足设计要求。     

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。     

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。     

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...     

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。     

矿用巡检机器人系统设计与研究

针对现有煤矿井下轨道式带式输送机巡检机器人续航里程短、爬坡困难等问题,设计了一种轨道和钢丝绳牵引结合的行走机构。首先根据巡检机器人技术要求,对巡检机器人进行了总体方案研究,然后设计了巡检机器人结构、行走机构、轨道安装和数据采集模块。在ADAMS软件中建立了巡检机器人虚拟样机模型,并对其在水平和倾斜两种运动状态的位移变化进行了仿真。该机器人在水平沿轨道方向能够稳定运行|在竖直方向和水平侧摆方向有轻微的波动,但均满足要求|最后搭建了数据采集与传输模块,并对室内环境信息采集测试。结果表明：数据采集与传输模块能够稳定正常工作。因此,该机器人能够为煤矿井下设备运行状态监测提供参考。     

矿用带式输送机巡检机器人控制系统设计与实现

针对煤矿井下带式输送机出现事故不能及时发现的问题,设计并研制了一种矿用带式输送机巡检机器人系统,介绍了带式输送机巡检机器人系统的组成和功能,详细论述了巡检机器人控制系统的结构和程序控制方法,该系统可实时采集带式输送机运行中的各种数据和环境信息,及时发现带式输送机工作过程中产生的问题并报警处理,为带式输送机安全生产提供保障,减轻巡检人员的负担。     

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。     

矿井复杂危险环境侦测机器人研究应用

针对煤矿井下信息采集手段有限,风声事故后给救援工作带来困难的问题,结合防爆技术和机器人技术,研究设计了一款煤矿巡检侦察机器人,详细论述了煤矿巡检侦察机器人系统组成和工作原理,介绍了机器人软件系统设计方法,并在煤矿井下进行了相关试验。实际应用表明,该机器人负载能力大,越障能力强,适应复杂环境和地形,可代替人工进行煤矿探查,作业效率高。     

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。     

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。     

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。