带式输送机自动巡检机器人的应用研究

2022-01-27李子江

机械管理开发 2021年12期

李子江

（晋能控股装备制造集团金鼎山西煤机有限责任公司皮带机制造分公司，山西晋城 048000）

引言

带式输送机是一种在煤矿井下运输物料的常用设备，具有结构简单、运行经济性好的优点，随着井下物料运输需求的不断提高，目前的输送机系统均朝着长距离、大运量、高带速方向发展，因此对其运行过程中的稳定性提出了更高的要求。由于输送机系统的使用环境恶劣，在运行过程中经常出现输送带的跑偏、输送带打滑、输送带撕裂、托辊组卡死等异常，给井下的物料输送安全带来了极大的隐患。目前多数煤矿主要是在井下设置专人对输送机的运行状态进行巡查，确保输送机运行安全，但由于输送机运行范围广，井下环境恶劣，人工巡查的难度极大，故障检出率极低，已经无法满足井下物料运输的安全性需求。

本文提出了一种新的带式输送机自动巡检机器人，其集成了故障监测、环境状态监测、数据分析处理等功能，能够实现沿输送机轨道的自动运行和故障监测，有效解决了传统人工巡查方案所存在的效率低、可靠性差的问题，根据实际应用表明该输送机自动巡查机器人能够实现自动巡检、故障识别、自动报警，将输送机运行故障检出率提升了88.7%，初步实现了井下输送机运行的无人值守，具有较大的应用推广价值。

1 巡检机器人整体结构设计

结合带式输送机的实际使用环境和常见故障类别，要求自动巡检机器人能够沿着输送机系统无障碍运行，同时能够对输送机运行状态快速识别和判断，及时锁定故障位置和分析故障类型，满足快速预警的需求，因此本文所提出的带式输送机自动巡检机器人主要包括了运行轨道、机器人本体、运行控制中心三个部分，其整体结构如图1 所示[1]。

图1 自动巡检机器人整体结构示意图

由图1 可知，该巡检机器人的运行轨道主要包括了轨道支架、运行驱动机构、导向机构、张紧机构和行走机构等，巡视机器人本体主要包括了防爆外壳、摄像机构等，满足在巡检过程中的可靠性需求，巡检机器人的控制系统主要用于对机器人的运行轨迹、运行速度、数据处理等进行集中控制和处理，满足智能巡检和分析的控制需求。

2 巡检机器人驱动系统设计

煤矿井下输送机的工作巷道空间狭小，在空间内布置有大量的管路、支架、线缆等，驱动机器人在运行过程中如果只靠自身的动力电池驱动则存在着电池包重量大、机器人续航时间短的不足，若采用传统的钢丝绳牵线驱动模式则会带来牵引线长、运行过程中和管路、支架缠绕的问题，而且在牵引运动过程中存在着牵引速度不可控、巡检机器人摄像不稳定、数据采集精度差的难题[2]。

因此结合巡检机器人的实际驱动需求，本文提出了一种新的巡检机器人驱动系统，该系统采用了钢丝牵引及悬挂轨道相结合的驱动模式，其控制结构如下页图2 所示[3]。

图2 巡检机器人驱动模式示意图

由图2 可知，巡检机器人设置在悬挂轨道上，巡检机器人和牵引钢丝绳之间设置有抱锁机构，当巡检机器人运行时，首先由驱动电机驱动机器人运行，在轨道上设置有位置信息卡，便于通过数据信息来确定巡检机器人的运行位置，在输送机轨道的两侧设置有行程开关，当机器人到两侧后能够发出返程信号，实现自动往返巡检作业。

3 巡检机器人控制系统

巡检控制系统是该巡检机器人的核心，直接决定了巡检的可靠性，为了满足巡检控制需求，在其控制系统中主要设定了巡检速度控制模式，数据采集及存储、发生功能，异常监测及报警功能，电量识别及自主充电功能，从而确保对巡检机器人运行状态的全面监测和控制[3]。

在自动巡检时，系统激活各监测模块和数据单元，按照不同的巡航设定模式开始对输送机的运行情况进行监测，当系统接收到异常信息后便立刻启用异常处理函数，按照设定的逻辑对故障类别进行判断，同时系统自动读取设置在输送机轨道上的位置信息，快速确定巡检小车的位置，然后将故障和位置信息同步到数据控制中心，及时进行故障预警。

巡检机器人在运行过程中，系统不间断地对其电源情况进行监测，若电源情况低于阈值则系统自动启动应急模式，中断机器人的巡检模式，使其就近进行自动充电，确保巡检机器人的运行可靠性。巡检机器人的巡检异常判断逻辑如图3 所示[4]。