一种自适应轨道的井下工作面巡检机器人系统的制作方法

技术领域：

本发明涉及煤矿机器人技术领域，具体为提供一种自适应轨道的井下工作面巡检机器人系统。

背景技术：
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煤矿综采工作面是煤炭的第一生产现场，其机械设备众多，一般包括液压支架、刮板输送机、滚筒采煤机三大设备。由于综采工作面工作条件复杂，环境恶劣，采煤作业时极易发生异常情况，严重影响整个煤矿的安全管理工作，是煤矿安全管理工作中的重点区域。

综采设备内部传感器有时并不能准确及时对事故状况进行反应，为保证安全生产，需要工人定期对综采工作面进行跟机巡视检查。然而采煤工作面一般长度较长(一般为80～300米)，且空间狭窄，温度高，视觉环境差，导致人工巡检效率较低，且工作环境艰苦，劳动强度大，工人危险系数高。随着煤矿的自动化和智能化水平的提高，机器人在井下的应用逐步增多，巡检机器人也被应用于代替工人进行工作面的巡检工作。

现有的煤矿巡检机器人专利多利用履带式或者轮式自移载体，将传感器安装于移动载体上，实现对煤矿某些位置或设备的巡检。这些机器人适合空间宽敞且地形简单的环境，而无法满足综采工作面的巡检要求。

申请公布号为cn108762125a的中国专利公开了一种煤矿综采工作面巡检机器人及系统，该巡检机器人通过手持遥控终端操纵巡检机器人对综采工作面状态进行检查，无法实现自动巡检，另外，该巡检机器人轨道为工字型轨道，缺乏柔性，无法自适应液压支架的不规则排列。

授权公告号为cn106671992b的中国专利公开了一种煤矿综采工作面巡检机器人，该发明以摩擦轮带动钢丝缆绳驱动悬挂于钢丝绳的缆车轿厢(安装传感器)，实现综采工作面长距离往复巡检。然而，该巡检机器人钢丝绳与液压支架之间为刚性连接，无法调整钢丝绳位置，也无法在液压支架不规则排列时保持机器人轨道的平直；该巡检机器人缺乏钢丝绳轨道张紧装置，无法适应轨道长度的变化；辅助支撑装置滚轮与支架之间也为刚性连接，影响机器人通过时的顺畅程度。

因此，急需提供一种能自适应轨道的综采工作面巡检机器人系统。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种自适应轨道的井下工作面巡检机器人系统，实现井下综采工作面自动化巡检，可适应液压支架的不规则排列，并实现可见光和热成像视频数据采集、融合和上传，监测异常并实时报警。

为实现上述目的，本发明提出一种自适应轨道的井下工作面巡检机器人系统，包括：驱动系统、悬挂支撑机构、抱索装置、机器人本体、巡检系统。

所述驱动系统用于形成巡检机器人运动轨道，并驱动钢丝线缆运动，带动机器人本体运动，包括驱动模块、迂回和张紧模块、钢丝线缆；

进一步地，所述驱动模块，用于驱动巡检机器人运动，包括驱动主体架、驱动活动架、伺服电机、减速器、驱动轮、调整滑轮组、限位滑轮组；所述驱动主体架用于驱动装置的整体安装；所述驱动活动架活动连接于驱动主体架，可以沿着驱动主体架在竖直方向滑动，用于调整驱动端钢丝线缆的高度及安装调整滑轮组；所述驱动电机、减速器和驱动轮用于驱动钢丝线缆运动；所述限位滑轮组用于钢丝线缆的限位和导引；所述调整滑轮组安装于活动架，用于调整驱动端钢丝线缆水平面内的位置；

进一步地，所述迂回和张紧模块，用于迂回和张紧钢丝线缆，包括迂回主体架、活动悬臂架、迂回轮、线路调整滑轮组、重锤装置；所述迂回主体架用于迂回装置的整体安装；所述活动悬臂架活动连接于迂回主体架，可以沿着迂回主体架在竖直方向活动，用于安装迂回轮、调整钢丝线缆迂回端的高度及安装线路调整滑轮组；所述迂回轮用于钢丝线缆的反向迂回；所述线路调整滑轮组安装于活动悬臂架，用于调整迂回端钢丝线缆在水平面内位置；所述重锤装置与迂回轮相连，通过重力使钢丝线缆张紧。

所述悬挂支撑机构，用于钢丝线缆在液压支架顶板下部的悬挂支撑，包括吊装板及调节螺栓、滑轨、导向限位装置；所述吊装板及调节螺栓用于悬挂机构在液压支架顶板下部的吊装及位置调整；所述滑轨用于液压支架移动或者不规则排列时保持机器人轨道为直线状态；所述导向限位装置用于悬挂钢丝线缆及机器人运动时的导向和限位；

进一步地，导向限位装置包括支架、滑块、固定滑轮组，可动滑轮组，导向板；所述支架通过滑块将导向限位装置悬挂于滑轨下部，并安装固定滑轮组、可动滑轮组和导向板；固定滑轮组包含两个固定滑轮，可动滑轮组包含一个固定滑轮和一个可动滑轮，可动滑轮轴可以沿竖直方向滑动，以适应抱索装置的通过；导向板用于抱索装置通过时的导向和限位。

所述抱索装置，用于将机器人本体固定在钢丝线缆上，钢丝线缆移动时带动机器人本体移动，进行巡视作业，包括抱索器左件、抱索器右件、左抱紧板、右抱紧板、导引轮、吊杆；左抱紧板安装于抱索器左件，右抱紧板安装于抱索器右件；左抱紧板和右抱紧板通过螺栓连接在一起并夹紧钢丝线缆；所述导引轮用于机器人通过悬挂支撑机构时的导向；所述吊杆连接于抱索器右件，用于将悬挂安装机器人本体。

所述机器人本体前置可见光相机、前置热成像仪、后置可见光相机，用于实现可见光和热成像视频数据采集，可见光和热成像视频数据上传。

所述巡检系统包括控制系统、通信系统和显示系统；

进一步地，所述控制系统包括高性能工业控制主机、数据融合同步处理器，左右限位开关、机器人运动控制按钮；所述高性能工业控制主机和数据融合同步处理器可以实现可见光和热成像视频数据的分析和融合，异常实时报警；所述左右限位开关用于机器人自动巡检时运动反向位置的确定；所述机器人运动控制按钮可以实现自动巡检一键启动，停止巡检，前进，后退；

进一步地，所述通信系统采用有线(rj45)将控制主机接入现场局域网，采用无线(wifi)将巡检机器人接入现场局域网；

进一步地，所述显示系统可以显示巡检机器人运动状态，显示可见光相机、前置热成像仪所采集数据及融合数据。

相较于现有技术，本发明的有益效果：

一、本发明巡检机器人运动轨道钢丝线缆与液压支架之间为非刚性连接，能够对液压支架的不规则排列进行自动适应，保持巡检轨道为直线状态。

二、本发明驱动模块的驱动活动架和调整滑轮组可实现钢丝线缆驱动端的位置调整，迂回和张紧模块的活动悬臂架和调整滑轮组可实现钢丝线缆迂回端的位置调整，驱动模块和迂回模块一起可实现钢丝线缆相对液压支架位置的调整。

三、本发明采用重锤装置施加重力张紧钢丝线缆，能够在巡检机器人轨道长度发生变化时维持钢丝线缆的张力。

四、本发明通过导向限位装置可动滑轮的位置退让和导向板的导向作用，使巡检机器人本体顺利通过辅助支撑位置。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中地技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用地附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中地附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动地前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1巡检机器人系统示意图(从煤面往液压支架方向看)

图2驱动模块

图3迂回和张紧模块

图4悬挂支撑机构结构图

图5导向限位装置结构图

图6抱索装置结构图

图7抱索装置和机器人本体

图8可见光垂直视场角

图9热成像垂直视场角

图10强电系统示意图(现场顶视图)

图11弱电系统示意图(现场顶视图)

图12网络通讯系统示意图

图13显示系统界面图

具体实施方式

下面详细描述本发明地实施例，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细地实施方式和具体地操作过程，本实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，本发明的保护范围不限于下述的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1～13，本发明实施例提供一种自适应轨道的井下工作面巡检机器人巡检系统，其包括：钢丝线缆1、驱动模块2、迂回和张紧模块3、悬挂支撑机构4、抱索装置5、机器人本体6、巡检系统。

具体地，驱动模块2包括落地焊接在地面的驱动主体架2-1、活动连接于驱动主体架的驱动活动架2-2、提供一定功率的正反转动力的伺服电机2-3、连接于伺服电机的起减速作用的减速器2-4、驱动线缆运动的驱动轮2-5、限位滑轮组一2-6、限位滑轮组二2-7、驱动端线路调整滑轮组2-8。驱动活动架2-2可以沿着驱动主体架2-1在竖直方向滑动调整钢丝线缆1的高度。驱动主体架2-1上安装有限位滑轮组一2-6，驱动活动架上2-2安装有限位滑轮组二2-7，一起对钢丝线缆起限位和导向作用。驱动活动架2-2上安装有驱动端线路调整滑轮组2-8，可在起限位和导向作用的同时，调整钢丝线缆1水平面内的位置。图2为其结构示意图。

具体地，迂回和张紧模块3包括迂回主体架3-1、活动连接于迂回主体架3-1的活动悬臂架3-2、使线缆形成回路的迂回轮3-3、安装于活动悬臂架3-2的迂回端线路调整滑轮组3-4、动态调节张力使钢丝线缆1保持平直状态的重锤装置3-5。活动悬臂架3-2可以沿着迂回主体架3-1在竖直方向滑动调整钢丝线缆1的高度。迂回端线路调整滑轮3-4可在起限位和导向作用的同时，调整钢丝线缆1水平面内的位置。重锤装置3-5与迂回轮3-3相连，通过重力使钢丝线缆1张紧。图3为其结构示意图。

具体地，本实施例的悬挂支撑机构4，包括吊装板4-1、调节螺栓4-2、滑轨座4-3、滑轨4-4、导向限位装置4-5。吊装板4-1有两块，用于悬挂支撑机构4与液压支架8的连接。调节螺栓4-2连接吊装板4-1与滑轨座4-3，可以调整滑轨4-4相对于液压支架8高度位置。滑轨4-4垂直于煤壁方向布置，导向限位装置4-5悬挂于滑轨4-4下方且可以沿滑轨4-4滑动。通过悬挂支撑机构4，使得巡检机器人轨道可以对移架过程(液压支架8不规则排列)进行自适应。图4为其结构示意图。

更具体地，导向限位装置4-5包括支架4-51，顶部滑块4-52，固定滑轮组4-53，可动滑轮组4-54，直线轴承4-55、导向板4-56。支架4-51通过顶部滑块4-52悬挂于滑轨4-4下部，并安装固定滑轮组4-53、可动滑轮组4-54和导向板4-56。固定滑轮组4-53包含两个固定滑轮。可动滑轮组4-54包含一个固定滑轮，一个活动滑轮。在巡检机器人本体6通过导向限位装置4-5的时候活动滑轮可通过直线轴承4-55沿垂直于钢丝线缆方向上下移动，以利于机器人通过。固定滑轮组4-53和可动滑轮组4-54共同对钢丝线缆进行悬挂、导向和限位。导向限位装置4-5上还安装有导向板4-56，用于引导巡检机器人本体6顺利通过。图5为其结构示意图。

具体地，本实施例的抱索装置5的结构如图6所示，包括抱索器右件5-1、抱索器左件5-2、右抱紧板5-3、左抱紧板5-4、导引轮支座5-5、导引轮5-6、吊杆5-7。抱索器右件5-1上装有右抱紧板5-3，抱索器左件5-2上装有左抱紧板5-4，左右抱紧板通过螺栓加力抱紧钢丝线缆1。抱索器右件5-1上安装有导引轮支座5-5，导引轮支座5-5上装有导引轮5-6，在巡检机器人通过导向限位装置4-5的时候，导引轮5-6从导向限位装置4-5的导向板4-56中间滚过，对巡检机器人本体6的通过起导引作用。吊杆5-7连接于抱索器左件，用于将悬挂安装机器人本体6(图7)。

具体地，本实施例的机器人本体6前置可见光相机、前置热成像仪、后置可见光相机，可实现可见光和热成像视频数据采集，可见光和热成像视频数据上传。可见光相机分辨率为1920×1200像素，水平视角81°，垂直视角55°，参照图8；热成像仪分辨率为640×512像素，水平视角45°，垂直视角37°，参照图9。

具体的，本实施例的巡检系统包括控制系统、通信系统和显示系统。

更具体地，采用高性能工业控制计算机对对现场驱动装置进行控制，接收和处理巡检机器人采集的数据，采用数据融合同步处理器对可见光和热成像视频数据进行融合，实现异常实时报警。采用激光对射限位开关7-1感知巡检机器人到达限位。控制按钮可实现巡检机器人的自动巡检、停止巡检、前进、后退状态的一键控制。可实现温度异常报警阈值、融合透明度、刹车距离、巡检速度等参数地设置。机电控制方案参照图10和图11。

具体地，控制主机采用有线(rj45)接入现场局域网，巡检机器人采用无线(wifi)接入现场局域网，如图12所示。

具体地，显示系统可以显示巡检机器人运动状态，显示可见光相机、前置热成像仪所采集数据及融合数据，如图13所示。

本发明的工作原理：

参照图1～13。钢丝线缆1通过驱动轮2-5和迂回轮3-3形成闭合回路，悬挂支撑机构4在液压支架8顶板下方对钢丝线缆1进行悬挂。伺服电机2-3通过减速器2-4带动驱动轮2-5旋转从而带动钢丝线缆1运动。驱动活动架2-2、活动悬臂架3-2、驱动端线路调整滑轮组2-8和迂回端线路调整滑轮组3-4可以对钢丝线缆1位置进行调整。重锤装置3-5动态调节张力使钢丝线缆1保持平直状态。机器人本体6通过抱索装置5固定于钢丝线缆1，跟随钢丝线缆1一起运动。导向限位装置4-5引导机器人本体6顺利通过悬挂支撑机构4。悬挂支撑机构4的滑轨4-4可以让导向限位装置4-5和钢丝线缆1相对于液压支架8滑动，在液压支架8不规则排列的时候使巡检线路呈直线状态，从而自适应液压支架8的移动。控制系统对机器人本体的运动进行控制，自动巡检时，焊接在液压支架8下沿面激光对射限位开关7-1感知到机器人本体6的时候，发出信号使伺服电机2-3驱动钢丝线缆1反向运行，驱动巡检机器人本体6反向运动，从而实现自动往返巡检。前置可见光相机、后置可见光相机和前置热成像仪实现对可见光和热成像视频数据的采集，通信系统将数据上传到控制主机，控制主机对可见光和热成像视频数据进行分析和融合，并对异常情况报警。