2024-12-27
关士远.综放工作面隔爆型巡检机器人研究与应用[J].中国煤炭，2024，50（11）：86-91.DOI：10.19880/j.cnki.ccm.2024.09.011
GUAN Shiyuan.Research and application of explosion-proof inspection robot of fully mechanized mining face[J].China Coal，2024，50（11）：86-91.DOI：10.19880/j.cnki.ccm.2024.09.011
针对目前综放工作面本安型巡检机器人存在的运行质量差、防护能力弱、动力不足、续航里程短、对周围环境感知能力有限、无法实现常态化运行等问题，设计了一种综放工作面隔爆型巡检机器人，该巡检机器人采用模块化设计，可以搭载多种传感器，具备充足的动力和有效的防护能力，同时提供三维感知能力。分析总结了综放工作面实变轨道的具体形态，针对其实际轨道形态，设计了能有效应对轨道变形的机械结构，解决了通过性难题。通过在煤矿实际应用表明，该巡检机器人具有三维实时建图功能，能够为煤机实时割煤提供指导，也能够实现常态化运行。
关士远（1981-），男，辽宁沈阳人，硕士，工程师，毕业于东北大学，现就职于北京天玛智控科技股份有限公司，主要从事综采工作面巡检机器人及激光雷达三维建图研究。E-mail：deansaint@126.com
首先，分析了目前综放工作面巡检机器人的发展现状。针对综采工作面环境的视频监控现状，得出采用巡检机器人进行巡检的必要性。由于综采工作面环境复杂恶劣，综采工作面多采用轨道式巡检机器人，根据目前综采工作面本安型巡检机器人在使用过程中遇到的问题，得出本安型巡检机器人不足以实现常态化巡检，并据此提出隔爆型巡检机器人的设计方案。其次，介绍了综放工作面隔爆型巡检机器人的各个部分组成。综放工作面隔爆型巡检机器人采用模块化设计，各个模块采取独立安标取证，整体由隔爆电源、主控箱、底盘及行走机构、运行轨道、激光雷达几个部分组成，并详细各个组成部分功能进行了详细叙述。第三，对综放工作面隔爆型巡检机器人通过性进行了分析及设计。分析了综采工作面轨道的3种形态：坡度形态、错切形态、扭转形态，然后针对3种形态分别在机械结构上设计对应的机构进行解决：设计履带式行走机构解决坡度形态对通过性造成的影响；前后2组差分驱动解决错切形态导致的通过性难题；对于扭转形态，在底盘中间增加纵向转轴来解决扭转造成的4条履带不能同时接触轨道的问题。第四，详细阐述了综放工作面隔爆型巡检机器人感知及控制系统设计。通过巡检机器人搭载激光雷达解决综放工作面的感知问题，通过激光SLAM建图实现实时三维感知，并且融合彩色摄像头实现增强的三维可视化效果；巡检机器人的控制系统基于CANOPEN实现的基于模型预测控制算法的控制系统，保障巡检机器人实现稳定的巡检。最后，介绍了综放工作面隔爆型巡检机器人具体应用情况。2023年10月，综放工作面隔爆型巡检机器人已成功在国能神东煤炭集团保德煤矿81202综放工作面投入应用，应用以来该巡检机器人运行平稳，并能实现跟机巡检，替代常规的人工巡检，可以有效减少维护人员在综放工作面工作的时长。特别是在有潜在危险时，综放工作面巡检机器人更能发挥难以替代的作用。
图1 隔爆型巡检机器人组成
图2 巡检机器人运行轨道
图3 轨道变形的3种基本形态
责任编辑：宫在芹
