带式输送机智能巡检机器人系统设计与实现

• 机 构: 中国矿业大学
• 发表日期: 2024年01期

带式输送机是煤矿生产中的重要运输设备之一,其往往在恶劣环境中高速、重载、长距离、长时间运输货物,安全问题时有发生。传统的带式输送机巡检主要采取人工巡检的方式,人工巡检时巡检人员所处的一线工作环境恶劣,不利于巡检人员身心健康,甚至危及生命,同时,人工巡检效率低、查漏率高。因此,带式输送机智能化巡检引起了广泛关注。目前,有少量针对带式输送机巡检任务设计的轨道式巡检机器人,但矿用带式输送机距离长,工作环境恶劣,导致轨道式巡检机器人定位精度受限。鉴于此,本文提出了一种带式输送机巡检机器人高精度定位方法,并设计研发了一套带式输送机智能巡检机器人系统,主要研究工作如下:（1）带式输送机智能巡检机器人系统设计。首先,根据带式输送机的巡检任务,分析巡检机器人的主要需求;然后,根据带式输送机巡检任务的特点选择牵引式轨道巡检机器人方案,在牵引式轨道巡检机器人基础上根据需求分析构建模块化的巡检机器人功能结构;最后,分别设计巡检机器人的硬件系统和软件系统,硬件系统从控制器、外围硬件选型两个方面进行设计,软件系统从电控软件、监控系统软件、驱动系统软件三个部分设计。（2）带式输送机智能巡检策略设计。首先,通过驱动系统的自动巡航模式实现机器人自动巡航,获取现场环境与带式输送机运行数据并上传;然后,基于巡检机器人采集的环境传感器和响应设备实现环境参数监测;最后,分析带式输送机主要故障种类,确定巡检故障类型并采集对应数据集,选择其中的训练集训练YOLOv5故障检测模型,在监控系统软件中基于故障检测模型实现输送带故障检测。结合环境参数监测功能、输送带故障检测功能与机器人的自动巡航功能结合实现带式输送机智能巡检。（3）带式输送机智能巡检机器人高精度定位方法。首先,分析轨道特性,提出轨道分段方法,指导路标布置;再构建编码器递推定位方法;然后,通过机器人运行的历史数据,提出基于递推最小二乘的编码器系数分段分方向修正方法;最后,在轨道分段的段端基于卡尔曼滤波算法实现编码器和NFC数据融合定位,在段内利用编码器修正系数与编码器信息进行递推定位,从而实现轨道式巡检机器人连续高精度的定位。（4）带式输送机智能巡检机器人样机测试。首先,利用巡检机器人样机设计了样机测试实验,验证巡检机器人系统网络通信、信息采集、远程监控、输送带故障检测等重要功能。然后,为验证在弯曲轨道上基于编码器和NFC修正融合高精度定位方法的适应性与精度,搭建了实验平台并进行分别实验验证。论文共有图53幅,表13个,参考文献105篇。