單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人研究設(shè)計(jì)

黎思奇 劉枝峰

摘要：一直以來，煤礦生產(chǎn)的安全指數(shù)備受社會(huì)與人民的關(guān)注，而煤礦生產(chǎn)的安全指數(shù)取決于煤礦生產(chǎn)所處的環(huán)境及煤礦生產(chǎn)所使用的設(shè)備。由于目前市面上的檢測(cè)煤礦技術(shù)不夠全面，以至于無法保證煤礦生產(chǎn)的安全指數(shù)在安全的區(qū)間內(nèi)波動(dòng)。正是有了可靠性較高的機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)，煤礦生產(chǎn)的安全指數(shù)多了一種檢測(cè)方式，保障了帶式輸送機(jī)更高效、更穩(wěn)定、更安全的運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，本文研究設(shè)計(jì)了一種用于井工煤礦的單軌懸掛式巡檢機(jī)器人，使用特有的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，確保煤礦生產(chǎn)環(huán)境的安全與生產(chǎn)設(shè)備的高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī);巡檢;機(jī)器人

前言：

帶式輸送機(jī)作為煤礦生產(chǎn)必不可少的運(yùn)輸機(jī)械，最常見的就是在井下作業(yè)工作中和洗煤廠的工作中。就我國目前的帶式輸送機(jī)巡檢方式來說，一般以人工巡檢為主，而人工巡檢不僅工作難度大，工作效率也不高，檢測(cè)的數(shù)據(jù)浮動(dòng)范圍過大。在我國煤礦事業(yè)使用的檢測(cè)系統(tǒng)中，大都無法克服輸送機(jī)傳送距離長、監(jiān)控范圍廣等特點(diǎn)。為了促進(jìn)我國智能檢測(cè)技術(shù)的提高，有必要對(duì)煤礦檢測(cè)中的單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。一方面強(qiáng)化煤礦生產(chǎn)巡檢工作的工作效率，另一方面可以有效預(yù)防帶式輸送機(jī)運(yùn)作過程中發(fā)生事故。

1.??? 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1? 硬件組成

在煤礦生產(chǎn)中，單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人的硬件組成有傳動(dòng)部分、信號(hào)采集部分和數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控部分。通過這三大部分的協(xié)調(diào)運(yùn)作，充分發(fā)揮無線充電技術(shù)、無線感應(yīng)技術(shù)、無線數(shù)傳技術(shù)，及時(shí)準(zhǔn)確的判斷、檢測(cè)煤礦巷道內(nèi)不同類型的故障。打破人工檢測(cè)的局限性，高效分析、處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，達(dá)到實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確預(yù)判緊急事故發(fā)生的效果。

1.1.1????? 傳動(dòng)部分

單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人硬件組成中的傳動(dòng)部分主要是把動(dòng)力裝置產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成工作機(jī)械中的動(dòng)能。其轉(zhuǎn)化裝置主要包括了初始驅(qū)動(dòng)裝置、制止裝置、懸吊單軌[1]。由初始驅(qū)動(dòng)裝置的啟動(dòng)使機(jī)器人本體在懸吊單軌上來回作業(yè)，以至于實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)控帶式輸送機(jī)的有效信息。

1.1.2????? 信號(hào)采集部分

單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人硬件組成中的信號(hào)采集部分主要通過內(nèi)部傳感器，來主動(dòng)收集各種類型信號(hào)的。最終把收集到的各類信息向信號(hào)中心如實(shí)傳送。信號(hào)采集部分由特種機(jī)器人本體、專用高靈敏度紅外線溫度傳感器、礦用膠帶機(jī)煙霧傳感器、高抗噪聲音采集器和專用高清防爆攝像機(jī)組成。在對(duì)信號(hào)的采集過程中，各個(gè)零部件缺一不可。

1.1.3????? 數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控部分

在單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人硬件組成中，數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控部分主要通過DDN、2M、以太網(wǎng)等傳輸途徑，把采集的信號(hào)傳達(dá)給檢測(cè)監(jiān)控中心，從而達(dá)到監(jiān)控效果。在這過程中，需要無線基站井下交換機(jī)、井下監(jiān)控終端、地面控制中心監(jiān)控終端、地面控制中心交換機(jī)等協(xié)調(diào)配合。數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控部分是巡檢機(jī)器人硬件組成的核心，只有保持傳輸、監(jiān)控部分的完整性，檢測(cè)工作才能順利進(jìn)行。

1.2? 機(jī)器人裝置設(shè)計(jì)

在對(duì)單軌懸掛式巡檢機(jī)器人裝置的設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)了特種機(jī)器人本體、特種機(jī)器人本體專用傳感器、錄像裝置等主導(dǎo)裝置。而特種機(jī)器人本體又包括對(duì)接線腔、主控腔和電池腔的設(shè)計(jì)，使主控箱與電池腔串聯(lián)，在電池腔內(nèi)設(shè)計(jì)專門的電池，為主控箱持續(xù)供電。特種機(jī)器人本體專用傳感器就是要打破應(yīng)用環(huán)境、數(shù)據(jù)處理、通信協(xié)議的差異性，實(shí)現(xiàn)信息共享。錄像裝置主要零部件有液晶顯示屏、控制裝置、成像設(shè)備等，一一對(duì)應(yīng)著提取圖像信息、增加圖像聚焦、捕捉影像工作的進(jìn)行。

1.3? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單軌懸掛式巡檢機(jī)器人的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有高級(jí)錄像設(shè)備，比如可自動(dòng)化清潔的防爆攝像機(jī);靈敏度強(qiáng)的傳感設(shè)備，比如專用煙霧傳感器、專用溫度傳感器、專用濕度傳感器。這些設(shè)計(jì)主要使單軌懸掛式巡檢機(jī)器人在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，擴(kuò)大檢測(cè)錄像范圍，全面采集煙霧、溫度、濕度、音質(zhì)、動(dòng)態(tài)圖像等數(shù)據(jù)，同時(shí)還要檢測(cè)到帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度[2]。其次，利用模擬信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)高效處理信息的資料庫，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的篩選后壓縮處理，為地面控制中心輸送高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

2.??? 機(jī)器人軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? 程序設(shè)計(jì)

單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)軟件在西門子S7-200PLC的基礎(chǔ)上得以開發(fā)，按照效果顯著性來區(qū)分，其系統(tǒng)軟件可分為控制本體驅(qū)動(dòng)運(yùn)行部分、控制音頻、錄像部分、控制帶式輸送機(jī)速率部分和控制程序截止部分[3]。在這四大部分的組成、調(diào)配下，呈現(xiàn)出完整的特種機(jī)器人主控系統(tǒng)流程，如圖1。

2.2? 機(jī)器人系統(tǒng)功能

2.2.1????? 環(huán)境數(shù)據(jù)采集功能

帶式輸送機(jī)在操作、作業(yè)的時(shí)候，由懸吊單行軌道與機(jī)器人裝置的摩擦力驅(qū)動(dòng)，使得機(jī)器人裝置來回運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人本體上的機(jī)械設(shè)備開啟檢測(cè)模式，配備的錄像裝置開始錄像，發(fā)揮環(huán)境數(shù)據(jù)采集功能。在發(fā)揮環(huán)境數(shù)據(jù)采集功能后，還對(duì)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)化儲(chǔ)存，傳輸?shù)矫旱V管理人員的儲(chǔ)存硬盤，便于煤礦管理部門根據(jù)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)礦山管理采取相應(yīng)措施。

2.2.2????? 故障報(bào)警功能

在所設(shè)計(jì)的機(jī)器人系統(tǒng)中，具有故障報(bào)警功能的。在地面控制系統(tǒng)的操控下，機(jī)器人傳輸?shù)膶?shí)時(shí)檢測(cè)信息可以被自主性判別，一旦信息安全指數(shù)不在安全區(qū)間內(nèi)，警報(bào)系統(tǒng)便啟動(dòng)警報(bào)。待安全員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查工作后，方可解除警報(bào)，帶式輸送機(jī)恢復(fù)工作狀態(tài)。

3結(jié)語

總的來說，單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)，是井工煤礦事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。通過機(jī)器巡檢，不僅保障了礦產(chǎn)安全開采工作，也能提高煤礦生產(chǎn)效率。本文介紹的機(jī)器人系統(tǒng)，可以如實(shí)的反饋帶式輸送機(jī)作業(yè)情況，及時(shí)提醒作業(yè)安全問題，提高帶式輸送機(jī)的安全可靠性。為了我國礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)，應(yīng)該加大單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人研究設(shè)計(jì)，排除資源使用過程中的安全隱患問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 歐陽愛國.邵福.舒盛榮等.一種單軌懸掛式采茶機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及通風(fēng)管流場(chǎng)仿真分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（20）：236-240.

[2]?? 魏彬彬.綜掘機(jī)履帶牽引電纜裝置的研制與應(yīng)用[J].煤，2019，028（002）：38-39.

[3]?? 胡步毛.潘妍.魯昭.我國首條懸掛式單軌試驗(yàn)線建設(shè)實(shí)踐[J].都市快軌交通，2019，32（01）：48-52.

黎思奇 劉枝峰

摘要：一直以來，煤礦生產(chǎn)的安全指數(shù)備受社會(huì)與人民的關(guān)注，而煤礦生產(chǎn)的安全指數(shù)取決于煤礦生產(chǎn)所處的環(huán)境及煤礦生產(chǎn)所使用的設(shè)備。由于目前市面上的檢測(cè)煤礦技術(shù)不夠全面，以至于無法保證煤礦生產(chǎn)的安全指數(shù)在安全的區(qū)間內(nèi)波動(dòng)。正是有了可靠性較高的機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)，煤礦生產(chǎn)的安全指數(shù)多了一種檢測(cè)方式，保障了帶式輸送機(jī)更高效、更穩(wěn)定、更安全的運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，本文研究設(shè)計(jì)了一種用于井工煤礦的單軌懸掛式巡檢機(jī)器人，使用特有的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，確保煤礦生產(chǎn)環(huán)境的安全與生產(chǎn)設(shè)備的高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī);巡檢;機(jī)器人

前言：

帶式輸送機(jī)作為煤礦生產(chǎn)必不可少的運(yùn)輸機(jī)械，最常見的就是在井下作業(yè)工作中和洗煤廠的工作中。就我國目前的帶式輸送機(jī)巡檢方式來說，一般以人工巡檢為主，而人工巡檢不僅工作難度大，工作效率也不高，檢測(cè)的數(shù)據(jù)浮動(dòng)范圍過大。在我國煤礦事業(yè)使用的檢測(cè)系統(tǒng)中，大都無法克服輸送機(jī)傳送距離長、監(jiān)控范圍廣等特點(diǎn)。為了促進(jìn)我國智能檢測(cè)技術(shù)的提高，有必要對(duì)煤礦檢測(cè)中的單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。一方面強(qiáng)化煤礦生產(chǎn)巡檢工作的工作效率，另一方面可以有效預(yù)防帶式輸送機(jī)運(yùn)作過程中發(fā)生事故。

1.??? 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1? 硬件組成

在煤礦生產(chǎn)中，單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人的硬件組成有傳動(dòng)部分、信號(hào)采集部分和數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控部分。通過這三大部分的協(xié)調(diào)運(yùn)作，充分發(fā)揮無線充電技術(shù)、無線感應(yīng)技術(shù)、無線數(shù)傳技術(shù)，及時(shí)準(zhǔn)確的判斷、檢測(cè)煤礦巷道內(nèi)不同類型的故障。打破人工檢測(cè)的局限性，高效分析、處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，達(dá)到實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確預(yù)判緊急事故發(fā)生的效果。

1.1.1????? 傳動(dòng)部分

單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人硬件組成中的傳動(dòng)部分主要是把動(dòng)力裝置產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成工作機(jī)械中的動(dòng)能。其轉(zhuǎn)化裝置主要包括了初始驅(qū)動(dòng)裝置、制止裝置、懸吊單軌[1]。由初始驅(qū)動(dòng)裝置的啟動(dòng)使機(jī)器人本體在懸吊單軌上來回作業(yè)，以至于實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)控帶式輸送機(jī)的有效信息。

1.1.2????? 信號(hào)采集部分

單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人硬件組成中的信號(hào)采集部分主要通過內(nèi)部傳感器，來主動(dòng)收集各種類型信號(hào)的。最終把收集到的各類信息向信號(hào)中心如實(shí)傳送。信號(hào)采集部分由特種機(jī)器人本體、專用高靈敏度紅外線溫度傳感器、礦用膠帶機(jī)煙霧傳感器、高抗噪聲音采集器和專用高清防爆攝像機(jī)組成。在對(duì)信號(hào)的采集過程中，各個(gè)零部件缺一不可。

1.1.3????? 數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控部分

在單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人硬件組成中，數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控部分主要通過DDN、2M、以太網(wǎng)等傳輸途徑，把采集的信號(hào)傳達(dá)給檢測(cè)監(jiān)控中心，從而達(dá)到監(jiān)控效果。在這過程中，需要無線基站井下交換機(jī)、井下監(jiān)控終端、地面控制中心監(jiān)控終端、地面控制中心交換機(jī)等協(xié)調(diào)配合。數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控部分是巡檢機(jī)器人硬件組成的核心，只有保持傳輸、監(jiān)控部分的完整性，檢測(cè)工作才能順利進(jìn)行。

1.2? 機(jī)器人裝置設(shè)計(jì)

在對(duì)單軌懸掛式巡檢機(jī)器人裝置的設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)了特種機(jī)器人本體、特種機(jī)器人本體專用傳感器、錄像裝置等主導(dǎo)裝置。而特種機(jī)器人本體又包括對(duì)接線腔、主控腔和電池腔的設(shè)計(jì)，使主控箱與電池腔串聯(lián)，在電池腔內(nèi)設(shè)計(jì)專門的電池，為主控箱持續(xù)供電。特種機(jī)器人本體專用傳感器就是要打破應(yīng)用環(huán)境、數(shù)據(jù)處理、通信協(xié)議的差異性，實(shí)現(xiàn)信息共享。錄像裝置主要零部件有液晶顯示屏、控制裝置、成像設(shè)備等，一一對(duì)應(yīng)著提取圖像信息、增加圖像聚焦、捕捉影像工作的進(jìn)行。

1.3? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單軌懸掛式巡檢機(jī)器人的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有高級(jí)錄像設(shè)備，比如可自動(dòng)化清潔的防爆攝像機(jī);靈敏度強(qiáng)的傳感設(shè)備，比如專用煙霧傳感器、專用溫度傳感器、專用濕度傳感器。這些設(shè)計(jì)主要使單軌懸掛式巡檢機(jī)器人在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，擴(kuò)大檢測(cè)錄像范圍，全面采集煙霧、溫度、濕度、音質(zhì)、動(dòng)態(tài)圖像等數(shù)據(jù)，同時(shí)還要檢測(cè)到帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度[2]。其次，利用模擬信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)高效處理信息的資料庫，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的篩選后壓縮處理，為地面控制中心輸送高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

2.??? 機(jī)器人軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? 程序設(shè)計(jì)

單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)軟件在西門子S7-200PLC的基礎(chǔ)上得以開發(fā)，按照效果顯著性來區(qū)分，其系統(tǒng)軟件可分為控制本體驅(qū)動(dòng)運(yùn)行部分、控制音頻、錄像部分、控制帶式輸送機(jī)速率部分和控制程序截止部分[3]。在這四大部分的組成、調(diào)配下，呈現(xiàn)出完整的特種機(jī)器人主控系統(tǒng)流程，如圖1。

2.2? 機(jī)器人系統(tǒng)功能

2.2.1????? 環(huán)境數(shù)據(jù)采集功能

帶式輸送機(jī)在操作、作業(yè)的時(shí)候，由懸吊單行軌道與機(jī)器人裝置的摩擦力驅(qū)動(dòng)，使得機(jī)器人裝置來回運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人本體上的機(jī)械設(shè)備開啟檢測(cè)模式，配備的錄像裝置開始錄像，發(fā)揮環(huán)境數(shù)據(jù)采集功能。在發(fā)揮環(huán)境數(shù)據(jù)采集功能后，還對(duì)采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)化儲(chǔ)存，傳輸?shù)矫旱V管理人員的儲(chǔ)存硬盤，便于煤礦管理部門根據(jù)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)礦山管理采取相應(yīng)措施。

2.2.2????? 故障報(bào)警功能

在所設(shè)計(jì)的機(jī)器人系統(tǒng)中，具有故障報(bào)警功能的。在地面控制系統(tǒng)的操控下，機(jī)器人傳輸?shù)膶?shí)時(shí)檢測(cè)信息可以被自主性判別，一旦信息安全指數(shù)不在安全區(qū)間內(nèi)，警報(bào)系統(tǒng)便啟動(dòng)警報(bào)。待安全員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查工作后，方可解除警報(bào)，帶式輸送機(jī)恢復(fù)工作狀態(tài)。

3結(jié)語

總的來說，單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)，是井工煤礦事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。通過機(jī)器巡檢，不僅保障了礦產(chǎn)安全開采工作，也能提高煤礦生產(chǎn)效率。本文介紹的機(jī)器人系統(tǒng)，可以如實(shí)的反饋帶式輸送機(jī)作業(yè)情況，及時(shí)提醒作業(yè)安全問題，提高帶式輸送機(jī)的安全可靠性。為了我國礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)，應(yīng)該加大單軌懸掛式膠帶輸送機(jī)巡檢機(jī)器人研究設(shè)計(jì)，排除資源使用過程中的安全隱患問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 歐陽愛國.邵福.舒盛榮等.一種單軌懸掛式采茶機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及通風(fēng)管流場(chǎng)仿真分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（20）：236-240.

[2]?? 魏彬彬.綜掘機(jī)履帶牽引電纜裝置的研制與應(yīng)用[J].煤，2019，028（002）：38-39.

[3]?? 胡步毛.潘妍.魯昭.我國首條懸掛式單軌試驗(yàn)線建設(shè)實(shí)踐[J].都市快軌交通，2019，32（01）：48-52.