一种煤矿自动巡航除尘机器人及其控制方法

该发明设计除尘装置技术领域，尤其涉及一种煤矿自动巡航除尘机器人及其控制方法。

背景技术：

在煤矿井下工作环境中，除尘工作是井下生产必不可少的环节。如果不按照规定对煤矿巷道进行除尘，轻者会影响井下作业工人的视线，重者危害职工身心健康，造成矿井的安全隐患，更为严重的是，若煤尘超标，在遇到火源时，易引发煤尘爆炸事故，带来人员伤亡及巨大的经济损失，严重威胁企业的高效安全生产。

目前煤矿中采用较多的是喷雾除尘系统，但是现有技术作用的喷雾除尘系统主要包括如下的缺点：(1)喷雾除尘的耗水量大，对收资源造成极大的浪费。(2)喷雾除尘的效果较差，不能满足煤矿巷道内的除尘要求。(3)喷雾除尘装置的体积大不便于在煤矿巷道内移动。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术缺点，本发明的目的在于提出一种煤矿自动巡航除尘机器人及其控制方法，用以解决现有技术中的喷雾除尘装置耗水量大，造成资源浪费的问题，以及喷雾除尘装置在煤矿巷道内的移动性差，且除尘效果达不到煤矿巷道内除尘要求的问题。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

一种煤矿自动巡航除尘机器人，用于煤矿巷道内的除尘，包括控制系统、还包括移动装置和除尘装置，所述除尘装置设置于移动装置的上方，所述移动装置用以搭载除尘装置在煤矿巷道内移动，所述除尘装置用以对煤矿巷道内的灰尘进行清除；

所述移动装置包括越障小车和若干传感器，所述传感器安装于小车的四周，且和控制系统电性连接，用以检测煤矿巷道内的环境，所述控制系统用以控制越障小车在煤矿巷道内的移动，所述越障小车包括置物架和对称设置在置物架下方的驱动装置，所述置物架的下表面上设有滑台，所述滑台的安装座固定连接于置物架上，所述滑台的滑块与驱动装置和固定连接，所述驱动装置在滑台的作用下可调节对称设置的两个驱动装置之间的间距；

所述除尘装置包括吸尘口、除尘机构、回水机构和风机，所述回水机构设置于除尘机构的上方，所述除尘机构、回水机构和风机三者之间通过管道串接，所述回水机构和除尘机构之间还设有将二者连通的回水管，所述除尘机构的底部设有倾斜设置的吸水管，所述吸水管的一端与除尘机构的底部连通，所述吸水管的另一端与除尘机构和回水机构之间的管道连通，所述除尘机构用以将空气中的粉尘进行拦截和清除，所述回水机构用以将空气中的水分拦截，并通过回水管流入除尘机构内。

进一步限定，所述置物架的四角处设有升降电机，所述升降电机的输出端竖直向下安装，且升降电机的输出端位于驱动装置的外侧，所述升降气缸用以将置物架向上提升，其有益之处在于，在传感器检测到越障小车的行进路面相对较窄的时候，控制系统通过控制升降电机的输出端向下伸出，将置物架向上提升，可以减小滑台拖动驱动机构向中间靠拢的阻力，且能使驱动机构靠近时，保证本装置的平稳性能。

进一步限定，所述升降电机的端部设有柔性端板，其有益之处在于，以为煤矿巷道内的煤渣较多，柔性端板在向下加压的时候可以适应煤渣的形状，使升降气缸与地面的接触更加的平稳。

进一步限定，所述驱动装置包括第一连接架和第二连接架，所述第一连接架和第二连接架的端部均设有滚轮，第一连接架和第二连接架铰接，且在第一连接架和第二连接架的连接部设有旋转电机，所述旋转电机用以控制第一连接架的旋转角度，从而进行爬坡和越障，其有益之处在于，当传感器检测到路面上有障碍时，将信息传递至控制系统，控制系统控制旋转电机转动，使第一连接架向前进方向的上部旋转，抬高滚轮的高度，以便于滚轮翻过障碍物。

进一步限定，所述除尘机构包括箱体，所述箱体内部设有可拆卸式连接的第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和第二隔板将箱体内部分为三个腔室，分别为上部腔室、中部腔室和下部腔室，所述第一隔板和第二隔板之间设有若干过滤层，所述第一隔板和第二隔板上靠近过滤层的外侧设有冲洗口，所述箱体的上端设有端盖，所述回水管穿过端盖的中部与箱体内部连通。

进一步限定，所述回水机构包括回水室，所述回水室内设有折流板，所述回水室两端管道的端部的投影位于折流板的中部。

综上，除尘机构和回水机构配合使用的工作原理为：风机将含有灰尘的空气吸入，空气在经过除尘机构的时候，大部分会被箱体中部腔室中的过滤层上的水分进行吸附，同时空气在流进回水室内的时候，由于箱体的内部为负压状态，吸水管会将箱体下部腔室内的水吸出至回水室内，空气中的水汽在折流板的阻挡下失去动能，汇集至回水室的底部，然后通过回水管流进箱体内，水从箱体的第一隔板的冲洗口向下部腔室流动的过程中，会对过滤层的表面进行冲洗，同时还能持续不断的给过滤层进行水分供给，使过滤层始终保持湿润，提升对灰尘的吸附效果，同时下部腔室内的水形成了一个使用循环，减少了水资源的使用量。

进一步限定，所述过滤层为海绵层，所述箱体的底部外侧设有排水管，所述排水管上设有排水阀，其有益之处在于，海绵层的价格低，吸水和透气效果好，能提升对灰尘的吸附效果，排水阀便于将下部腔室内的污水排出。

进一步限定，所述回水室的外侧设有进水管，所述进水管上设有进水阀，其有益之处在于，便于向箱体内部注水，同时对还未使用的干燥海绵进行湿润，保证本装置开始工作时的除尘效果。

进一步限定，所述吸尘口与除尘机构的连接管道上设有控制阀，其有益之处在于，便于将箱体内部注满水使对箱体内部的清洗。

综上，除尘装置还具有一种反冲洗功能，具体为，将控制阀关闭，然后在控制系统的作用下使风机反向旋转，向箱体的内部注气，同时控制系统打开进水阀和排水阀，水流从上至下的流动可以对海绵进行冲刷，将海绵表面的灰尘冲刷至下部腔体内排出，同时在风力从海绵的反方向流进，可以将海绵内部的灰尘吹扫出来，进一步提升对海绵的清洗效果。

还包括一种煤矿自动巡航除尘机器人的控制方法：

(1)将本机器人搬运至煤矿巷道指定的位置，同时在煤矿巷道内安装专用的充电桩和加水管；

(2)在进行除尘工作前，在本机器人的控制系统内预先输入巡航时间和充电桩位置信息；

(3)控制系统打开进水阀，控制系统控制机器人运动，使进水管和加水管的管口进行对接，此时进水管向除尘机构内部进行注水，直到除尘机构箱体的下部腔室注满水，然后控制系统关闭进水阀；

(4)在传感器的信息收集和反馈的作用下，控制系统控制机器人在煤矿巷道内进行自巡航除尘；

(5)当设定的巡航时间到达时，控制系统控制机器人返回充电桩位置进行充电，此时进水管和加水管的端部连通，控制系统控制进水阀和排水阀打开，使控制阀关闭，同时使风机反转，将气体送入除尘机构内部进行反冲洗；

(6)反冲洗设定的时长到达后，控制系统控制排水阀关闭，控制阀打开，同时使风机断电，并如步骤(3)所述向除尘机构的内部注水，注水量达到要求时，关闭进水阀，等待充电完成；

(7)充电完成后，控制系统控制本机器人重复(4)-(6)步骤。

本技术方案的工作原理为：

自动巡航原理：传感器将采集到的信息传输至控制系统内，控制系统对周边的环境进行判断，当路面较窄的时候，控制系统发送指定至滑台，滑台向中部运动，即可以缩短驱动装置之间的距离，则小车可以在相对较窄的地面通过，通过之后，传感器采集到路面较宽的信息，此时控制系统控制驱动装置复位，以确保越障小车在运动过程中的平稳性。同时传感器检测到障碍物的时候，将信息传递至控制系统，控制系统可以控制旋转电机旋转，从未提升最前端滚轮的高度，便于滚轮翻过障碍物，进一步提升越障效果。同时可以在控制系统内设置好越障小车的运动时间，当时间到达时，越障小车在控制系统的作用下运动至指定的位置进行充电，同时进水管与外置的水管堆对接，然后将进水阀排水阀打开，将控制阀关闭，并控制风机进行反清洗动作。

除尘装置的原理为：在风机的作用下，灰尘从吸尘口进入除尘机构的中部腔室，灰尘被中部腔室设置的湿润的海绵捕捉，并随着上部腔室的的水流一起流入箱体的下部腔室内，同时空气在流进回水室内的时候，由于箱体的内部为负压状态，吸水管会将箱体下部腔室内的水吸出至回水室内，空气中的在折流板的阻挡下失去动能，汇集至回水室的底部，然后通过回水管流进箱体内，水从箱体的第一隔板的冲洗口向下部腔室流动的过程中，会对过滤层的表面进行冲洗，同时还能持续不断的给过滤层进行水分供给，使过滤层始终保持湿润，提升对灰尘的吸附效果，同时下部腔室内的水形成了一个使用循环，减少了水资源的使用量。

本发明的技术效果如下：

(1)本发明可以在煤矿巷道内进行自巡航除尘，保证了煤矿除尘的效果，同时还可以运用于一些特殊的人员无法进入的煤矿除尘情况下。(2)本发明除尘装置中的水源可以循环重复利用，节约用水的同时，还不被传统方式中持续注水的注水管所限制，大大的增强了本发明在实际使用中的灵活性能。(3)本发明中的越障小车在控制系统和传感器的辅助作用下，可以在煤矿内较窄的地面通行，同时还具有一定的越障能力，保证了本发明在煤矿巷道内的灵活性，变相的保证了本发明在煤矿巷道内的除尘效果。(4)本发明中的除尘装置具有反冲洗功能，发冲洗功能可以对除尘装置中的海绵进行清洁，延长了海绵的使用寿命，同时也增强了长时间过后海绵的使用效果。

附图说明

图1为本发明实施例煤矿自动巡航除尘机器人的立体示意图。

图2为本发明实施例除尘装置立体示意图。

图3为本发明实施例除尘装置的正视图示意图。

图4为本发明实施例除尘装置的正视图剖视图示意图。

图5为本发明实施例移动装置的立体示意图。

图6为本发明实施例移动装置的俯视图示意图。

图7为本发明实施例移动装置的仰视图示意图。

附图编号

置物架1、第二连接架11、第一连接架12、滚轮13、升降电机14、端板15、滑台16、吸尘口2、灰尘进入管21、箱体22、第一隔板221、第二隔板222、过滤层223、吸水管224、水汽进入管23、回水室24、折流板241、排气管25、安装架26、排水管27、进水管28、底板29、风机291、回水管292。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

具体实施过程如下：

如图1所示，一种煤矿自动巡航除尘机器人，主要用于煤矿巷道内的除尘，主要包括有两个部分，一个部分是在煤矿巷道内自动巡航的移动装置和对煤矿内灰尘进行清除的除尘装置，除尘装置设置在移动装置的上方。

如图5、图6和图7所示，其中移动装置主要包括越障小车和若干传感器，传感器传感器安装于小车的四周，且和控制系统电性连接，用以检测煤矿巷道内的环境，传感器控制系统用以控制越障小车在煤矿巷道内的移动和巡航，在本实施例中传感器为激光传感器和图像传感器以及雷达传感器的组合，传感器越障小车包括置物架1和对称设置在置物架1下方的驱动装置，驱动装置包括第一连接架12和第二连接架11，第一连接架12位于小车前进方向上，第一连接架12的形状为直角，且在第一连接架12的两端部，以及第二连接架11的一端部上均设有滚轮13，第二连接架11的一端与第一连接架12的直角处铰接，且在第一连接架12和第二连接架11的连接部设有旋转电机，旋转电机用以控制第一连接架12的旋转角度，从而进行爬坡和越障，其有益之处在于，当传感器检测到路面上有障碍时，将信息传递至控制系统，控制系统控制旋转电机转动，使第一连接架12向前进方向的上部旋转，抬高滚轮13的高度，以便于滚轮13翻过障碍物传感器置物架1的下表面上设有滑台16，传感器滑台16的安装座固定连接于置物架1上，传感器滑台16的滑块与驱动装置和固定连接，传感器驱动装置在滑台16的作用下可缩短对称设置的两个驱动装置之间的间距，在本实施中越障小车的驱动和转向采用现有技术，在本实施例中不做较多的赘述。

优选地，置物架1的四角处设有升降电机14，升降电机14的输出端竖直向下安装，且升降电机14的输出端位于驱动装置的外侧，升降气缸用以将置物架1向上提升，其有益之处在于，在传感器检测到越障小车的行进路面相对较窄的时候，控制系统通过控制升降电机14的输出端向下伸出，将置物架1向上提升，可以减小滑台16拖动驱动机构向中间靠拢的阻力，且能使驱动机构靠近时，保证本装置的平稳性能。同时，升降电机14的端部设有柔性端板15，其有益之处在于，以为煤矿巷道内的煤渣较多，柔性端板15在向下加压的时候可以适应煤渣的形状，使升降气缸与地面的接触更加的平稳。

如图2、图3和图4所示，除尘装置主要包括包括吸尘口2、除尘机构、回水机构和风机291，吸尘口2为喇叭状，回水机构设置于除尘机构的上方，除尘机构、回水机构和风机291三者之间通过管道串接，具体为吸尘口2和除尘机构之间设有连通的灰尘进入管21，灰尘进入管21连接于除尘机构侧面中部，回水机构和除尘机构侧面连通的管道为水汽进入管23，风机291末端连接有排气管25，回水机构和除尘机构的上端之间设有将二者连通的回水管292，除尘机构的底部设有倾斜设置的吸水管224，吸水管224的一端与除尘机构的底部连通，吸水管224的另一端与除尘机构和回水机构之间的水汽进入管23连通连通，除尘机构用以将空气中的粉尘进行拦截和清除，回水机构用以将空气中的水分拦截，并通过回水管292流入除尘机构内。还包括便于除尘机构安装的底板29，以及设置在底板29上的安装架26，除尘机构设置在底板29上，风机291固定在安装架26的上端。

除尘机构的结构具体为，除尘机构包括箱体22，箱体22内部设有可拆卸式连接的第一隔板221和第二隔板222，第一隔板221和第二隔板222将箱体22内部分为三个腔室，分别为上部腔室、中部腔室和下部腔室，第一隔板221和第二隔板222之间设有若干过滤层223，在本实施例中，过滤层223为海绵层，其有益之处在于，海绵层的价格低，吸水和透气效果好，能提升对灰尘的吸附效果，第一隔板221和第二隔板222上靠近过滤层223外侧设有冲洗口，冲洗口的长度略小于过滤层223的长度，提升冲洗面积，箱体22的上端设有端盖，回水管292穿过端盖的中部与箱体22内部连通。回水机构包括回水室24，回水室24内设有折流板241，回水室24两端管道的端部的投影位于折流板241的中部。在本装置中大部分的灰尘被过滤层223吸附，极少部分通过冲洗口进入回水室24，被回水室24内的水汽捕捉，然后和水一起流回除尘装置内。

为了实现本装置的反冲洗功能，箱体22的底部外侧设有排水管27，排水管27上设有排水阀，便于将下部腔室内的污水排出。回水室24的外侧设有进水管28，进水管28上设有进水阀，其有益之处在于，便于向箱体22内部注水，同时对还未使用的干燥海绵进行湿润，保证本装置开始工作时的除尘效果。吸尘口2与除尘机构的灰尘进入管21上设有控制阀，其有益之处在于，便于将箱体22内部注满水使对箱体22内部的清洗。进水阀、排水阀和控制阀均与控制系统电性连接。

还包括一种煤矿自动巡航除尘机器人的控制方法：

(1)将本机器人搬运至煤矿巷道指定的位置，同时在煤矿巷道内安装专用的充电桩和加水管；

(2)在进行除尘工作前，在本机器人的控制系统内预先输入巡航时间和充电桩位置信息；

(3)控制系统打开进水阀，控制系统控制机器人运动，使进水管28和加水管的管口进行对接，此时进水管向除尘机构内部进行注水，直到除尘机构箱体22的下部腔室注满水，然后控制系统关闭进水阀；

(4)在传感器的信息收集和反馈的作用下，控制系统控制机器人在煤矿巷道内进行自巡航除尘；

(5)当设定的巡航时间到达时，控制系统控制机器人返回充电桩位置进行充电，此时进水管28和加水管的端部连通，控制系统控制进水阀和排水阀打开，使控制阀关闭，同时使风机291反转，将气体送入除尘机构内部进行反冲洗；

(6)反冲洗设定的时长到达后，控制系统控制排水阀关闭，控制阀打开，同时使风机291断电，并如步骤(3)所述向除尘机构的内部注水，注水量达到要求时，关闭进水阀，等待充电完成；

(7)充电完成后，控制系统控制本机器人重复(4)-(6)步骤。

需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。