煤矿机器人技术及应用

吴东东 丁军 李健

1.山东能源集团兖州煤业股份有限公司东滩煤矿综采一区 山东邹城 273512

2.山东能源集团兖州煤业股份有限公司东滩煤矿生产准备工区 山东邹城 273512

自建国以来，我国的煤炭行业一直处于长足发展阶段，其在技术以及装备方面均有着大幅的提升。煤矿的发展从最开始的人力支撑逐步发展为半自动化以及自动化开采，现如今，我国的煤矿装备设计方面均处于世界上游水平。

煤炭行业发展初始，就提出了煤矿机器人的概念，但是由于受制于井下环境的特殊性，导致无法将机器人技术直接应用到井下开采工作中去。煤矿机器人一度出现研发难度高，且研发周期长的特点，在这样的趋势下，导致其产品的性能一直无法趋于稳定状态，为投入使用增加多种阻碍。由于产品对于安全性能的要求相对较高，导致后期在工作开展过程中需要着重针对煤矿井下特殊生产环境中关于机器人的性能进行研究，从而构建出一套相对完善的应用技术体系。

1 煤矿变电站巡检机器人关键技术的要求

1.1 主要性能

在煤矿开采与生产过程中，使用巡检机器人将会对关键技术有着严格的要求，关于性能方面的要求，应该着手从以下几个方面出发：当处于水平地面时，其最大的速度应该在1m/s，随之还要适当控制好最小的转弯直径，确保其的长度在与自身长度处于2 倍的标准。除此之外，还需要考虑到爬坡能力的控制，在适当范围内，环境处于15℃的状态。如果涉及到了最大的涉水深度，那么应该将其控制在10cm 以上。当处于1m/s 的状态时，此种运动状态需要机器人的移动平台具备一定的运动功能，这样一来，面对不同方面的需求，均可以满足，例如直行转弯的状态下[1]。

1.2 主要功能

在对其的主要功能进行分析时发现，应该着重重视对其定位功能以及自主导航功能，并且在操作时严格遵循其相应的要求，随之，机器人本身应该具备一定的路线分析的能力，与此同时还要在工作开展的过程中能够自主的行走与停靠。此外，还需要将导航过程中存在的误差加以准确的定位，在控制的同时，确保其误差在10 毫米上下最为恰当。其次，对于可见光的检测也是尤为重要的，工作过程中，需要为机器人配备可见光摄像机，这样便可以针对现有设备的外观或者道闸的分和情况作出判断，随后将获取的视频上传至监控后台中。其中，当对读取的误差进行控制时，其标准应该在5%左右。随之为机器人配备专业的红外线热成像仪，在线连接状态下，可以随时随地进行信息的采集与供应，期间，可以对设备的接头以及本体进行温度的采集，期间值得注意的是，需要将成像的像素设计在320×240 的标准上，其接口形式应该以RS-485 与太网为主，除此之外的相关要求有附录加以指示[2]。

2 煤矿变电站巡检机器人关键技术的应用

2.1 两轮差速驱动底盘

在煤矿工作开展过程中，由于变电站的地面工作具有一定的特殊性，当机器人在水泥地面进行工作时，速度一般是处于0.3-1m/s 的状态。此过程中，往往需要考虑到巡检机器人的具体工作环境，并将其基本的机动性能加以联系，适当将底盘设计为两轮驱动，其本质为四轮驱动状态，但是其中两个为方向轮，另外两个则为驱动轮，因此在工作过程中适当的借助驱动轮动力，进而实现进退两种需求[3]。

2.2 导航定位系统

在变电站的巡检工作中，所使用的机器人导航形式是多样化的，主要包括了：激光巡视法，，主要是借助激光的作用，与相关的反光标志加以配合使用，期间如果反光的标志出现了损坏的现象，那么便会影响到机器人的工作状态，致使其无法正常行走，进而降低了其工作的可靠性，为后期的维护工作带来一定的难度。除此之外，便是电磁感应巡线，其就是借助变电站中地面预先埋设的磁条与通电线圈，在磁感应传感器的影响下，促进巡检工作的稳定开展。利用此种方式，提升了巡检工作的可靠性。当对变电站的地面进行轨道铺设时，主要的目的就是为了能够使机器人能够火车一样，随着既定的轨迹进行运行，这样一来，便可以促使机器人始终处于稳定的运行状态，但是值得一提的是，此种形式会带来较大的工作量，如果在巡检的图中发生了较大的变化，那么原有的轨道便需要进行重新的铺设，导致操作成本陡然增加。

2.3 无线通信模块

借助无线通讯模块，可以为巡检机器人提供后台监控以及任务调度。一般而言，常用的无线网络是以点到点状态为主的，此种网络状态通讯相对落后，会为接下来机器人的工作带来一定的阻碍。Mesh 网络的存在，就是一种新的网络结构，将其应用在工作中，可以多方面多途径提供数据传输，不仅运营成本低，且组网方式相对先进，进一步可提升数据传输的有效性。针对变电站工作中，对巡检机器人的使用，可以进一步对现有的工作环境进行分析与研究，进而构建出一套行之有效的无线通讯系统[4]。

3 结语

总而言之，我国现阶段已经将机器人的使用贯穿至各个行业领域中，这样一来，极大的便利了人们的生活，将人们的双手解放出来，降低了人们的劳动强度，随之还在一定基础上提升了生产力。为了能够使煤矿生产更加目标化，彻底解放劳动力，后期对于巡检机器人的使用将是潮流，是发展的趋势，其在工作中完全可以代替人力，然后将关键技术加以研究，使机器人的工作开展起来更加容易落实任务布置，利用先进的仪器，促使电力设备运行状态更加优良。