煤礦機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用

吳東東 丁軍 李健

1.山東能源集團(tuán)兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦綜采一區(qū) 山東鄒城 273512

2.山東能源集團(tuán)兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦生產(chǎn)準(zhǔn)備工區(qū) 山東鄒城 273512

自建國(guó)以來(lái)，我國(guó)的煤炭行業(yè)一直處于長(zhǎng)足發(fā)展階段，其在技術(shù)以及裝備方面均有著大幅的提升。煤礦的發(fā)展從最開始的人力支撐逐步發(fā)展為半自動(dòng)化以及自動(dòng)化開采，現(xiàn)如今，我國(guó)的煤礦裝備設(shè)計(jì)方面均處于世界上游水平。

煤炭行業(yè)發(fā)展初始，就提出了煤礦機(jī)器人的概念，但是由于受制于井下環(huán)境的特殊性，導(dǎo)致無(wú)法將機(jī)器人技術(shù)直接應(yīng)用到井下開采工作中去。煤礦機(jī)器人一度出現(xiàn)研發(fā)難度高，且研發(fā)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，在這樣的趨勢(shì)下，導(dǎo)致其產(chǎn)品的性能一直無(wú)法趨于穩(wěn)定狀態(tài)，為投入使用增加多種阻礙。由于產(chǎn)品對(duì)于安全性能的要求相對(duì)較高，導(dǎo)致后期在工作開展過(guò)程中需要著重針對(duì)煤礦井下特殊生產(chǎn)環(huán)境中關(guān)于機(jī)器人的性能進(jìn)行研究，從而構(gòu)建出一套相對(duì)完善的應(yīng)用技術(shù)體系。

1 煤礦變電站巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的要求

1.1 主要性能

在煤礦開采與生產(chǎn)過(guò)程中，使用巡檢機(jī)器人將會(huì)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)有著嚴(yán)格的要求，關(guān)于性能方面的要求，應(yīng)該著手從以下幾個(gè)方面出發(fā)：當(dāng)處于水平地面時(shí)，其最大的速度應(yīng)該在1m/s，隨之還要適當(dāng)控制好最小的轉(zhuǎn)彎直徑，確保其的長(zhǎng)度在與自身長(zhǎng)度處于2 倍的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，還需要考慮到爬坡能力的控制，在適當(dāng)范圍內(nèi)，環(huán)境處于15℃的狀態(tài)。如果涉及到了最大的涉水深度，那么應(yīng)該將其控制在10cm 以上。當(dāng)處于1m/s 的狀態(tài)時(shí)，此種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要機(jī)器人的移動(dòng)平臺(tái)具備一定的運(yùn)動(dòng)功能，這樣一來(lái)，面對(duì)不同方面的需求，均可以滿足，例如直行轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)下[1]。

1.2 主要功能

在對(duì)其的主要功能進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)該著重重視對(duì)其定位功能以及自主導(dǎo)航功能，并且在操作時(shí)嚴(yán)格遵循其相應(yīng)的要求，隨之，機(jī)器人本身應(yīng)該具備一定的路線分析的能力，與此同時(shí)還要在工作開展的過(guò)程中能夠自主的行走與?？?。此外，還需要將導(dǎo)航過(guò)程中存在的誤差加以準(zhǔn)確的定位，在控制的同時(shí)，確保其誤差在10 毫米上下最為恰當(dāng)。其次，對(duì)于可見光的檢測(cè)也是尤為重要的，工作過(guò)程中，需要為機(jī)器人配備可見光攝像機(jī)，這樣便可以針對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的外觀或者道閘的分和情況作出判斷，隨后將獲取的視頻上傳至監(jiān)控后臺(tái)中。其中，當(dāng)對(duì)讀取的誤差進(jìn)行控制時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該在5%左右。隨之為機(jī)器人配備專業(yè)的紅外線熱成像儀，在線連接狀態(tài)下，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行信息的采集與供應(yīng)，期間，可以對(duì)設(shè)備的接頭以及本體進(jìn)行溫度的采集，期間值得注意的是，需要將成像的像素設(shè)計(jì)在320×240 的標(biāo)準(zhǔn)上，其接口形式應(yīng)該以RS-485 與太網(wǎng)為主，除此之外的相關(guān)要求有附錄加以指示[2]。

2 煤礦變電站巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

2.1 兩輪差速驅(qū)動(dòng)底盤

在煤礦工作開展過(guò)程中，由于變電站的地面工作具有一定的特殊性，當(dāng)機(jī)器人在水泥地面進(jìn)行工作時(shí)，速度一般是處于0.3-1m/s 的狀態(tài)。此過(guò)程中，往往需要考慮到巡檢機(jī)器人的具體工作環(huán)境，并將其基本的機(jī)動(dòng)性能加以聯(lián)系，適當(dāng)將底盤設(shè)計(jì)為兩輪驅(qū)動(dòng)，其本質(zhì)為四輪驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，但是其中兩個(gè)為方向輪，另外兩個(gè)則為驅(qū)動(dòng)輪，因此在工作過(guò)程中適當(dāng)?shù)慕柚?qū)動(dòng)輪動(dòng)力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)進(jìn)退兩種需求[3]。

2.2 導(dǎo)航定位系統(tǒng)

在變電站的巡檢工作中，所使用的機(jī)器人導(dǎo)航形式是多樣化的，主要包括了：激光巡視法，，主要是借助激光的作用，與相關(guān)的反光標(biāo)志加以配合使用，期間如果反光的標(biāo)志出現(xiàn)了損壞的現(xiàn)象，那么便會(huì)影響到機(jī)器人的工作狀態(tài)，致使其無(wú)法正常行走，進(jìn)而降低了其工作的可靠性，為后期的維護(hù)工作帶來(lái)一定的難度。除此之外，便是電磁感應(yīng)巡線，其就是借助變電站中地面預(yù)先埋設(shè)的磁條與通電線圈，在磁感應(yīng)傳感器的影響下，促進(jìn)巡檢工作的穩(wěn)定開展。利用此種方式，提升了巡檢工作的可靠性。當(dāng)對(duì)變電站的地面進(jìn)行軌道鋪設(shè)時(shí)，主要的目的就是為了能夠使機(jī)器人能夠火車一樣，隨著既定的軌跡進(jìn)行運(yùn)行，這樣一來(lái)，便可以促使機(jī)器人始終處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，但是值得一提的是，此種形式會(huì)帶來(lái)較大的工作量，如果在巡檢的圖中發(fā)生了較大的變化，那么原有的軌道便需要進(jìn)行重新的鋪設(shè)，導(dǎo)致操作成本陡然增加。

2.3 無(wú)線通信模塊

借助無(wú)線通訊模塊，可以為巡檢機(jī)器人提供后臺(tái)監(jiān)控以及任務(wù)調(diào)度。一般而言，常用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是以點(diǎn)到點(diǎn)狀態(tài)為主的，此種網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)通訊相對(duì)落后，會(huì)為接下來(lái)機(jī)器人的工作帶來(lái)一定的阻礙。Mesh 網(wǎng)絡(luò)的存在，就是一種新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將其應(yīng)用在工作中，可以多方面多途徑提供數(shù)據(jù)傳輸，不僅運(yùn)營(yíng)成本低，且組網(wǎng)方式相對(duì)先進(jìn)，進(jìn)一步可提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?。針?duì)變電站工作中，對(duì)巡檢機(jī)器人的使用，可以進(jìn)一步對(duì)現(xiàn)有的工作環(huán)境進(jìn)行分析與研究，進(jìn)而構(gòu)建出一套行之有效的無(wú)線通訊系統(tǒng)[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，我國(guó)現(xiàn)階段已經(jīng)將機(jī)器人的使用貫穿至各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中，這樣一來(lái)，極大的便利了人們的生活，將人們的雙手解放出來(lái)，降低了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，隨之還在一定基礎(chǔ)上提升了生產(chǎn)力。為了能夠使煤礦生產(chǎn)更加目標(biāo)化，徹底解放勞動(dòng)力，后期對(duì)于巡檢機(jī)器人的使用將是潮流，是發(fā)展的趨勢(shì)，其在工作中完全可以代替人力，然后將關(guān)鍵技術(shù)加以研究，使機(jī)器人的工作開展起來(lái)更加容易落實(shí)任務(wù)布置，利用先進(jìn)的儀器，促使電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)更加優(yōu)良。