帶式輸送機自動巡檢機器人的應用研究

李子江

（晉能控股裝備制造集團金鼎山西煤機有限責任公司皮帶機制造分公司， 山西 晉城 048000）

引言

帶式輸送機是一種在煤礦井下運輸物料的常用設備，具有結構簡單、運行經濟性好的優點，隨著井下物料運輸需求的不斷提高，目前的輸送機系統均朝著長距離、大運量、高帶速方向發展，因此對其運行過程中的穩定性提出了更高的要求。由于輸送機系統的使用環境惡劣，在運行過程中經常出現輸送帶的跑偏、輸送帶打滑、輸送帶撕裂、托輥組卡死等異常，給井下的物料輸送安全帶來了極大的隱患。目前多數煤礦主要是在井下設置專人對輸送機的運行狀態進行巡查，確保輸送機運行安全，但由于輸送機運行范圍廣，井下環境惡劣，人工巡查的難度極大，故障檢出率極低，已經無法滿足井下物料運輸的安全性需求。

本文提出了一種新的帶式輸送機自動巡檢機器人，其集成了故障監測、環境狀態監測、數據分析處理等功能，能夠實現沿輸送機軌道的自動運行和故障監測，有效解決了傳統人工巡查方案所存在的效率低、可靠性差的問題，根據實際應用表明該輸送機自動巡查機器人能夠實現自動巡檢、故障識別、自動報警，將輸送機運行故障檢出率提升了88.7%，初步實現了井下輸送機運行的無人值守，具有較大的應用推廣價值。

1 巡檢機器人整體結構設計

結合帶式輸送機的實際使用環境和常見故障類別，要求自動巡檢機器人能夠沿著輸送機系統無障礙運行，同時能夠對輸送機運行狀態快速識別和判斷，及時鎖定故障位置和分析故障類型，滿足快速預警的需求，因此本文所提出的帶式輸送機自動巡檢機器人主要包括了運行軌道、機器人本體、運行控制中心三個部分，其整體結構如圖1 所示[1]。

圖1 自動巡檢機器人整體結構示意圖

由圖1 可知，該巡檢機器人的運行軌道主要包括了軌道支架、運行驅動機構、導向機構、張緊機構和行走機構等，巡視機器人本體主要包括了防爆外殼、攝像機構等，滿足在巡檢過程中的可靠性需求，巡檢機器人的控制系統主要用于對機器人的運行軌跡、運行速度、數據處理等進行集中控制和處理，滿足智能巡檢和分析的控制需求。

2 巡檢機器人驅動系統設計

煤礦井下輸送機的工作巷道空間狹小，在空間內布置有大量的管路、支架、線纜等，驅動機器人在運行過程中如果只靠自身的動力電池驅動則存在著電池包重量大、機器人續航時間短的不足，若采用傳統的鋼絲繩牽線驅動模式則會帶來牽引線長、運行過程中和管路、支架纏繞的問題，而且在牽引運動過程中存在著牽引速度不可控、巡檢機器人攝像不穩定、數據采集精度差的難題[2]。

因此結合巡檢機器人的實際驅動需求，本文提出了一種新的巡檢機器人驅動系統，該系統采用了鋼絲牽引及懸掛軌道相結合的驅動模式，其控制結構如下頁圖2 所示[3]。

圖2 巡檢機器人驅動模式示意圖

由圖2 可知，巡檢機器人設置在懸掛軌道上，巡檢機器人和牽引鋼絲繩之間設置有抱鎖機構，當巡檢機器人運行時，首先由驅動電機驅動機器人運行，在軌道上設置有位置信息卡，便于通過數據信息來確定巡檢機器人的運行位置，在輸送機軌道的兩側設置有行程開關，當機器人到兩側后能夠發出返程信號，實現自動往返巡檢作業。

3 巡檢機器人控制系統

巡檢控制系統是該巡檢機器人的核心，直接決定了巡檢的可靠性，為了滿足巡檢控制需求，在其控制系統中主要設定了巡檢速度控制模式，數據采集及存儲、發生功能，異常監測及報警功能，電量識別及自主充電功能，從而確保對巡檢機器人運行狀態的全面監測和控制[3]。

在自動巡檢時，系統激活各監測模塊和數據單元，按照不同的巡航設定模式開始對輸送機的運行情況進行監測，當系統接收到異常信息后便立刻啟用異常處理函數，按照設定的邏輯對故障類別進行判斷，同時系統自動讀取設置在輸送機軌道上的位置信息，快速確定巡檢小車的位置，然后將故障和位置信息同步到數據控制中心，及時進行故障預警。

巡檢機器人在運行過程中，系統不間斷地對其電源情況進行監測，若電源情況低于閾值則系統自動啟動應急模式，中斷機器人的巡檢模式，使其就近進行自動充電，確保巡檢機器人的運行可靠性。巡檢機器人的巡檢異常判斷邏輯如圖3 所示[4]。

圖3 巡檢機器人異常判別邏輯圖

通過對該巡檢機器人的實際應用表明，采用新的自動巡檢系統后，能夠實現對輸送機運行狀態和井下環境情況的實時監測和故障預警，其對輸送機運行時的故障檢出率提升到了88.7%，能快速進行故障定位和報警，實現了井下輸送機運行狀態的無人監督，對提升井下物料輸送安全性和效率具有十分重要的意義。

4 結論

針對帶式輸送機系統在運行過程中采用人工巡檢方式效率低、人工勞動強度大、故障檢出率不足的現狀，提出了一種新的無纜自動巡檢機器人系統，對該自動巡檢機器人的整體結構、驅動控制、運行模式等進行了研究，結果表明：

1）帶式輸送機自動巡檢機器人主要包括了運行軌道、機器人本體、運行控制中心三個部分，能夠滿足自動巡檢機器人驅動和監測控制需求；

2）新的巡檢機器人驅動系統采用了鋼絲牽引及懸掛軌道相結合的驅動模式，解決了電池續航能力差以及牽引控制穩定性不足的缺陷；

3）在控制系統中主要設定了巡檢速度控制模式，數據采集及存儲、發生功能，異常監測及報警功能，電量識別及自主充電功能，從而確保對巡檢機器人運行狀態的全面監測和控制。

4）輸送機自動巡查機器人能夠實現自動巡檢、故障識別、自動報警，將輸送機運行故障檢出率提升了88.7%，初步實現了井下輸送機運行的無人值守，具有較大的應用推廣價值。