CN110733020A - 一种矿用轨道式通风监测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种矿用轨道式通风监测机器人，包括包括驱动轮1，驱动电机2，支撑轮3，高速相机4，激光雷达5，能源模块6，水位传感器7，风量风速传感器8，机架9，主控箱10，天线11，水位传感器电机12组成。通风监测机器人行走在轨道13上，通过高速相机4，激光雷达5，水位传感器7，风量风速传感器8采集的数据，通过主运算器的计算，确定巷道特定位置处的围岩断面变形量，积水深度，风速风量等参数，并对这些参数进行分析及危险预警，对巷道维护和通风系统调整提供依据。

Description

一种矿用轨道式通风监测机器人

技术领域

本发明属于通风监测机器人技术领域，尤其涉及一种矿用轨道式通风监测机器人。

背景技术

采矿生产过程中，风速、风量、巷道变形等是井下作业面临的不安全因素，均需要进行定时的监测，以便及时的发现意外出现的问题。目前，采用人工巡检或是在井下固定地点进行监测，人工检测存在着结果不稳定、人工成本高以及工人人身安全得不到保障的问题，固定地点进行监测存在监测点少的缺点。用机器人代替人进行巡检，则可以避免很多人工巡检过程中的难题，且能随时调配机器人到达指定位置，可以在未知是否有险情的情况下进行检测和巡视。

目前行走的轮式和履带式巡检机器人，当地面障碍物较多，或者地形复杂时应用受限。而对于井工巷道这种环境下，在顶部或者空中架设轨道，用在轨道上运行的移动机器人进行监测更具有可靠性。和地面移动机器人相比较，轨道通风监测机器人具有快速高效的优点，不受地面特征制约，也不占用地面空间。

利用移动平台搭载携带传感器获得风量、风速等关键信息，在轨道上连续移动，观察巷道及工作面，可以及时发现安全隐患，代替人工监测的繁重且危险工作。

在公开号为CN108890659A的中国专利文献中，提出了一种综合管廊巡检机器人，该机器人利用T字钢轨道进行行进，通过驱动器和步进电机对机器人轮子进行驱动，并通过发送脉冲计算轮子的转动圈数，以此来确定机器人所处位置；该机器人安装有可折叠机械手，可以自行更换电池，电池采用定制的24V/80AH的锂电池，能够保证八小时的续航能力。

从上述可知，CN108890659A的中国专利文献中的机器人，T字钢轨道进行行进，但是尚未解决机器人需要更换运动方向的问题。而且机器人的定位是利用脉冲数计算轮子的转动圈数，来确定所处位置的，由于实际使用过程中，轮子是有可能出现打滑现象的，所以利用这种方法确定机器人的位置必然会产生误差，同时，由于进行轨道距离较长，此误差会不断累积，导致误差不断放大，因此无法准确确定机器人所处位置；此外，该机器人采用的电池虽然能够保证八小时的续航能力，但是随着电池的老化、工作环境的不同等因素，电池的工作时间是会发生改变的，可能会在工作过程中发生没电的情况。

因此，根据上述的不足和缺陷进行改进，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出了一种矿用轨道式通风监测机器人，实现了巷道风量、风速、变形等的实时监测。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种矿用轨道式通风监测机器人，包括机器人本体、主控模块、能源模块、检测组件以及无线通讯模块；所述主控模块、能源模块、检测组件以及无线通讯模块均安装于所述机器人本体上；所述机器人本体上还设置了用于驱动机器行动的驱动轮组和支撑滑轮组，所述支撑滑轮组用于将机器人本体支撑在轨道上，驱动轮组用于驱动机器人本体在轨道上移动；无线通讯模块连接主控模块，用于与上位机进行信息通信，实现主控模块与上位机之间的信息交互；监测组件用于对矿道内的气体进行监测；能源模块连接机器人本体、主控模块、检测组件以及无线通讯模块以进行能源供应。

进一步地，驱动轮组包括驱动轮和驱动电机，驱动电机为伺服电机，用于调节驱动轮的速度。

进一步地，轨道为两条，分别为上行轨道和下行轨道，上行轨道和下行轨道之间设置连接轨道，机器人通过连接轨道更换运动方向。

进一步地，在轨道上间隔固定距离设置用于标记位置的标签，通过识别标签确定机器人所在的位置。

进一步地，主控模块包括驱动电机控制器，数据采集及存储单元和主运算器；其中驱动电机控制器用于控制驱动电机和水位传感器电机工作；数据采集及存储单元用于将所有传感器的信息进行采集并存储，通过主运算器的计算，确定通风监测机器人位置，并对此位置处的巷道围岩断面变形量，积水深度，风速风量参数进行分析及危险预警；无线通讯模块用于上传传感器采集的信息并接收来自远程操控中心的命令，控制机器人本体在轨道上的移动。

进一步地，所述水位传感器为柔性线状传感器，在柔性线上安装电阻片，通过电阻变化来监测地面积水深度。

进一步地，所述能源模块包括可充电电池及电池管理系统，将电池信息实时传递给主控模块，确定通风巡检机器人的剩余行驶里程，进行电池充电管理，并监测电池电量情况，根据电池的剩余电量，判断是否需要到充电处充电。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的矿用轨道式通风监测机器人穿梭在轨道上，能对巷道环境进行实时的检测，并将检测到的信息通过无线通讯模块传输到远程的操控中心。与人工及地面移动机器人相比较，轨道通风监测机器人具有快速高效的优点，操作人员只需在远程操控中心控制，无需到现场检测，节省了人工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要说明。

图1是本发明矿用轨道式通风监测机器人的结构示意图。

图2是本发明矿用轨道式通风监测机器人侧视图。

图3是本发明通风监测机器人轨道安装示意图。

图4是本发明通风监测机器人轨道布置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明。应当理解，此外所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的的所有其他实施例，都将属于本发明保护的范围。

图1及图2所示，矿用轨道式通风监测机器人，包括机器人本体、主控模块、能源模块、检测组件以及无线通讯模块；所述主控模块、能源模块、检测组件以及无线通讯模块均安装于所述机器人本体上；所述机器人本体上还设置了用于驱动机器行动的驱动轮组和支撑滑轮组，所述支撑滑轮组用于将机器人本体支撑在轨道上，驱动轮组用于驱动机器人本体在轨道上移动；无线通讯模块连接主控模块，用于与上位机进行信息通信，实现主控模块与上位机之间的信息交互；监测组件用于对矿道内的气体进行监测；能源模块连接机器人本体、主控模块、检测组件以及无线通讯模块以进行能源供应。

驱动轮组包括驱动轮1和驱动电机2；支撑滑轮组包括支撑轮3；检测组件包括高速相机4，激光雷达5，水位传感器7和风量风速传感器8；此外还包括能源模块6、机架9、主控箱10、天线11和水位传感器电机12；驱动轮1与驱动电机2连接，对称布置两组。驱动电机2，支撑轮3，高速相机4，激光雷达5，能源模块6，风量风速传感器8，主控箱10，天线11，水位传感器电机12固定在机架9上。水位传感器7与水位传感器电机12连接。

图3所示，通风监测机器人行走轨道13为工字型，轨道13的下表面安装位置标识，四个支撑轮3将通风监测机器人挂在轨道上，并且可以沿着轨道13滚动。对称分布的两个驱动轮1与轨道13紧密的贴合，依靠两者的摩擦力，带动通风监测机器人在轨道上行走。

整个系统工作方式如下：能源模块6为驱动电机2，水位传感器电机12提供动力，能源模块6转换电压后为高速相机4，激光雷达5，水位传感器7，风量风速传感器8，主控箱10，天线11提供工作电源；对称分布的驱动电机2同时驱动各自的驱动轮1，使通风监测机器人在轨道13上快速移动；高速相机4拍摄轨道13底部的位置标识，并传递给主控器，主控器识别后，确定通风监测机器人的实时位置；激光雷达5持续扫描巷道断面，通过对比不同时间段内巷道断面的变化情况，判断巷道围岩断面的变形情况；风量风速传感器8监测巷道各个位置的风量及风速信息；水位传感器7为柔性线状传感器，在柔性线上安装电阻片，通风监测机器人到达指定位置时，水位传感器电机12驱动水位传感器7放下安装有电阻片的柔性线，柔性线前段设置重力锥，保证柔性线垂直下降，装有电阻片的柔性线进入一定深度的积水中，通过电阻变化来监测地面积水深度。

主控箱10包括驱动电机控制器，数据采集及存储单元和主运算器；其中驱动电机控制器用来控制驱动电机2和水位传感器电机12工作；数据采集及存储单元将所有传感器的信息进行采集并存储，通过主运算器的计算，对巷道围岩断面变形量，积水深度，风速风量等参数进行分析及危险预警；无线通讯模块上传各种信息并接收来自远程操控中心的命令，控制机器人本体在轨道上的移动。

能源模块6包括可充电电池及电池管理系统，将电池信息实时传递给主控箱10，确定通风巡检机器人的剩余行驶里程，进行电池充电管理，并监测电池电量情况。电池电量达到设定的下限值时，主动箱10发出指令，使通风监测机器人运行回充电站进行充电。

图4所示，在巷道14中布置两条轨道，下行轨道15，上行轨道16。在下行轨道15与上行轨道16之间，相隔固定距离布置连接轨道17。通风监测机器人18可以在下行轨道15或上行轨道16上快速移动，可以通过连接轨道17方便的更换运动方向。

Claims (8)

1.一种矿用轨道式通风监测机器人，其特征在于，包括机器人本体、主控模块、能源模块、检测组件以及无线通讯模块；所述主控模块、能源模块、检测组件以及无线通讯模块均安装于所述机器人本体上；所述机器人本体上还设置了用于驱动机器行动的驱动轮组和支撑滑轮组，所述支撑滑轮组用于将机器人本体支撑在轨道上，驱动轮组用于驱动机器人本体在轨道上移动；无线通讯模块连接主控模块，用于与上位机进行信息通信，实现主控模块与上位机之间的信息交互；监测组件用于对矿道内的气体进行监测；能源模块连接机器人本体、主控模块、检测组件以及无线通讯模块以进行能源供应。

2.根据权利要求1所述的一种矿用轨道式通风监测机器人，其特征在于，驱动轮组包括驱动轮和驱动电机，驱动电机为伺服电机，用于调节驱动轮的速度。

3.根据权利要求1所述的一种矿用轨道式通风监测机器人，其特征在于，所述轨道为两条，分别为上行轨道和下行轨道，上行轨道和下行轨道之间设置连接轨道，机器人通过连接轨道更换运动方向。

4.根据权利要求3所述的一种矿用轨道式通风监测机器人，其特征在于，在轨道上间隔固定距离设置用于标记位置的标签，通过识别标签确定机器人所在的位置。

5.根据权利要求3所述的一种矿用轨道式通风监测机器人，其特征在于，所述检测组件包括多线激光雷达、风量风速传感器、水位传感器及高速摄像机，其中多线激光雷达用于实时扫描巷道的断面，通过对比前次和本次扫描的巷道断面信息，判断巷道围岩断面的变形情况；风量风速传感器用于监测巷道中的通风情况；水位传感器用于监测地面积水情况；高速摄像机用于拍摄轨道上的标签，确定机器人当前所在的位置。

6.根据权利要求5所述的一种矿用轨道式通风监测机器人，其特征在于，主控模块包括驱动电机控制器，数据采集及存储单元和主运算器；其中驱动电机控制器用于控制驱动电机和水位传感器电机工作；数据采集及存储单元用于将所有传感器的信息进行采集并存储，通过主运算器的计算，确定通风监测机器人位置，并对此位置处的巷道围岩断面变形量，积水深度，风速风量参数进行分析及危险预警；无线通讯模块用于上传传感器采集的信息并接收来自远程操控中心的命令，控制机器人本体在轨道上的移动。

7.根据权利要求5所述的一种矿用轨道式通风监测机器人，其特征在于，所述水位传感器为柔性线状传感器，在柔性线上安装电阻片，通过电阻变化来监测地面积水深度。

8.根据权利要求1所述的一种矿用轨道式通风监测机器人，其特征在于，能源模块包括可充电电池及电池管理系统，将电池信息实时传递给主控模块，确定通风巡检机器人的剩余行驶里程，进行电池充电管理，并监测电池电量情况，根据电池的剩余电量，判断是否需要到充电处充电。

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