帶式輸送機自動巡檢機器人的應(yīng)用研究

李子江

（晉能控股裝備制造集團金鼎山西煤機有限責(zé)任公司皮帶機制造分公司， 山西 晉城 048000）

引言

帶式輸送機是一種在煤礦井下運輸物料的常用設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行經(jīng)濟性好的優(yōu)點，隨著井下物料運輸需求的不斷提高，目前的輸送機系統(tǒng)均朝著長距離、大運量、高帶速方向發(fā)展，因此對其運行過程中的穩(wěn)定性提出了更高的要求。由于輸送機系統(tǒng)的使用環(huán)境惡劣，在運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)輸送帶的跑偏、輸送帶打滑、輸送帶撕裂、托輥組卡死等異常，給井下的物料輸送安全帶來了極大的隱患。目前多數(shù)煤礦主要是在井下設(shè)置專人對輸送機的運行狀態(tài)進行巡查，確保輸送機運行安全，但由于輸送機運行范圍廣，井下環(huán)境惡劣，人工巡查的難度極大，故障檢出率極低，已經(jīng)無法滿足井下物料運輸?shù)陌踩孕枨蟆?/p>

本文提出了一種新的帶式輸送機自動巡檢機器人，其集成了故障監(jiān)測、環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析處理等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)沿輸送機軌道的自動運行和故障監(jiān)測，有效解決了傳統(tǒng)人工巡查方案所存在的效率低、可靠性差的問題，根據(jù)實際應(yīng)用表明該輸送機自動巡查機器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動巡檢、故障識別、自動報警，將輸送機運行故障檢出率提升了88.7%，初步實現(xiàn)了井下輸送機運行的無人值守，具有較大的應(yīng)用推廣價值。

1 巡檢機器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合帶式輸送機的實際使用環(huán)境和常見故障類別，要求自動巡檢機器人能夠沿著輸送機系統(tǒng)無障礙運行，同時能夠?qū)斔蜋C運行狀態(tài)快速識別和判斷，及時鎖定故障位置和分析故障類型，滿足快速預(yù)警的需求，因此本文所提出的帶式輸送機自動巡檢機器人主要包括了運行軌道、機器人本體、運行控制中心三個部分，其整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

圖1 自動巡檢機器人整體結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，該巡檢機器人的運行軌道主要包括了軌道支架、運行驅(qū)動機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)、張緊機構(gòu)和行走機構(gòu)等，巡視機器人本體主要包括了防爆外殼、攝像機構(gòu)等，滿足在巡檢過程中的可靠性需求，巡檢機器人的控制系統(tǒng)主要用于對機器人的運行軌跡、運行速度、數(shù)據(jù)處理等進行集中控制和處理，滿足智能巡檢和分析的控制需求。

2 巡檢機器人驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

煤礦井下輸送機的工作巷道空間狹小，在空間內(nèi)布置有大量的管路、支架、線纜等，驅(qū)動機器人在運行過程中如果只靠自身的動力電池驅(qū)動則存在著電池包重量大、機器人續(xù)航時間短的不足，若采用傳統(tǒng)的鋼絲繩牽線驅(qū)動模式則會帶來牽引線長、運行過程中和管路、支架纏繞的問題，而且在牽引運動過程中存在著牽引速度不可控、巡檢機器人攝像不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)采集精度差的難題[2]。

因此結(jié)合巡檢機器人的實際驅(qū)動需求，本文提出了一種新的巡檢機器人驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了鋼絲牽引及懸掛軌道相結(jié)合的驅(qū)動模式，其控制結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示[3]。

圖2 巡檢機器人驅(qū)動模式示意圖

由圖2 可知，巡檢機器人設(shè)置在懸掛軌道上，巡檢機器人和牽引鋼絲繩之間設(shè)置有抱鎖機構(gòu)，當(dāng)巡檢機器人運行時，首先由驅(qū)動電機驅(qū)動機器人運行，在軌道上設(shè)置有位置信息卡，便于通過數(shù)據(jù)信息來確定巡檢機器人的運行位置，在輸送機軌道的兩側(cè)設(shè)置有行程開關(guān)，當(dāng)機器人到兩側(cè)后能夠發(fā)出返程信號，實現(xiàn)自動往返巡檢作業(yè)。

3 巡檢機器人控制系統(tǒng)

巡檢控制系統(tǒng)是該巡檢機器人的核心，直接決定了巡檢的可靠性，為了滿足巡檢控制需求，在其控制系統(tǒng)中主要設(shè)定了巡檢速度控制模式，數(shù)據(jù)采集及存儲、發(fā)生功能，異常監(jiān)測及報警功能，電量識別及自主充電功能，從而確保對巡檢機器人運行狀態(tài)的全面監(jiān)測和控制[3]。

在自動巡檢時，系統(tǒng)激活各監(jiān)測模塊和數(shù)據(jù)單元，按照不同的巡航設(shè)定模式開始對輸送機的運行情況進行監(jiān)測，當(dāng)系統(tǒng)接收到異常信息后便立刻啟用異常處理函數(shù)，按照設(shè)定的邏輯對故障類別進行判斷，同時系統(tǒng)自動讀取設(shè)置在輸送機軌道上的位置信息，快速確定巡檢小車的位置，然后將故障和位置信息同步到數(shù)據(jù)控制中心，及時進行故障預(yù)警。

巡檢機器人在運行過程中，系統(tǒng)不間斷地對其電源情況進行監(jiān)測，若電源情況低于閾值則系統(tǒng)自動啟動應(yīng)急模式，中斷機器人的巡檢模式，使其就近進行自動充電，確保巡檢機器人的運行可靠性。巡檢機器人的巡檢異常判斷邏輯如圖3 所示[4]。

圖3 巡檢機器人異常判別邏輯圖

通過對該巡檢機器人的實際應(yīng)用表明，采用新的自動巡檢系統(tǒng)后，能夠?qū)崿F(xiàn)對輸送機運行狀態(tài)和井下環(huán)境情況的實時監(jiān)測和故障預(yù)警，其對輸送機運行時的故障檢出率提升到了88.7%，能快速進行故障定位和報警，實現(xiàn)了井下輸送機運行狀態(tài)的無人監(jiān)督，對提升井下物料輸送安全性和效率具有十分重要的意義。

4 結(jié)論

針對帶式輸送機系統(tǒng)在運行過程中采用人工巡檢方式效率低、人工勞動強度大、故障檢出率不足的現(xiàn)狀，提出了一種新的無纜自動巡檢機器人系統(tǒng)，對該自動巡檢機器人的整體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動控制、運行模式等進行了研究，結(jié)果表明：

1）帶式輸送機自動巡檢機器人主要包括了運行軌道、機器人本體、運行控制中心三個部分，能夠滿足自動巡檢機器人驅(qū)動和監(jiān)測控制需求；

2）新的巡檢機器人驅(qū)動系統(tǒng)采用了鋼絲牽引及懸掛軌道相結(jié)合的驅(qū)動模式，解決了電池續(xù)航能力差以及牽引控制穩(wěn)定性不足的缺陷；

3）在控制系統(tǒng)中主要設(shè)定了巡檢速度控制模式，數(shù)據(jù)采集及存儲、發(fā)生功能，異常監(jiān)測及報警功能，電量識別及自主充電功能，從而確保對巡檢機器人運行狀態(tài)的全面監(jiān)測和控制。

4）輸送機自動巡查機器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動巡檢、故障識別、自動報警，將輸送機運行故障檢出率提升了88.7%，初步實現(xiàn)了井下輸送機運行的無人值守，具有較大的應(yīng)用推廣價值。