中煤天津设计工程有限责任公司 矿山科技公司 天津市红桥区 300000
摘要：在国民经济发展的过程中，矿业取得了长足的进步，实现了从传统矿业向智能矿业的转变。国家安全监管总局对煤矿生产保障智能监测系统等生产环节提出“机械化换人、自动化减人”的要求，采用智能巡检机器人对选煤厂带式输送机栈桥减少巡检人员、提高巡检效率与质量，提高系统运行安全具有重要意义。因此，本文主要分析了带式输送机栈桥智能巡检机器人的关键技术，为选煤厂带式输送机栈桥智能巡检机器人应用提供了参考。
关键词：带式输送机栈桥；智能巡检机器人
一、带式输送机栈桥智能巡检机器人建设背景
当前，我国国民经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，正处在转变发展方式、优化经济结构、新旧动能转换的攻关期。在“两化”深度融合的大形势下，工业领域正迎来产业发展的巨大变革。2016年国家发展与改革委员会颁布《机器人产业发展规划（2016-2020年）》，2019年1月，国家煤矿安全监察局发布了《煤矿机器人重点研发目录》，聚焦关键岗位、危险岗位，重点研发应用掘进、采煤、运输、安控和救援5类、38种煤矿行业机器人。《目录》的发布从煤企安全生产实际出发，提出切实可行的技术路径，力争把工人从恶劣环境与危险繁重的劳动中解放出来。近年来，随着机器人制造业的高速发展，尤其是针对特殊工况和高危环境下的特种机器人制造技术，已成为国内机器人制造市场最具竞争力的产业。其中针对煤矿大型带式输送机栈桥智能巡检机器人的出现，有效解决了煤矿企业在空间狭窄、环境复杂条件下机电设备工况巡检困难的问题。
二、带式输送机栈桥智能巡检机器人建设必要性分析
带式输送机作为煤矿重要的运输设备，具有运输距离长、运输量大、效率高等优点。然而带式输送机故障时有发生，对带式输送机状态进行监测是实现其安全高效运行的重要保障。目前带式输送机状态监测仍以现场人工巡检为主，存在劳动强度大、巡检效率低等问题，难以适应智能化生产需要。因此，装备自动化程度高、功能齐全、可靠性高的巡检机器人以代替人工巡检已经成为必然趋势。
1）代替人工从事一些强度高、持续时间长的单调重复性巡检工作。
2）使工作人员从繁重的工作环境中解脱出来。
3）适应作业空间狭小、有害气体多、湿度大、光照复杂等环境。
4）实现危险工作区域的无人化、少人化作业。
三、带式输送机栈桥智能巡检机器人系统构成
轨道式智能巡检机器人系统主要由控制系统、机器人本体、巡检沿线无线通信系统、充电系统等几个方面组成。机器人本体吊挂在轨道上在巷道内往复运行，其搭载多种传感器，实时采集现场的图像、声音、红外热像及温度数据、烟雾、多种气体浓度等参数。通过数据分析，判断设备故障及故障位置，完全替代人工巡检，降低劳动风险，提升智能化管理水平。
智能巡检机器人控制系统包括控制/伺服系统、操作系统、导航及路径规划、现场环境感知等，是系统实现人机信息交互的关键组成。
智能巡检机器人本体主要由微电脑控制板、信息传输模块、温度传感器、甲烷传感器、拾音器、驱动电机和大容量电池等构成。
智能巡检机器人巡检环境信息、视频数据等通过巡检区域覆盖的无线网络，接入至现场设置的通信基站，实现各类数据向控制系统的传输。
四、带式输送机栈桥智能巡检机器人主要技术分析
考虑各带式输送机所在栈桥空间、运行坡度等多方面因素，在具备带式输送机皮带巡检功能的前提下，针对巡检机器人驱动方式、充电方式、定位技术等方面进行比选分析。
1、轨道式智能巡检机器人驱动方式
轨道式智能巡检机器人是一款依赖于导轨的倒挂式行走机器人，具有较强的带载能力，依托巡检轨道运行；巡检轨道、机器人本体通常安装于带式输送机皮带沿线上方，有效利用了栈桥内顶部空间，避免了占用行人区域。
轨道式巡检机器人根据其驱动方式不同总体上可以分为两种：外部牵引装置牵引，内部电动机驱动。
1）外部牵引装置牵引
巡检机器人依靠轨道末端电机作为牵引动力源，电机带动钢丝绳对机器人进行拖拽牵引实现轨道上行走具有爬坡能力较强的优点，适应于坡度较大的栈桥，但电动机及钢丝绳的日常维修、维护防腐等方面存在一定成本；电动机需要对长距离钢丝绳进行拖拽，对其自身功率要求较高，且普通三相电机不便于进行调速控制；整体运行及建设成本较高。
2）内部电动机驱动
巡检机器人依靠自身内部小型电动机驱动行走轮实现在轨道上的行走，电源取自机体内部配套的蓄电池。该种方式可以使巡检机器人设备的集成度进一步提高，摆脱外部配套装置的束缚，实现机器人单兵作业，利于操作人员远程控制。内部电机驱动型巡检机器人对巡检路径坡度、长度有一定要求，坡度一般不宜大于30°，长度不宜长于2km。
2、巡检机器人充电方式
1）有线充电
有线充电方式电能转化效率高，电能传输稳定可靠，充电设备与被充电设备之间需要通过敷设专用拖曳线缆进行远距离供电，配套线缆盘卷装置。如栈桥长度较大，需要配置的拖曳线缆较长，使用不方便，线缆后期老化易破损漏电，远距离供电压降严重等问题。
2）无线充电
无线充电中充电器与巡检机器人无需直接接触，通过在充电设备与受电设备内装置充电线圈产生的交变磁场进行电能转化。无线充电方式使用方便，无大量线缆束缚，环境适应能力强，同时避免了物理接口磨损，火花，漏电等问题。无线充电方式相较有线充电方式，存在电能转换率较低，适用于小功率设备，充电周期不宜过长；充电距离受限（通常需要控制在10cm以内），空间上需能与充电设备保持贴近。
3、巡检机器人定位技术
1）Zigbee定位技术
Zigbee无线定位技术技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，但是存在稳定性较差、在复杂的环境下容易被干扰的缺点。
2）UWB定位技术
UWB是基于极窄脉冲实现的一种无载波无线定位技术，具有功耗相对较低、传输速率极快、穿透能力优秀的特点，同时，与Zigbee定位技术相比UWB的精度更高，可以达到厘米级定位，非常适用于带式输送机皮带栈桥内环境复杂、基站之间距离较远的应用场景。
4、巡检机器人系统AI识别功能
采用具有AI识别功能的巡检机器人系统，通过AI识别算法训练后可以实现皮带异物识别、设备局部异常高温报警、违规进入停留人员识别等功能，提前“预知警示”生产过程中存在的安全问题，防患于未然。根据科学的分析诊断，进一步保障了输煤栈桥内带式输送机安全、可靠、高效地运行，具有极高的实际应用价值。
五、带式输送机栈桥智能巡检机器人主要实现的功能
1、移动图像采集功能
在低照度、高湿度和粉尘环境下，通过机器人上搭载的摄像机实现对巡检沿线的图像采集。
2、音频分析功能
机器人实时采集巡检现场声音，通过自主学习识别出异常声音并报警。
3、红外热像图采集及温度异常报警功能
机器人搭载红外热像仪，实时获取被检测设备的红外热像图，存储并分析被检测设备的发热情况，预警皮带电机、减速机、滚筒、托辊等温度异常。
4、环境探测功能
机器人搭载烟雾、甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、温度和湿度传感器，可实时检测环境参数，防止安全事故发生。
5、导航定位功能
可实现厘米级定位，使机器人定位报警更加精准。
10、AI识别功能（需AI训练后扩展）
机器人采集的声音的图像，经过对现场的实际情况加以AI训练后，可对现场皮带异物识别、护栏脱落、电缆和设备局部异常高温及违规人员等异常情况进行识别和报警。
参考文献：
[1]王彦 煤矿带式输送机智能巡检系统的设计与应用 煤矿机电，2014（000）002
[2]邵珠娟 智能带式输送机巡检机器人在煤矿的应用 中国煤炭 2020（046）006