一种用于矿用皮带机的智能巡检机器人

技术领域

本发明涉及检测设备的技术领域，具体涉及一种用于矿用皮带机的智能巡检机器人。

背景技术

对皮带机中托辊状况的传统巡检主要靠人工，皮带太长，巡检工作量大，人工手持测温仪、测振仪进行巡检发现问题不及时，存在着重大设备安全隐患。

在目前的工业化生产中，矿用皮带机常见故障包括：皮带断裂、跑偏、打滑、托车昆卡死以及运载物自燃等，当皮带机出现故障时，不仅影响企业的生产效率，更会对工人生命安全造成威胁。因此对皮带机运输状态的实时监测成为企业共同关注的问题。目前大多数煤矿企业对于皮带机的巡检方式仍为人工巡视为主，这种方式主要依靠巡视工人的感官来对皮带机状态进行判断，巡检效率低、成本高，而且依赖于工人的主观判断，可靠性差。

发明内容

本发明提供了一种用于矿用皮带机的智能巡检机器人，解决了现有人工巡检方式效率低，可靠性差等问题。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种用于矿用皮带机的智能巡检机器人，包括封闭的壳体，所述壳体的底部设置有旋转云台，顶部通过行走单元与导轨相连，内部设置有控制单元，所述导轨沿矿用皮带机的机架设置，在所述旋转云台的两侧各设置一套测试单元，分别对矿用皮带机中成对出现的两个托辊进行图像、转速和声音检测，所述旋转云台用于通过旋转，调整测试单元与对应托辊之间的相对位姿，实现日常检测和对故障位置的进一步检测，所述行走单元用于控制智能巡检机器人沿导轨移动。

进一步，所述旋转云台包括倒T形支架，所述倒T形支架中横杆与导轨平行设置，其两端各设置一个安装座，所述安装座与第一电动机的输出轴相连，其表面设置有测试单元，所述第一电动机用于带动安装座连同其上的测试单元绕X轴的正方向或者负方向旋转，从而使测试单元朝向各自对应的托辊旋转，实现日常检测；

所述倒T形支架中竖杆的自由端与第二电动机的输出轴相连，所述第二电动机用于带动整个倒T形支架绕Z轴方向旋转，从而调整测试单元与对应托辊在Y轴方向的距离，实现对故障位置的进一步检测。

进一步，所述测试单元包括可见光相机、红外相机、激光测速器和拾音器。

进一步，所述壳体内部还设置有避障模块和通讯模块，所述避障模块设置为全景相机，所述通讯模块设置为5G CPE设备，所述全景相机的摄像头朝向智能巡检机器人的前进方向，对应壳体上的位置设置有玻璃窗口，用于对前进方向的障碍物进行拍摄，所述5GCPE设备用于实现智能巡检机器人与监控系统之间的通讯，在所述壳体的顶部还设置有报警器。

进一步，所述导轨采用工字钢结构，包括处于中间的竖板以及与之垂直相连的上横板和下横板，所述行走单元包括两个主动轮，两个所述主动轮分别设置在工字钢两侧的凹槽内，其中心的传动轴均与对应的伺服电机的输出轴相连，所述伺服电机的输出轴和竖板之间的垂直距离小于主动轮的半径，从而确保主动轮的表面紧压竖板，在伺服电机的带动下沿竖板表面移动；

每个所述主动轮的两侧各设置一个从动轮，每个所述从动轮均沿下横板移动，还通过连接板与壳体连接。

进一步，所述竖板与主动轮的接触面设置为摩擦面，沿所述上横板架设有供电滑触线装置。

进一步，还包括位置确认模块，所述位置确认模块用于对智能巡检机器人的行走位置进行复测，包括沿所述导轨均匀间隔黏贴的RFID标签，以及在壳体上设置的RFID标签读卡器，所述RFID标签均设置有对应其所在位置的位置信息。

一种基于上文所述的用于矿用皮带机的智能巡检机器人的巡检方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、借助多个从动轮，将智能巡检机器人悬挂于导轨上，微调从动轮和主动轮与导轨的相对位置，确保后续行走顺畅；

步骤二、通过伺服电动机带动智能巡检机器人沿导轨移动，通过第一电动机调整对应测试单元的角度，使其各自朝向矿用皮带机中成对出现的两个托辊转动；

步骤三，开启测试单元对托辊的转速、声音和图像进行日常检测，开启全景相机对智能巡检机器人前方的障碍物进行检测，并通过5G CPE设备上传至监控系统；

步骤四、若监控系统通过分析发现转速、声音或者图像信息中有异常状况，下发指令给智能巡检机器人，通过第二电动机带动对应的测试单元向靠近托辊的方向转动，使其对故障位置做进一步的检测，再上传至监控系统做最终处理。

本发明有益的技术效果在于：

利用配备红外热成像仪、拾音器、高清摄像头、激光测速器等代替人工匀速沿线巡检，实时上传检测数据，通过逻辑运算预测设备故障发出预警，提醒相关人员及时检查检修故障设备，提高设备的运行可靠性，大大提高了巡检可靠性，节省成本，同时，这种通过将计算机视觉、各类传感器搭载于控制箱，利用无线网桥传输，集成于一体的智能巡检机器人满足了企业的需求。

附图说明

图1为本发明的总体结构的正视示意图；

图2为本发明的总体结构的侧视示意图；

图3为本发明的总体结构的仰视示意图；

其中，1-壳体，2-旋转云台，3-导轨，4-测试单元，5-全景相机，6-5G CPE设备，7-主动轮，8-伺服电机，9-从动轮，10-RFID标签读卡器，11-滑触线。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-3所示，本发明提供了一种用于矿用皮带机的智能巡检机器人，包括封闭的壳体1，在壳体1的底部设置有旋转云台2，顶部通过行走单元与导轨3相连，内部设置有控制单元、通讯模块、避障模块等等，该导轨3沿矿用皮带机的机架设置，在旋转云台2的两侧各设置一套测试单元4，分别对矿用皮带机中成对出现的两个托辊进行图像和声音检测，该旋转云台3用于通过旋转，调整测试单元4与对应托辊之间的相对位姿，实现日常检测和对故障位置的进一步检测，该行走单元用于控制智能巡检机器人沿导轨移动，该通讯模块用于实现控制单元与监控系统之间的通讯，该避障模块用于实现智能巡检机器人行走过程中的避障。这样，借助行走单元和导轨、以及避障模块的配合，带动智能巡检机器人沿矿用皮带机的机架移动，利用旋转云台2上的两套测试单元4对成对出现的两个托辊进行图像、转速和声音检测，然后，控制单元将检测数据通过通讯模块传送给监控系统，并接收监控系统的分析结果，控制智能巡检机器人的下一步动作，如发现故障，则控制旋转云台带动测试单元向故障位置转动，对故障位置的进一步检测；又如发现前方有障碍物，则通过行走单元控制智能巡检机器人停止移动，进行避障操作等等，从而实现对矿工皮带机的智能化巡检，达到远程监测皮带、托辊运行状态的目的，能够辅助工人进行输送机运行状态监控，提高工作效率，降低劳动强度，同时，通过图像分析还可预警滚筒、托辊粘料，导致胶带跑偏、胶带运行不稳定，高温等其他故障引发火灾，能有效减少设备故障停机率，加大单位时间内的皮带运输量，降低一系列机器故障与安全事故的风险。

该旋转云台2包括倒T形支架，该倒T形支架中横杆与导轨3平行设置，其两端各设置一个安装座，该安装座与第一电动机的输出轴相连，其表面设置有测试单元4，该测试单元4包括可见光相机、红外相机、激光测速器和拾音器，分别用于采集托辊区域的平面图像、红外图像、转速和声音信息，该第一电动机用于带动安装座连同其上的测试单元绕X轴的正方向或者负方向旋转，从而使测试单元朝向各自对应的托辊旋转，实现日常检测。由于X轴方向即为与导轨平行方向，而成对出现的两个托辊分别为导轨的上方和下方，因此，两个测试单元需要一个向下旋转，一个向上旋转，才能得到更好的采集角度，获取更为准确的数据，同时，整个智能巡检机器人沿导轨移动，前面的测试单元4会先完成检测，两个测试单元的检测时间会有一些间隔。

该倒T形支架中竖杆的自由端与第二电动机的输出轴相连，该第二电动机用于带动整个倒T形支架绕Z轴方向旋转，从而调整测试单元与对应托辊在Y轴方向的距离，实现对故障位置的进一步检测。当监控系统通过对日常检测的检测数据进行分析，发现数据超标，可能有故障时，可以通过第二电动机带动整个倒T形支架绕Z轴方向旋转，使对应的测试单元更加靠近托辊位置，此时再进行检测，可以获取更加小区域位置的数据，这样采集的数据更加准确，从而完成对故障位置的进一步检测。

该避障模块可以设置为全景相机5，该全景相机5的摄像头朝向智能巡检机器人的前进方向，对应壳体上的位置设置有玻璃窗口，用于对前进方向的障碍物进行拍摄，该通讯模块可以设置为5G CPE设备6，由于矿用皮带机多用于露天煤矿，户外温差大，空气中浮游杂质如煤尘含量高，因此，通讯环境不是很好，而5G CPE设备6是华为自主研发的5G无线终端接入设备，采用了业内首款基于3GPP R15标准的多模芯片Balong 5000，性能强功耗低，支持Sub-6G全频段，现网实测速率达到3.2Gbps，可以让用户快速接入5G超光纤的高速网络中，提升用户在全场景内的网络体验，从而可以确保智能巡检人和监控系统之间的通讯。同时，智能巡检机器人使用低压滑触线11线槽方式供电，如24V，采用锂电池作为备用电源，且不低于20Ah。

该导轨3采用H形结构，如工字钢结构，包括处于中间的竖板以及与之垂直相连的上横板和下横板，该行走单元包括两个主动轮7，这两个主动轮7分别设置在工字钢两侧的凹槽内，其中心的传动轴均与对应的伺服电机8的输出轴相连，该伺服电机8的输出轴和竖板之间的垂直距离小于主动轮7的半径，从而确保主动轮7的表面紧压竖板，在伺服电机8的带动下沿竖板表面移动，为了增加主动轮7与竖板之间的摩擦力，可以在竖板对应的接触面上喷涂砂砾，增加粗糙度。另外，整个导轨3按照一定高度沿矿用皮带机的机架铺设，智能巡检机器人在其上匀速运行，避免了托辊转速监测的不稳定性。

在每个主动轮7的两侧各设置一个从动轮9，每个从动轮9均沿下横板移动，还通过连接板与壳体连接，这样，从动轮9可以承担智能巡检机器人的重量，减少主动轮6在竖直方向的承重，更加方便主动轮7的转动。

在壳体1的顶部还设置有报警器，发生任何状况，都可以通过报警器进行报警提示。

另外，伺服电机7的自身拥有编码器，通过编码器测算转轴旋转周数，驱动轮周长一定，因此通过该编码器可精确测算出智能巡检机器人行驶距离，通过机器人限位触发装置，确定导轨起点，通过行驶距离可确定智能巡检机器人的位置，但是，如果遇到打滑状况，测试就会不准确，因此，本发明的智能巡检机器人还增加了位置确认模块，该位置确认模块用于对智能巡检机器人的行走位置进行复测，包括沿导轨3均匀间隔黏贴的RFID标签，以及在壳体1上设置的RFID标签读卡器10，具体地，在导轨上每隔6米粘贴RFID标签，标签中写入该点位置信息，配备RFID标签读卡器10，编码器行驶距离大于6米，而RFID标签读卡器未读取到下一个标签，则说明主动轮打滑或者有其他突发情况，触发故障预警。

本发明还提供一种基于上文所述的用于矿用皮带机的智能巡检机器人的巡检方法，包括以下步骤：

步骤一、借助多个从动轮，将智能巡检机器人悬挂于导轨上，微调从动轮和主动轮与导轨的相对位置，如主动轮可以紧压导轨的竖板，每个从动轮在导轨的横板的位置基本一致，确保后续行走顺畅；

步骤二、通过伺服电动机带动智能巡检机器人沿导轨移动，通过第一电动机调整对应测试单元的角度，使其各自朝向矿用皮带机中成对出现的两个托辊转动，记录测试单元正对托辊时的角度，在后续的测试中保持该角度不变。为了确保对每个托辊的检测角度都一致，导轨要尽量平行于矿用皮带机中成对出现的两个托辊的中心线设置，即平行于机架设置。

步骤三，开启测试单元对托辊的转速、声音和图像进行日常检测，开启全景相机对智能巡检机器人前方的障碍物进行检测，并通过5G CPE设备上传至监控系统；

步骤四、若监控系统通过分析发现转速、声音或者图像信息中有异常状况，下发指令给智能巡检机器人，通过第二电动机带动对应的测试单元向靠近托辊的方向转动，使其对故障位置做进一步的检测，再上传至监控系统做最终处理。

具体过程如下：

利用本发明的智能巡检机器进行巡检时，监控系统下达巡检任务，机器人沿导轨匀速行驶，通过旋转云台调整两个测试单元的角度，使其分别向上和向下朝向对应的上下托辊旋转，利用可见光相机、红外相机进行实时图像采集，利用拾音器对皮带机的运行声音实时捕捉，利用激光测试器进行转速检测，检测数据通过5G CPE设备传输至监控系统的上位机。如拾音器捕捉到异常音频信号，为了进一步确认异常来源，随即伺服电机控制旋转云台左右转动，当然第一电动机或者第二电动机也可以带动对应测试单元进行微调，使测试单元更加靠近异常位置，然后，可见光相机、红外相机、激光测速仪随即对准该托辊进行监测，红外相机监测出温度异常，激光测速器检测出速度异常，上位机收到异常信号，发出危险预警信息，相关人员立即对该位置托辊进行检修，待问题处理完成，异常信号消失，巡检机器人继续完成下达的巡检任务。行驶途中还可监测沿途生物活动轨迹，当人或者动物靠近皮带机时，通过全景相机采集图像，进行图像处理后，立即发出危险警示，提示或驱赶生物远离皮带机，保障皮带机安全运行。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。