一种煤矿自动巡检机器人系统及巡检方法

技术领域

本发明涉及煤矿煤仓巡检技术领域，具体涉及一种煤矿自动巡检机器人系统及巡检方法。

背景技术

在煤炭生产中，需要在煤矿井上、井下的主要运输环节设置各种煤仓，用以缓解各环节生产造成的提升运输不均。

现有煤仓存在如下问题：1)由于储卸煤时仓内粉尘浓度很高，为避免煤尘过密，需要很大的湿度，而这易使仓壁粘上煤粉，煤仓仓壁会积累厚薄不均的煤垢,使得煤仓壁面很粗糙，难以区分煤与仓壁之间的分界线；2)由于各环节生产不均及不同种类煤的自然安息角不等，会导致煤仓煤面出现不同形状；3)煤仓煤位的变化速度也很缓慢，大约几十分钟甚至数小时才会变化1m；4)井下煤仓作为煤矿生产的咽喉，其冒仓(溢出)和空仓(排空)对于安全生产具有更大的威胁。因此，实时准确地监测煤仓煤位是保证安全生产、提高效率的关键；5)井下煤仓还没有任何照明设施，仅靠人眼无法识别煤仓煤位的情况，只能借助辅助光源才能对煤仓情况进行一定了解。上述问题不得以解决难以提高煤炭生产的效率，随着自动化工业的发展，利用机器人实现恶劣环境下负责作业不仅能解放生产力，还能提供生产效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种煤矿自动巡检机器人系统，包括：排水软管、移动导轨、接水槽、清洗烘干机构I、清洗烘干机构II、巡检机器人、吊装轮系、自动门、电动卷线机、电动绞盘；煤仓的顶部端盖上开有落煤口，自动门安装在落煤口处，上下开合，移动导轨、清洗烘干机构I、清洗烘干机构II、电动卷线机、电动绞盘均安装在煤仓顶部端盖上。

所述吊装轮系包括两个定滑轮和一个动滑轮，电动卷线机的绳索穿过吊装轮系中的三个滑轮，巡检机器人安装在动滑轮上，形成调度绞车机构，带动巡检机器人的上下运动，巡检机器人上的线缆通过电动绞盘进行线缆的伸缩，移动导轨安装在落煤口的两侧，接水槽安装在移动导轨上，排水软管安装在接水槽一侧，清洗烘干机I、清洗烘干机II对称安装在落煤口的两侧，且与位于初始位置的巡检机器人处于同一水平线上，保证能对巡检机器人进行清洗、烘干作业。

所述巡检机器人包括外壳和安装在外壳上的本安相机、吊挂机构、红外热成像仪、粉尘传感器、温湿度传感器、有害气体传感器、激光扫描仪。

所述巡检机器人还包括本安播放器、本安语音对讲设备，通过本安播放器实现语音播报功能，通过本安语音对讲设备实现对讲功能。

一种煤矿自动巡检方法，基于所述的一种煤矿自动巡检机器人系统实现，所述方法包括：

当需要巡检机器人下到煤仓内时，控制自动门打开，控制电动卷线机运转，带动吊装轮系中的动滑轮向下运动，巡检机器人被下放到煤仓内进行巡检工作；

当巡检结束后，巡检机器人上升到落煤口上方的初始位置时，控制自动门关闭，接水槽通过移动导轨，移动至巡检机器人的正下方，清洗烘干机构I、清洗烘干机II开始向巡检机器人喷水进行清洗，清洗接收后进行烘干，清洗的脏水流入接水槽内，待清洗完毕后，排水槽经由移动导轨移动至接水槽的初始位置，接水槽内的水，经由排水软管排至现有矿井排水系统，至此，一次巡检任务完成。

所述巡检工作包括：本安相机检测煤仓壁裂痕、磨损，红外热成像仪识别煤仓表面温度，粉尘传感器监测PM1.0、PM2.5、PM10、TSP颗粒物的质量浓度，温湿度传感监测井下煤仓内的环境温度与环境湿度，有害气体传感器检测甲烷、氧气、一氧化碳、二氧化碳等，激光扫描仪实现煤仓煤位的检测。

本发明的有益效果是：

本发明提出了一种煤矿自动巡检机器人系统及巡检方法，可以实现井下煤仓实时监测，能够在井下煤仓恶劣环境下，进行定时巡检、定点巡检、指定任务临时巡检、遥控巡检四种巡检方式，具有煤仓内煤位监测、煤仓壁裂痕、磨损监测、煤仓表面温度识别，有害气体监测，数据分析系统等功能。提高效率降低人工作业风险、提高安全保障。

附图说明

图1为本发明中煤矿自动巡检机器人系统结构图；

图2为本发明中巡检机器人结构图；

图3为本发明中煤仓巡检机器人作业流程；

图中，10-煤仓、11-落煤口、12-排水软管、13-移动导轨、14-接水槽、15清洗烘干机构I、16-巡检机器人、17-吊装轮系、18-清洗烘干机构II、19-自动门、20-电控柜、21-电动卷线机、22-电动绞盘、23-外壳、24-本安相机、25-吊挂机构、26-红外热成像仪、27-粉尘传感器、28-温湿度传感器、29-有害气体传感器、30-激光扫描仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对发明做进一步说明。

如图1所示，一种煤矿自动巡检机器人系统，采用调度绞车机构，能在煤仓内自主(或遥控)垂直移动行走；所述机器人系统包括：排水软管12、移动导轨13、接水槽14、清洗烘干机构I15、清洗烘干机构II18、巡检机器人16、吊装轮系17、自动门19、电控柜20、电动卷线机21、电动绞盘22；井下圆煤仓10的顶部端盖上开有落煤口11，自动门19安装在落煤口11处，上下开合，移动导轨13、清洗烘干机构I15、清洗烘干机构II18、电控柜20、电动卷线机21、电动绞盘22均安装在煤仓10顶部端盖上，吊装轮系17包括两个定滑轮和一个动滑轮，电动卷线机21的绳索穿过吊装轮系17中的三个滑轮，巡检机器人16安装在动滑轮上，形成调度绞车机构，带动巡检机器人16的上下运动，巡检机器人16上的线缆通过电动绞盘22进行线缆的伸缩，移动导轨13安装在落煤口11的两侧，接水槽14安装在移动导轨13上，排水软管12安装在接水槽14一侧，清洗烘干机I15、清洗烘干机II18对称安装在落煤口11的两侧，且与位于初始位置的巡检机器人16处于同一水平线上，保证能对巡检机器人16进行清洗、烘干作业；

智能巡检机器人16在起始位置，当接收到巡检任务指令时，煤仓上的自动门19打开，电动卷线机21运转，通过吊装轮系17，带动巡检机器人16，通过自动门19向下移动，巡检机器人16开始巡检工作，电动绞盘22带动线缆，负责巡检机器人16的供电及传感器连接，当巡检任务完成时，巡检机器人16回到起始位置，自动门19关闭，接水槽14通过移动导轨13，移动至巡检机器人16的正下方，清洗烘干机构I15、清洗烘干机构II18开始喷水，对巡检机器人16进行清洗及烘干作业，清洗的脏水流入接水槽14内，待清洗完毕后，排水槽14经由接水槽移动导轨13移动至接水槽14的初始位置，接水槽14内的水，经由排水软管12,排至现有矿井排水系统，至此，一次巡检任务完成。

如图2所示，所述巡检机器人16包括外壳23和安装在外壳23上的本安相机24、吊挂机构25、红外热成像仪26、粉尘传感器27、温湿度传感器28、有害气体传感器29、激光扫描仪30；采用吊挂的形式，电动绞盘22带动线缆，负责巡检机器人16的供电及传感器连接，电动卷线机21负责巡巡检机器人的上下运行，本安相机24可以检测煤仓壁裂痕、磨损，红外热成像仪26可以识别煤仓表面温度，粉尘传感器27可以监测PM1.0、PM2.5、PM10、TSP颗粒物的质量浓度，温湿度传感器28可以监测井下煤仓内的环境温度与环境湿度，有害气体传感器29可以检测甲烷、氧气、一氧化碳、二氧化碳等，激光扫描仪30可以实现煤仓煤位的检测。

控制柜20中安装有控制器PLC，用于控制电机的运行，各个传感器的采样值通过PLC上传到上位机的数据分析系统，实现数据的处理、分析、显示功能。数据监控平台可以将所采集的数据自动归类、自动分析及统计，客户可在后续监控的过程中查询相关的数据及归类报告，方便数据信息的管理与使用。

通过PLC还可以实现多种巡检方式：包括定时巡检、定点巡检、指定特殊任务巡检、遥控巡检、远程巡检等多种巡检方式。

本安相机获取的视频流数据，经图像处理后用于判断煤仓壁是否有裂痕及磨损，若有则报警提示。

红外热成像仪26检测煤仓表面物料的温度，当采样温度超过设置阈值时，进行报警提示，从而防止火灾的发生；

通过有害气体传感器29检测甲烷、氧气、一氧化碳、二氧化碳的浓度值，当测得浓度值大于或小于设置阈值时，进行报警提示。

巡检机器人上还安装有本安播放器、本安语音对讲设备，用于实现语音播报、对讲功能；井上控制中心与煤仓内可以互通话，相互对讲，及时沟通井下情况。

一种煤矿自动巡检方法，基于所述的一种煤矿自动巡检机器人系统实现，所述方法如下：

当需要巡检机器人16下到煤仓内时，控制自动门19打开，控制电动卷线机21运转，带动吊装轮系17中的动滑轮向下运动，巡检机器人16被下放到煤仓10内进行巡检工作，电动绞盘22带动线缆，负责巡检机器人16的供电及其上各传感器的线路连接；

当巡检结束后，巡检机器人16上升到落煤口11上方的初始位置时，控制自动门19关闭，接水槽14通过移动导轨13，移动至巡检机器人16的正下方，清洗烘干机构I15、清洗烘干机II18开始向巡检机器人16喷水进行清洗，清洗接收后进行烘干，清洗的脏水流入接水槽14内，待清洗完毕后，排水槽14经由移动导轨13移动至接水槽14的初始位置，接水槽14内的水，经由排水软管12排至现有矿井排水系统，至此，一次巡检任务完成。

所述巡检工作包括：本安相机24检测煤仓壁裂痕、磨损，红外热成像仪26识别煤仓表面温度，粉尘传感器27监测PM1.0、PM2.5、PM10、TSP颗粒物的质量浓度，温湿度传感器28监测井下煤仓内的环境温度与环境湿度，有害气体传感器29检测甲烷、氧气、一氧化碳、二氧化碳等，激光扫描仪30实现煤仓煤位的检测。为了检测煤位高度，巡检机器人上还安装有煤位计。

基于上述巡检方法，如图3所示，所述巡检机器人系统的作业流程如下：

(1)首先当煤仓煤位量为零时，机器人进入到煤仓初始位置(D＝0)，激光扫描仪进行360°扫描并记录初始值S1，打开补光灯，摄像头旋转360°进行检测并判断煤仓壁是否有裂痕及磨损，若有裂痕及磨损，进行报警提示。

(2)然后机器人开始向下行走，每隔1米激光扫描仪和摄像头扫描检测一次，发现裂痕及磨损进行报警提示。

(3)机器人完成巡检作业，回到煤仓顶部，进行清洗、烘干操作。

(4)当煤仓煤位量大于零的时候，机器人进入到煤仓初始位置(D＝0)，激光扫描仪进行360°扫描并记录初始值S2，打开补光灯，摄像头旋转360°进行检测并判断煤仓壁是否有裂痕及磨损，若有裂痕及磨损，进行报警提示，此外运行煤位计检测当前煤量d1，为了防止巡检机器人撞到煤顶部，机器人向下运行的高度区间d需小于(D-d1)。

(5)然后机器人开始向下行走(向下行走距离为d)，每隔1米激光扫描仪和摄像头扫描检测一次，发现裂痕及磨损进行报警提示。

(6)机器人完成巡检作业，回到煤仓顶部，进行清洗、烘干操作。

(7)采用S1-S2计算出当前煤仓中精确的煤位量。

该机器人系统可实现不间断地对煤仓进行反复巡检，并实现对煤仓状态的连续、动态采集，补充了固定式、离散式在线监测系统能实现对煤仓情况的完全覆盖，当发生紧急情况时将现场情况第一时间内采集到监控中心，机器人子系统涵盖的网络设备包括：激光扫描仪、本安相机、红外热像仪、气体传感器、温度传感器，其他传感器可根据任务选配。本地监控端作为运维人员在厂站对智能机器人进行操作与监控的终端，布置在站内，并在整个巡检区域内建立完整的通信网络，实现双向数据交互。