CN114153215A - 煤矿瓦斯巡检机器人方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为煤矿瓦斯巡检机器人方法及系统，在巷道交叉入口布设有线控显示终端；线控显示终端设置有UWB定位基站，每条巷道的底部也设置有UWB定位基站；还包括设置有UWB定位标签的多个巡检机器人；根据UWB定位基站形成每条巷道内的一维定位网络；根据巡检请求中对应的处理事项生成巡航命令；发送巡航命令至相匹配的巡检机器人；响应巡航命令在对应的目标位置进行巡航，并进行处理事项的信号探测；当信号探测正常时，巡检机器人将探测数据进行存储，巡航结束后将探测数据传输至线控显示终端；当信号探测不正常时，巡检机器人将探测数据通过无线通讯传输至线控显示终端；能够精准定位，简化巡检路线复杂性，降低运行难度提高操作安全性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿巡航技术领域，特别是涉及一种煤矿瓦斯巡检机器人方法及系统。
背景技术
煤矿瓦斯又称煤层瓦斯、煤层气。从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体。瓦斯是煤矿生产中的有害因素，它不仅污染空气，而且当空气中瓦斯含量为5％～16％时，遇火会引起爆炸，造成事故。
目前，煤矿井下大部分是靠人工进行检查，部分有条件的矿井可能配备了巡检机器人。人工巡检过程中存在人员安全风险并且效率较低，且难以发现隐患点，巡检机器人对巷道的平整度要求较高，若地势不平坦，行进的道路有障碍时，巡检机器人将不能前进，需要井下工作人员清理障碍物，难以适应复杂的巷道地形，巡检效率较低。
所谓巷道是在地表与矿体之间钻凿出的各种通路，用来运矿、通风、排水、行人以及为冶金设备采出矿石新开凿的各种必要准备工程等，这些通路，统称为巷道。为了安全高效开采煤炭，煤矿巡检是消除事故隐患，预防事故，保证煤矿安全生产的重要手段和措施。
现有技术中采用了两种方案进行解决上述问题；一是直接采用带有可视化图像的巡检机器人，由工作人员进行手动操作，控制巡检机器人进行检查，这种方式无疑没有达到真正的达到自动化和高安全性巡检；二是采用了飞控无人机进行巡航，以解决道路不平整的问题；但是这种方式对巷道内的空气扰动和干扰较大，容易出现巡检点位的误判，同时飞控系统在发生意外碰撞时更加容易迸发火星，安全隐患较大；那么针对路线不平整的问题，实际最问题是现有的巡检机器人的行程过长，难以通过机器学习构建出行程路径依赖和标定，且在矿井下的定位不够准确，导致巡检机器人回返的定位信号不够准确，也就容易造成不必要的碰撞；因此需要一种既能提高安全性，又能准确定位和巡检的机器人巡航系统。
发明内容
为了解决现有问题，本发明提供一种采用UWB定位基站和UWB定位标签建立起一维定位网络，且通过有线连接的线控显示终端在交叉口建立UWB定位基站，能够辐射该交叉口对应的多条巷道，且一维定位网络可以精准定位单方向简单运行的巷道检测，并且在检测时进行正常数据的预存，减少无线信号的发射量和负载量，进一步提高无线通讯稳定性和安全性；只有在非正常状态才进行及时通报和警告。
本发明为一种煤矿瓦斯巡检机器人方法，在巷道交叉入口布设有线控显示终端；所述线控显示终端设置有UWB定位基站，每条巷道的底部也设置有UWB定位基站；还包括设置有UWB定位标签的多个巡检机器人；巡航方法包括：
根据UWB定位基站形成每条巷道内的一维定位网络；
获取巡检机器人在所述一维定位网络中的位置信息以及身份信息；
根据所述巡检机器人的身份信息对处理事项进行标定，在获得所述巡检机器人的处理事项后，将处理事项的目标位置信息发送至所述巡检机器人；
根据巡检请求中对应的处理事项生成巡航命令；发送巡航命令至相匹配的所述巡检机器人；
响应巡航命令在对应的所述目标位置进行巡航，并进行所述处理事项的信号探测；
当信号探测正常时，巡检机器人将探测数据进行存储，巡航结束后将探测数据传输至所述线控显示终端；
当信号探测不正常时，巡检机器人将探测数据通过无线通讯传输至所述线控显示终端。
作为优选，在形成一维定位网络时，将处理事项中的目标单位在一维定位网络中进行位置标定，根据所述目标单位的位置信息生成唯一识别码；根据巡检请求中对应的处理事项和所述唯一识别码生成巡航命令。
作为优选，响应巡航命令在对应的所述目标位置进行巡航时，首先根据唯一识别码标定出巷道路线；根据所述巷道路线和处理事项进行所述巡检机器人的匹配；所述巷道路线对应的UWB定位基站向UWB定位标签发送脉冲数据帧以激活所述UWB定位标签。
作为优选，在巡检过程中，巡检机器人将探测数据进行离线存储并与阈值范围进行比对，包括目标位置、目标位置到达时间、目标位置检测详情；当其中一项探测数据未落入阈值范围内时，所述巡检机器人将探测数据上传至所述线控显示终端；当探测数据均落入阈值范围内时，将探测数据进行离线缓存。
作为优选，当探测数据均落入阈值范围内时，完成所述巡航命令后，所述巡检机器人返航至所述线控显示终端进行有线直连。
一种煤矿瓦斯巡检机器人系统，在巷道交叉入口布设有线控显示终端；所述线控显示终端设置有UWB定位基站，每条巷道的底部也设置有UWB定位基站；还包括设置有UWB定位标签的多个巡检机器人：所述线控显示终端包括有第一控制模块、第一有线通讯模块、第一无线通讯模块；所述巡检机器人包括第二控制模块、第二无线通讯模块、检测模块、存储模块；
根据UWB定位基站形成每条巷道内的一维定位网络；
所述第一控制模块用于获取巡检机器人在所述一维定位网络中的位置信息以及身份信息；
所述第一控制模块用于根据所述巡检机器人的身份信息对处理事项进行标定，在获得所述巡检机器人的处理事项后，所述第一无线通讯模块用于将处理事项的目标位置信息发送至所述巡检机器人；
所述第一控制模块用于根据巡检请求中对应的处理事项生成巡航命令；发送巡航命令至相匹配的所述巡检机器人；
所述第二控制模块用于响应巡航命令在对应的所述目标位置进行巡航，并通过所述检测模块进行所述处理事项的信号探测；
当信号探测正常时，巡检机器人将探测数据进行存储，巡航结束后将探测数据传输至所述线控显示终端；
当信号探测不正常时，巡检机器人将探测数据通过所述第二无线通讯模块传输至所述线控显示终端。
作为优选，在形成一维定位网络时，将处理事项中的目标单位在一维定位网络中进行位置标定，根据所述目标单位的位置信息生成唯一识别码；根据巡检请求中对应的处理事项和所述唯一识别码生成巡航命令。
作为优选，响应巡航命令在对应的所述目标位置进行巡航时，首先根据唯一识别码标定出巷道路线；根据所述巷道路线和处理事项进行所述巡检机器人的匹配；所述巷道路线对应的UWB定位基站向UWB定位标签发送脉冲数据帧以激活所述UWB定位标签。
作为优选，所述第二控制模块还包括对比单元；在巡检过程中，所述对比单元用于将探测数据进行离线存储并与阈值范围进行比对，包括目标位置、目标位置到达时间、目标位置检测详情；当其中一项探测数据未落入阈值范围内时，所述第二无线通讯模块用于将探测数据上传至所述线控显示终端；当探测数据均落入阈值范围内时，将探测数据进行离线缓存在所述存储模块中。
作为优选，当探测数据均落入阈值范围内时，完成所述巡航命令后，所述巡检机器人返航至所述线控显示终端，通过所述第一有线通讯模块进行有线直连。
本发明的有益效果是：本发明提供一种煤矿瓦斯巡检机器人方法，在巷道交叉入口布设有线控显示终端；线控显示终端设置有UWB定位基站，每条巷道的底部也设置有UWB定位基站；还包括设置有UWB定位标签的多个巡检机器人；根据UWB定位基站形成每条巷道内的一维定位网络；获取巡检机器人在一维定位网络中的位置信息以及身份信息；根据巡检机器人的身份信息对处理事项进行标定，在获得巡检机器人的处理事项后，将处理事项的目标位置信息发送至巡检机器人；根据巡检请求中对应的处理事项生成巡航命令；发送巡航命令至相匹配的巡检机器人；响应巡航命令在对应的目标位置进行巡航，并进行处理事项的信号探测；当信号探测正常时，巡检机器人将探测数据进行存储，巡航结束后将探测数据传输至线控显示终端；当信号探测不正常时，巡检机器人将探测数据通过无线通讯传输至线控显示终端；能够精准定位，简化巡检路线复杂性，降低运行难度提高操作安全性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的系统架构图；
图3为本发明的布设示意图。
元器件符号说明
1、线控显示终端；11、第一控制模块；12、第一有线通讯模块；13、第一无线通讯模块；
2、巡检机器人；21、第二控制模块；211、对比单元；22、第二无线通讯模块；23、检测模块；24、存储模块；
A、UWB定位基站；B、UWB定位标签；C、服务器。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
在下文描述中，给出了普选实例细节以便提供对本发明更为深入的理解。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。应当理解所述具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件或它们的组合。
如背景技术所述，现有技术中的方案，要么采用了激进的全自动式机器人巡航，其地形之复杂使得巡检机器人的避障、机器学习功能要大幅度提高；但是由于矿洞本身处于地下，地形复杂还需要有正常工作产线运转，同时通讯阻隔太多，因此根本无法做到良好的精准无线通讯、续航、定位和长时间的无线传输均会造成隐患；要么就直接采用遥控式的机器人巡航，需要工作人员在一定的距离范围内进行操作和观察，也就非常的不方便，且具有危险性；而本方案因地制宜，根据矿洞巷道的特点，具体公开如下方案进行解决。
本发明公开一种煤矿瓦斯巡检机器人方法，请参阅图1，在巷道交叉入口布设有线控显示终端；线控显示终端设置有UWB定位基站，每条巷道的底部也设置有UWB定位基站；还包括设置有UWB定位标签的多个巡检机器人；因为在采集煤矿或者瓦斯天然气等资源时，都会挖掘作业巷道、运输巷道以及回风巷；那么通常来说，作业巷道就是需要人工巡检的巷道，因为其内部环境复杂，且存在实施作业区，情况多变，虽然现有的系统中，还未发生无线通讯电磁波所导致的井下爆炸时间，但是并不意味着电磁波属于绝对安全，一般来说，减小通讯数据发射量和负载就能降低其发射功率，并且保持信号连接稳定，也能够降低功耗保证安全；那么对于巷道的交叉口来说，煤矿作业本身就需要布设有限连接的监控设置在固定点位，而且有线连接保证了节点连接的安全性和高效性，并且能够提供有效巡航和准确传递，因此对于巡检机器人来说，单个巷道就是单一简单航线，只需要在巷道内航行就可以实现巡检目的；同时一个交叉口能够辐射多个相连的巷道，将巡检工作进行简化，并且大大提高了传输稳定性和安全性；
巡航方法包括：
根据UWB定位基站形成每条巷道内的一维定位网络；由于线控显示终端是有线连接，那么可以直接连接在矿井外，也就构成了巡检机器人的工作起点和续航充电站，而单条巷道的地形不会过于复杂，且巡检机器人无需飞空对目标进行检测，因此只需要建立UWB一维定位网络即可对巡检机器人起到路线指引的效果；
获取巡检机器人在一维定位网络中的位置信息以及身份信息；由于一台线控显示模块会对应多条巷道的多个巡检机器人，甚至巡检机器人上可实现的检测功能也不完全一致，因此需要针对位置和身份信息标定，以指挥合适巡检机器人进行巡航；
根据巡检机器人的身份信息对处理事项进行标定，在获得巡检机器人的处理事项后，将处理事项的目标位置信息发送至巡检机器人；所谓处理事项就是需要巡检的闸口或者管道，以及其目标所在的位置；
根据巡检请求中对应的处理事项生成巡航命令；发送巡航命令至相匹配的巡检机器人；所谓相匹配，就是指在派发命令中，需要巡检的项目和具备该巡检功能的机器人配对，以及巷道位置和巡检机器人大致路径一致的配对方式；
响应巡航命令在对应的目标位置进行巡航，并进行处理事项的信号探测；
当信号探测正常时，巡检机器人将探测数据进行存储，巡航结束后将探测数据传输至线控显示终端；采用离线存储的方式，是因为巡检机器人无时无刻不在通过UWB的脉冲进行定位，但是检测数据的载量容易造成射频功率的波动，为了减小波动和干扰造成对信号接收的影响、以及对安全性的影响，所以对于正常的数据则先进行存储，当巡检机器人返航至线控显示终端后，将带有时间戳的检测数据包通过有线的方式或者近距离传输通讯（NFC）的方式传输给线控显示终端，然后由线控显示终端将该数据反馈至上位服务器；
当信号探测不正常时，巡检机器人将探测数据通过无线通讯传输至线控显示终端，那么在不正常时，这通过UWB的通讯将该数据立即回返，保证整体安全。
因此在这个过程中，通过将巷道复杂环境简化，充分利用地形特点，搭建稳定的UWB定位网络，减少不必要的数据传输，保证大数据流量以安全范围内进行传输，能够高效的完成巡检，同时保证定位精准和通讯稳定。
在本实施例中，在形成一维定位网络时，将处理事项中的目标单位在一维定位网络中进行位置标定，根据目标单位的位置信息生成唯一识别码；根据巡检请求中对应的处理事项和唯一识别码生成巡航命令。因为存在巡检机器人功能重叠的情况，因此对任务中目标单位的位置进行标定，可以保证巡检机器人可以对应巡检该机构，并且唯一识别码也能够保证巡检机械人执行任务是唯一出动单位。
在本实施例中，响应巡航命令在对应的目标位置进行巡航时，首先根据唯一识别码标定出巷道路线；根据巷道路线和处理事项进行巡检机器人的匹配；巷道路线对应的UWB定位基站向UWB定位标签发送脉冲数据帧以激活UWB定位标签。因为唯一识别码包括了需要巡航单位的所在位置，而处于巷道最深处的UWB定位基站仅构建一维定位网络，因此需要在确定了目标单位所在巷道后，再确定巷道所在的具体位置，能够保证巡检机器人准确进入到所要巡检的巷道内。
在本实施例中，在巡检过程中，巡检机器人将探测数据进行离线存储并与阈值范围进行比对，包括目标位置、目标位置到达时间、目标位置检测详情；当其中一项探测数据未落入阈值范围内时，巡检机器人将探测数据上传至线控显示终端；当探测数据均落入阈值范围内时，将探测数据进行离线缓存。由于巡检是通过外部数据和监测作出的判断，不与矿井内工作系统本身发生信息交互，因此需要确定其位置，然后通过到达时间来标定出正常状态下的巡检时间；例如有甲烷浓度、氧气浓度、温度数据等。
在本实施例中，当探测数据均落入阈值范围内时，完成巡航命令后，巡检机器人返航至线控显示终端进行有线直连。由于线控显示终端和外界是有限直连，所以可以做到快速、高效的通讯，同时能够作为巡检机器人的续航点位，当巡检机器人巡检完毕后，可以通过磁吸接口的方式进行充电，同步转移数据；亦或者不进行充电时，可以通过NFC这种近距离的高安全通讯来转移数据，减小射频信号对巷道环境的影响。
对应上述方法公开有一种煤矿瓦斯巡检机器人系统，请参阅图2-图3，在巷道交叉入口布设有线控显示终端1；线控显示终端1设置有UWB定位基站A，每条巷道的底部也设置有UWB定位基站A；还包括设置有UWB定位标签B的多个巡检机器人2：线控显示终端1包括有第一控制模块11、第一有线通讯模块12、第一无线通讯模块13；巡检机器人2包括第二控制模块21、第二无线通讯模块22、检测模块23、存储模块24；第一有线通讯模块通过连接线的方式和外界服务器C进行通讯连接；
根据UWB定位基站形成每条巷道内的一维定位网络；
第一控制模块用于获取巡检机器人在一维定位网络中的位置信息以及身份信息；
第一控制模块用于根据巡检机器人的身份信息对处理事项进行标定，在获得巡检机器人的处理事项后，第一无线通讯模块用于将处理事项的目标位置信息发送至巡检机器人；
第一控制模块用于根据巡检请求中对应的处理事项生成巡航命令；发送巡航命令至相匹配的巡检机器人；
第二控制模块用于响应巡航命令在对应的目标位置进行巡航，并通过检测模块进行处理事项的信号探测；
当信号探测正常时，巡检机器人将探测数据进行存储，巡航结束后将探测数据传输至线控显示终端；
当信号探测不正常时，巡检机器人将探测数据通过第二无线通讯模块传输至线控显示终端。
在本实施例中，在形成一维定位网络时，将处理事项中的目标单位在一维定位网络中进行位置标定，根据目标单位的位置信息生成唯一识别码；根据巡检请求中对应的处理事项和唯一识别码生成巡航命令。
在本实施例中，响应巡航命令在对应的目标位置进行巡航时，首先根据唯一识别码标定出巷道路线；根据巷道路线和处理事项进行巡检机器人的匹配；巷道路线对应的UWB定位基站向UWB定位标签发送脉冲数据帧以激活UWB定位标签。
在本实施例中，第二控制模块21还包括对比单元211；在巡检过程中，对比单元用于将探测数据进行离线存储并与阈值范围进行比对，包括目标位置、目标位置到达时间、目标位置检测详情；当其中一项探测数据未落入阈值范围内时，第二无线通讯模块用于将探测数据上传至线控显示终端；当探测数据均落入阈值范围内时，将探测数据进行离线缓存在存储模块中。
在本实施例中，当探测数据均落入阈值范围内时，完成巡航命令后，巡检机器人返航至线控显示终端，通过第一有线通讯模块进行有线直连。
本发明的技术效果有：
当信号探测正常时，巡检机器人将探测数据进行存储，巡航结束后将探测数据传输至线控显示终端；当信号探测不正常时，巡检机器人将探测数据通过无线通讯传输至线控显示终端；能够精准定位，简化巡检路线复杂性，降低运行难度提高操作安全性。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种煤矿瓦斯巡检机器人方法，其特征在于，在巷道交叉入口布设有线控显示终端；所述线控显示终端设置有UWB定位基站，每条巷道的底部也设置有UWB定位基站；还包括设置有UWB定位标签的多个巡检机器人；巡航方法包括：
根据UWB定位基站形成每条巷道内的一维定位网络；
获取巡检机器人在所述一维定位网络中的位置信息以及身份信息；
根据所述巡检机器人的身份信息对处理事项进行标定，在获得所述巡检机器人的处理事项后，将处理事项的目标位置信息发送至所述巡检机器人；
根据巡检请求中对应的处理事项生成巡航命令；发送巡航命令至相匹配的所述巡检机器人；
响应巡航命令在对应的所述目标位置进行巡航，并进行所述处理事项的信号探测；
当信号探测正常时，巡检机器人将探测数据进行存储，巡航结束后将探测数据传输至所述线控显示终端；
当信号探测不正常时，巡检机器人将探测数据通过无线通讯传输至所述线控显示终端。
2.根据权利要求1所述的煤矿瓦斯巡检机器人方法，其特征在于，在形成一维定位网络时，将处理事项中的目标单位在一维定位网络中进行位置标定，根据所述目标单位的位置信息生成唯一识别码；根据巡检请求中对应的处理事项和所述唯一识别码生成巡航命令。
3.根据权利要求2所述的煤矿瓦斯巡检机器人方法，其特征在于，响应巡航命令在对应的所述目标位置进行巡航时，首先根据唯一识别码标定出巷道路线；根据所述巷道路线和处理事项进行所述巡检机器人的匹配；所述巷道路线对应的UWB定位基站向UWB定位标签发送脉冲数据帧以激活所述UWB定位标签。
4.根据权利要求2所述的煤矿瓦斯巡检机器人方法，其特征在于，在巡检过程中，巡检机器人将探测数据进行离线存储并与阈值范围进行比对，包括目标位置、目标位置到达时间、目标位置检测详情；当其中一项探测数据未落入阈值范围内时，所述巡检机器人将探测数据上传至所述线控显示终端；当探测数据均落入阈值范围内时，将探测数据进行离线缓存。
5.根据权利要求4所述的煤矿瓦斯巡检机器人方法，其特征在于，当探测数据均落入阈值范围内时，完成所述巡航命令后，所述巡检机器人返航至所述线控显示终端进行有线直连。
6.一种煤矿瓦斯巡检机器人系统，其特征在于，在巷道交叉入口布设有线控显示终端；所述线控显示终端设置有UWB定位基站，每条巷道的底部也设置有UWB定位基站；还包括设置有UWB定位标签的多个巡检机器人：所述线控显示终端包括有第一控制模块、第一有线通讯模块、第一无线通讯模块；所述巡检机器人包括第二控制模块、第二无线通讯模块、检测模块、存储模块；
根据UWB定位基站形成每条巷道内的一维定位网络；
所述第一控制模块用于获取巡检机器人在所述一维定位网络中的位置信息以及身份信息；
所述第一控制模块用于根据所述巡检机器人的身份信息对处理事项进行标定，在获得所述巡检机器人的处理事项后，所述第一无线通讯模块用于将处理事项的目标位置信息发送至所述巡检机器人；
所述第一控制模块用于根据巡检请求中对应的处理事项生成巡航命令；发送巡航命令至相匹配的所述巡检机器人；
所述第二控制模块用于响应巡航命令在对应的所述目标位置进行巡航，并通过所述检测模块进行所述处理事项的信号探测；
当信号探测正常时，巡检机器人将探测数据进行存储，巡航结束后将探测数据传输至所述线控显示终端；
当信号探测不正常时，巡检机器人将探测数据通过所述第二无线通讯模块传输至所述线控显示终端。
7.根据权利要求6所述的煤矿瓦斯巡检机器人系统，其特征在于，在形成一维定位网络时，将处理事项中的目标单位在一维定位网络中进行位置标定，根据所述目标单位的位置信息生成唯一识别码；根据巡检请求中对应的处理事项和所述唯一识别码生成巡航命令。
8.根据权利要求7所述的煤矿瓦斯巡检机器人系统，其特征在于，响应巡航命令在对应的所述目标位置进行巡航时，首先根据唯一识别码标定出巷道路线；根据所述巷道路线和处理事项进行所述巡检机器人的匹配；所述巷道路线对应的UWB定位基站向UWB定位标签发送脉冲数据帧以激活所述UWB定位标签。
9.根据权利要求7所述的煤矿瓦斯巡检机器人系统，其特征在于，所述第二控制模块还包括对比单元；在巡检过程中，所述对比单元用于将探测数据进行离线存储并与阈值范围进行比对，包括目标位置、目标位置到达时间、目标位置检测详情；当其中一项探测数据未落入阈值范围内时，所述第二无线通讯模块用于将探测数据上传至所述线控显示终端；当探测数据均落入阈值范围内时，将探测数据进行离线缓存在所述存储模块中。
10.根据权利要求9所述的煤矿瓦斯巡检机器人系统，其特征在于，当探测数据均落入阈值范围内时，完成所述巡航命令后，所述巡检机器人返航至所述线控显示终端，通过所述第一有线通讯模块进行有线直连。
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