姚華龍

（山西壽陽潞陽麥捷煤業(yè)有限公司，山西 壽陽 045400）

引言

帶式輸送機又俗稱為皮帶機，其為煤礦綜采工作面的主要運輸設(shè)備。在綜采工作面相對惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，帶式輸送機經(jīng)常出現(xiàn)托輥磨損、斷帶、打滑、跑偏及堆煤的故障，極大地制約了帶式輸送機的運輸效率，進而間接影響到煤礦的生產(chǎn)能力。針對帶式輸送機的故障，傳統(tǒng)通過人工巡檢或者安裝固定攝像機的方式進行排查，不僅效率低、作業(yè)人員勞動強度大，而且存在監(jiān)測盲區(qū)等缺陷。為保證帶式輸送機在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下高效運行，除了保證其性能優(yōu)越外，還需為其配置可精準、快速定位故障的裝置[1]。本文將重點開展帶式輸送機巡檢機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計，并對其設(shè)計樣機的性能進行測試。

1 帶式輸送機巡檢機器人控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

1.1 帶式輸送機巡檢機器人控制系統(tǒng)功能需求

巡檢機器人作為監(jiān)測帶式輸送機故障的關(guān)鍵設(shè)備，其除了具備對自身走向、速度等參數(shù)進行控制外，更重要的是能夠及時對現(xiàn)場的信息進行采集，以判斷帶式輸送機是否出現(xiàn)相應(yīng)的故障類型。因此，針對帶式輸送機巡檢機器人控制系統(tǒng)需滿足如下要求：

1）巡檢機器人控制系統(tǒng)能夠控制裝置按照預(yù)定的軌跡和速度對帶式輸送機的故障類型進行巡檢，其能夠在自動和手動兩種控制模式下運行[2]。

2）巡檢機器人控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r將自身所在位置精準上傳至上位機，以便控制人員能夠?qū)崟r掌握巡檢機器人的動態(tài)。

3）巡檢機器人控制系統(tǒng)需要搭載多種類型的傳感器，能夠?qū)ぷ髅姝h(huán)境、溫度、濕度，以及帶式輸送機的相關(guān)信息進行采集，并實時、精準上傳至上位機。

1.2 巡檢機器人控制系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

結(jié)合帶式輸送機巡檢機器人控制系統(tǒng)的需求，設(shè)計如圖1 所示的巡檢機器人控制系統(tǒng)總體架構(gòu)。

圖1 帶式輸送機巡檢機器人控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

主控制器的選擇：針對帶式輸送機巡檢機器人的實際應(yīng)用需求，可為其配置主控制器的類型包括SMT32 單片機、專用集成電路和嵌入式設(shè)備。綜合分析，考慮到巡檢機器人具備高集成度的特性，本方案選用嵌入式設(shè)備作為其主控制器。

對于巡檢機器人的驅(qū)動方案，可供選擇的方案包括拖拽供電線路、滑軌接觸供電及內(nèi)置電池供電三種方式?？紤]到帶式輸送機的實際生產(chǎn)環(huán)境，本工程采用內(nèi)置電池供電對設(shè)備進行驅(qū)動。

2 巡檢機器人控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

巡檢機器人控制系統(tǒng)從硬件層面分析可分為上位機、通信層、下位機及底層硬件等[3]。本節(jié)將結(jié)合功能需求和總體架構(gòu)對主要硬件進行選型設(shè)計。

2.1.1 主控制器的選型

本控制系統(tǒng)選用嵌入式設(shè)備為主控制器，具體采用由NI 公司自主研發(fā)的myRIO-1900 型控制器。該型控制器屬于嵌入式系統(tǒng)自主開發(fā)的平臺，方便工作人員上手操作，且程序編寫也簡單；同時，基于myRIO-1900 型控制器可為其搭載豐富的板載資源。此外，myRIO-1900 型控制器具備無線通信功能，可為信息的傳輸提供便利條件。

2.1.2 電機的選型

為巡檢機器人控制系統(tǒng)配置低壓無刷直流減速電機，結(jié)合其實際工況要求并保證穩(wěn)定運行，為控制系統(tǒng)所配置電機的主要性能參數(shù)見表1。

表1 驅(qū)動電機主要性能參數(shù)

2.1.3 其他關(guān)鍵硬件的選型

除了主控制器和驅(qū)動電機以外，根據(jù)巡檢機器人的功能需求，還需為其配置表2 所示的關(guān)鍵硬件。

表2 關(guān)鍵硬件選型結(jié)果

2.2 軟件設(shè)計

根據(jù)巡檢機器人的功能需求，其在正常運動的基礎(chǔ)上最重要的是實現(xiàn)對帶式輸送機運行狀態(tài)信息的采集和傳輸[4]。因此，對于巡檢機器人控制系統(tǒng)而言，除了保證其控制策略與程序外，本小節(jié)重點對其視頻監(jiān)控和信息采集功能的實現(xiàn)進行研究。

巡檢機器人視頻監(jiān)控和信息采集功能實現(xiàn)的硬件載體為網(wǎng)絡(luò)攝像機與各類傳感器。針對其視頻監(jiān)控功能需要控制系統(tǒng)能夠準確對攝像機的功能程序進行調(diào)用，對應(yīng)的軟件控制流程如圖2 所示。

圖2 視頻監(jiān)控軟件控制流程

對于信息采集而言，主要為氣體傳感器、溫濕度傳感器等對現(xiàn)場環(huán)境的參數(shù)進行采集，其對應(yīng)的軟件流程為普通流程。

3 巡檢機器人樣機試驗測試

3.1 定位精度測試

本控制系統(tǒng)基于光電開關(guān)與RFID 射頻卡定位校準相結(jié)合的方式對設(shè)備進行定位。具體定位測試數(shù)據(jù)如表3 所示。

由表3 可知，基于本文所設(shè)計的巡檢機器人控制系統(tǒng)可將設(shè)備本身的定位精度控制在0.02 m 以內(nèi)。

表3 巡檢機器人控制系統(tǒng)定位精度測試結(jié)果

3.2 信息采集能力測試

本小節(jié)重點對巡檢機器人控制系統(tǒng)能否對帶式輸送機的溫度進行準確測量進行驗證。本控制系統(tǒng)采用紅外熱成像儀測溫計對設(shè)備的溫度進行檢測，一般主要對帶式輸送機托輥處的溫度進行檢測[5]。具體流程為：當巡檢機器人運行至帶式輸送機托輥處時，將紅外熱成像儀測溫計對準托輥位置，并得出如圖3 所示的結(jié)果。

由圖3 可以看出，帶式輸送機托輥處的溫度處于正常范圍并未超出限值；而在帶式輸送機的側(cè)面區(qū)域出現(xiàn)了高溫區(qū)域，并且顯示溫度為42.5 ℃。分析原因主要是皮帶與設(shè)備側(cè)邊摩擦。

圖3 托輥溫度檢測結(jié)果

4 結(jié)論

帶式輸送機為綜采工作面的主要運輸設(shè)備，其運輸效率直接決定煤礦的生產(chǎn)能力。鑒于傳統(tǒng)人工巡檢和固定攝像機監(jiān)測不滿足帶式輸送機實際生產(chǎn)的需求，本文基于嵌入式設(shè)備主控制器為核心完成巡檢機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計，并經(jīng)過測試得出：

1）控制系統(tǒng)能夠根據(jù)巡檢機器人完成高精度的定位，定位誤差可控制在0.02 m 以內(nèi)；

2）通過測試，巡檢機器人控制系統(tǒng)的信息采集功能可正常實現(xiàn)。