一种煤矿井下巡检作业机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种煤矿井下巡检作业机器人。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

虽然煤碳行业整体安全趋于好转，然而和其他行业相比，煤炭行业从业人员伤亡率仍然较高，矿井瓦斯爆炸、有害气体积聚事故仍时有发生，成为影响社会整体公共安全和稳定的短板。这就要求在煤炭行业生产作业中进行有效的有毒气体巡检，提前预防此类事故的发生，以保证生产作业的安全。传统的煤炭行业有毒气体日常巡检,都是采用人工监测或者是巡检点监测的方式。人工监测作业是由巡检工人下载当班巡检任务和安全隐患库，到巡检地点检测有毒气体浓度、排查隐患，并进行相关记录，但人工巡检存在风险高、受环境因素影响大、巡检结果客观性不足等弊端，而且人工监测需要巡检人员参与进行,一旦发生事故，巡检人员的生命安全就会受到巨大的威胁，而巡检点监测的方式中监测点是固定的，覆盖范围受到限制。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种煤矿井下巡检作业机器人，本发明有效降低煤炭行业安全风险、提高生产效率、减轻矿工劳动强度。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种煤矿井下巡检作业机器人，包括：

环境感知机构，包括相机和激光雷达，所述相机采集机器人运行环境的红外图像、深度图像和彩色图像，所述激光雷达获取机器人运行环境的点云模型；基于点云模型、深度图像及彩色图像数据融合构建环境地图，并将环境地图发送至终端设备；所述终端设备直观显示机器人运行环境地图及现场画面，操作人员依据终端设备显示信息做出远程操作，对于巡检过程中出现的危险情况进行紧急制动；

气体感知机构，包括有毒气体探测器，所述有毒气体探测器用于检测有毒气体的浓度，将有毒气体积聚的情况反馈给终端设备。

进一步的，还包括：气体探测控制板，所述气体探测控制板与有毒气体探测器连接，用于接收有毒气体探测器采集的有毒气体浓度，并对有毒气体浓度进行处理，完成有毒气体浓度的探测及状态显示，根据历史数据及相关标准实现危险预警，并将处理后的数据传输至机器人的控制器，经无线通信终端发送至终端设备；所述气体探测控制板设置在隔爆电控仓内，所述隔爆电控仓设置在机器人的盖板内。

进一步的，还包括设置在盖板内的隔爆板，所述隔爆板内设有直流变压器、机器人控制器、视频服务器；所述直流变压器为仓内的机器人控制器及视频服务器提供相应的供电电压；所述视频服务器用于处理由防爆云台相机获取的周边环境图像信息，汇总到机器人控制器后经无线通信终端发送到终端设备。

进一步的，所述相机包括防爆深度相机和防爆云台相机，所述防爆深度相机和防爆云台相机均设置在机器人的盖板上；所述防爆深度相机采集机器人运行环境的红外图像、深度图像和彩色图像，所述防爆云台相机将现场环境画面传送至终端设备。

进一步的，所述激光雷达为防爆激光雷达，所述防爆激光雷达与有毒气体探测器均设置在机器人的盖板上。

进一步的，所述机器人与终端设备通过无线通信终端连接，所述无线通信终端设置在机器人的盖板上。

进一步的，还包括：磷酸铁锂电池，用于为机器人提供电能，所述磷酸铁锂电池设置在隔爆电池仓内，所述隔爆电池仓设置在机器人的盖板内。

进一步的，还包括设置在盖板内的左轮电机驱动器、右轮电机驱动器、左轮电机驱动电机、右轮电机驱动电机；所述左轮电机驱动器控制左轮电机驱动电机，所述右轮电机驱动器控制右轮电机驱动电机，在所述左轮电机驱动器和右轮电机驱动器的控制下，驱动轮利用差速运动实现机器人的前进后退及旋转运动。

进一步的，盖板下方设有底盘机架，所述底盘机架与履带机构连接。

进一步的，所述履带机构包括履带，以及与履带连接的张紧轮、支重轮和驱动轮；所述张紧轮压在履带上作为随动轮控制履带的张紧力，所述支重轮用于承担机器人的重量，所述驱动轮用于带动履带。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明以作为煤矿井下有毒气体巡检的常用装备，机器人通过常规的有毒气体巡检作业，及时发现生产作业中的异常状态，根据历史数据分析并给出预警，提醒工作人员对于生产作业中的异常设备适时地采取维修或更换对策，避免事故的发生，可有效提高有毒气体检测精度、减少人工巡检作业负担、降低巡检作业风险，实现减人增效，降低煤矿招工成本、降低安全事故导致的经济损失。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明示出的煤矿井下巡检作业机器人外形图；

图2是本发明示出的煤矿井下巡检作业机器人第一剖面视图；

图3是本发明示出的煤矿井下巡检作业机器人第二剖面视图；

其中，1底盘机架、2履带、3驱动轮、4无线通信终端、5盖板、6有毒气体探测器、7防爆云台相机、8防爆激光雷达、9防爆深度相机、10支重轮、11张紧轮、12磷酸铁锂电池、13隔爆电池仓、14隔爆电控仓、15气体探测控制板、16隔爆板、17机器人控制器、18左轮电机驱动器、19右轮电机驱动器、20视频服务器、21直流变压器、22电机隔爆仓、23右轮驱动电机、24左轮驱动电机。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

实施例一

本实施例提供了一种煤矿井下巡检作业机器人，包括：

环境感知机构，包括相机和激光雷达，所述相机采集机器人运行环境的红外图像、深度图像和彩色图像，所述激光雷达获取机器人运行环境的点云模型；基于点云模型、深度图像及彩色图像数据融合构建环境地图，并将环境地图发送至终端设备；所述终端设备直观显示机器人运行环境地图及现场画面，操作人员依据终端设备显示信息做出远程操作，对于巡检过程中出现的危险情况进行紧急制动；

气体感知机构，包括有毒气体探测器6，所述有毒气体探测器6用于检测有毒气体的浓度，将有毒气体积聚的情况反馈给终端设备。

具体的，本实施例的技术方案为：

为有效利用底盘内部空间同时保证机器人的防爆性能，底盘机架1中间使用隔爆板16将内部空间间隔开来，隔爆电池仓13位于底盘机架1的中部，内置48V磷酸铁锂电池12，为机器人提供动力能源。

机器人的外部感知传感器布设于盖板5上，防爆深度相机9采集机器人运行环境的视频数据、红外图像和深度距离信息，防爆激光雷达8获取机器人运行环境的点云模型，防爆云台相机7可以为远程操作人员提供现场环境画面，操作人员可以根据返回的机器人运行环境，对可能出现的意外情况进行远程干预或者紧急制动。其中，远程干预及紧急制动是远程操作人员根据终端设备显示信息提示，通过无线网络通讯对于作业现场的危险情况作出的应急远程操作；图像及深度数据用于和激光点云融合构建地图，红外数据用于环境探测，发现异常高温等危险情况。

有毒气体探测器6可探测煤矿井下环境中有毒气体的浓度，提前发现有毒气体积聚等安全隐患，避免有毒气体积聚造成的瓦斯爆炸等事故的发生，无线通信终端4可接入煤矿通信系统与远程控制中心通信，也可以通过移动终端直接连接机器人，对机器人进行系统配置及远程操控。

机器人的行走机构是由履带轮传动的差速运动构型，由左右两个驱动电机通过驱动轮3带动履带2，支重轮10负担了机器人本体的大部分重量，张紧轮11压在皮带上作为随动轮控制皮带的张紧力。

气体探测控制板15也放置在独立的隔爆电控仓14内。机器人底盘机架1的底层布置了主要的电子及控制元器件，机器人控制器17安装有FreeRTOS实时控制系统，主要采用micro-ROS作为软件系统架构，实现机器人的实时控制，视频服务器20用于处理由防爆云台相机7获取的周边环境图像信息，汇总到机器人控制器17后经无线通信终端4发送到远程客户端，直流变压器21为仓内的机器人控制器17及视频服务器20等提供相应的供电电压，左右两个电机驱动器18和19控制左轮驱动电机24和右轮驱动电机23带动驱动轮3利用差速运动实现机器人的前进后退及旋转运动。其中，左轮驱动电机24和右轮驱动电机23设置在电机隔爆仓22内，18左轮电机驱动器、19右轮电机驱动器设置在隔爆板16内。

机器人通过电机编码器、防爆激光雷达8、防爆深度相机9等多传感器融合实现煤矿井下作业环境地图构建，并根据多传感器信息实施更新地图及机器人在地图中的位置。

机器人通过有毒气体探测器6探测煤矿井下有毒气体浓度，通过气体探测控制板15的处理后传输至机器人控制器17，并统一发送至煤矿通信系统，完成煤矿井下环境有毒气体浓度的探测及状态显示，并根据历史数据及相关标准实现危险预警。

机器人在煤矿井下巡检作业过程中，防爆云台相机7可实时返回现场画面，为远程操控人员提供直观的作业场景，可人工辅助机器人完成复杂路况的通行及应急情况的处理。

本发明可以作为煤矿井下有毒气体巡检的常用装备，机器人通过常规的有毒气体巡检作业，及时发现生产作业中的异常状态，根据历史数据分析并给出预警，提醒工作人员对于生产作业中的异常设备适时地采取维修或更换对策，避免事故的发生，可有效提高有毒气体检测精度、减少人工巡检作业负担、降低巡检作业风险，实现减人增效，降低煤矿招工成本、降低安全事故导致的经济损失。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。