煤矿井下巡检机器人：突破传统难题，实现智能化操控

随着煤矿井下掘进技术的不断发展，井下掘进深度和效率不断提升，现代煤矿井下的巷道分布和综采机械设备的分布日趋复杂。为了确保各类综采设备的正常使用，通常在井下设置专门的巡查人员，定期对各设备的运行状态和参数进行监测和控制，随着井下快速掘进、自动化设备的大量应用，巡检机器人已经逐渐代替人工，成为煤矿井下检测的主要方式。但是传统煤矿巡检机器人由于采用有线控制的方式，导致其线缆经常被井下设备缠绕，新型的煤矿井下巡检机器人自主控制系统，利用无线传输方案替代了有线控制，实际应用表明，该无线控制系统提升了巡检机器人的智能化程度，能自动对井下障碍物进行规避，极大提升了井下巡查效率。

图1 井下巡检机器人自主控制系统结构示意图

 1 巡检机器人自主控制系统结构

自主控制系统主要包括监控层、通讯层和控制层三个部分，监控层主要包括远程无线信号发射系统及监控主机，用于监控人通过巡检机器人上的监控装置对井下各设备的运行状况进行监测，同时通过无线电信号实现对井下巡检机器人的远程交互控制，控制层则主要是指巡检机器人上的各类控制电机，系统在接收到控制人员下达的控制指令后便控制各类机构实现对巡检机器人运行状态的调节，从而使机器人更好地适应井下复杂的地质环境，更快地完成井下巡检作业。

2 巡检机器人自主控制系统的无线传输方案

针对煤矿井下电气设备多、电磁干扰严重而且无线信号作用距离较小等问题，在方案的选择上可以考虑在井下设置多组无线信号发射装置，但多点设置需要花费大量的资金，而且施工周期较长，所以在现有的井下通讯系统基础上进行改造，使其具有发射无线信号的功能，既节约了资金又能有效保持无线电信号的可靠性，其结构如下页图 2 所示。

图 2 井下无线电基站结构示意图

同时巡检机器人的控制系统还具有对不同区域无线信号的判别功能，根据所接收到的无线信号的不同自动判别自身所处的区域，便于控制人员能够及时准确掌握机器人在井下的运行位置。

3 巡检机器人自主控制系统的应用

根据在煤矿井下巷道内的实际验证表明，配备自主控制系统的巡检机器人在井下对复杂地形表现出了良好的适应性，能够根据井下的实际情况规划路径，躲避障碍，最大能够跨域斜度为 25°的障碍物，最大的跨域台阶高度为 237 mm，最大的跨域壕沟的宽度约为 770mm，能够满足井下巷道内绝大多数地质条件下的通行要求。无线通信系统稳定性高、抗干扰能力强，监控信号传输质量高、画面流畅，在 2 km 范围内的画面滞后仅 0.2 s，完全满足长距离控制的要求。

4 总结

新型的煤矿井下巡检机器人自主控制系统，采用无线传输控制和自主路径规划方案，不仅取消了井下巡检人员设置，极大提升了井下巡查的效率和准确性，而且克服了传统的有线控制机器人控制范围小，易被缠绕的难题，根据实际应用表明：

1）该自主控制系统主要包括监控层、通讯层和控制层三个部分，利用设置在机器人上的监控设备对井下设备的运行状态进行监测，通过无线传输通讯系统将监测信息传输到地面上的监控中心，控制人员通过控制层可以对巡检机器人的运行进行远程控制；

2）采用对井下现有通讯系统改造的方式，使其具有发射无线信号的功能，既节约了资金又能有效保持无线电信号的可靠性。

3）该巡检机器人在井下对复杂地形表现出了良好的适应性，能够根据井下的实际情况规划路径，躲避障碍，满足井下巷道内绝大多数地质条件下的通行要求。无线通信系统稳定性高、抗干扰能力强，监控信号传输质量高、画面流畅，在 2 km 范围内的画面滞后仅 0.2 s，完全满足长距离控制的要求。