矿井泵房移动机器人的研究与应用

董彪 李洪国 杨宪民 陈广友

摘 要：新汶矿业集团孙村煤矿井下-800泵房原监控系统采用固定摄像仪进行监控，监控盲点多，不能对设备及泵房环境进行全方位动态监控，且无法采集并传递设备运行过程中的各类信息。泵房实现自动化排水后，岗位施行无人值守，设备运行期间由维护工定时巡检，但巡检人员在泵房内巡查时间短、巡查范围小，往往存在巡查不到位、维修不到位现象，无法及时发现设备存在的各类隐患。针对以上问题，我矿自主研发了泵房移动机器人，确保实现泵房设备及环境全方位监控，监控无盲点。

关键词：360°环形跑道；自动充电装置；无线网桥；自动化排水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.194

1 研究实施方案

（1）在-800泵房内制作、安装360°环形跑车跑道，自制加工四轮移动跑车安装在环形跑道上，使用550W电机驱动，减速机变低速运转，利用输出轴驱动滚筒，缠绕牵引钢丝油绳带动移动跑车旋转，确保实现泵房设备及环境全方位监控，监控无盲点。

（2）使用360°旋转自动对焦夜视高清摄像仪，将全方位监控摄像仪安装在移动跑车上，通过无线网桥与工业环网实现无线连接，实现图像、数据时时无线传输。将24V电池电源安装在移动跑车上，供电给监控摄像仪及无线网桥，解决无线传输的瓶颈问题。

（3）在泵房内环形跑车单向移动限位开关位置安装自动充电装置，实现移动跑车电池自动充电，解决电池使用时间短，拆卸充电繁琐的难题。

（4）在移动跑车上安装现场环境声音拾音器，将泵房内设备及环境的声音通过网络传输到地面监控室，地面人员及时了解泵房设备及环境运行状况。

（5）利用泵房排水自动化电气控制系统采集、上传各类数据，实现地面集控中心远程操作、运行、监控。

2 技术方案

（1）摄像仪环形跑道：使用3*30mm角钢，每根长3m，两两平行焊接做成直线段跑道；半圆弯道采用4mm钢板加工，共计切割成6段宽度为14cm的圆弧，前后焊接成半圆形跑道，沿半圆跑道的外侧垂直焊接厚度4mm的扁钢做为中间支撑。泵房内整个环形跑道全长65m，固定在泵房环形排水路的下方便于对水泵进行全方位监控。

在两个半圆彎道处各加工焊接10个“G”型滑轮组，直线段跑道各安装5个“G”型滑轮组，用于牵引钢丝油绳的支撑和换向。“G”型滑轮组由“G”型支架和滑动滑轮组成，“G”型支架使用3*30mm角钢弯折成90°而成，使用尼龙棒车削尺寸为35*25mm的滑轮，中间旋转轴直径为16mm。

（2）四轮移动跑车：制做四轮移动跑车，能够承载摄像仪及无线网桥在环形跑道上快速、稳定运行。

移动跑车使用6mm钢板加工，尺寸为300*200mm，在钢板上方安装4个直径40mm的滑动滑轮，倒挂在跑道上移动运行。

（3）驱动部分：选用550W电机作为跑车的驱动电机，在减速机输出轴上安装直径40mm的驱动轮。使用耐摩擦高分子材料制作驱动滚筒，以便于增加钢丝绳的驱动摩擦力，确保钢丝油绳在驱动滚筒上不会挤绳或打滑。同时钢丝油绳在驱动滚筒上缠绕1-2圈，增加钢丝绳摩擦力。

驱动电机、减速机安装在环形跑道上方，电机旋转驱动减速机，减速机带动输出轴的驱动滚筒，驱动滚筒牵引钢丝绳实现跑车的环形往复移动，对泵房设备进行检测、监控。

（4）牵引方式：采用3分钢丝油绳牵引小跑车。钢丝绳倒挂在环形跑道的30个“G”型滑轮组上，便于牵引钢丝油绳的支撑和换向，确保移动跑车在弯道处顺利通过，同时能够自动调整滑轮组上、下高度，实现钢丝油绳的自动脱绳、挂绳功能。

（5）高清自动对焦夜视全方位监控摄像仪：在四轮移动跑车下方固定360°旋转自动对焦夜视高清摄像仪，实现泵房设备及环境全方位监控，监控无盲点。在四轮移动跑车上安装24V电池组，给高清摄像仪及网桥设备供电，为移动跑车无线牵引打下基础。

（6）采用无线网桥实现网路无线对接，达到无线移动监控功能：采用IP传输机制，接口协议采用桥接原理，组网灵活且成本低廉，在跑车无线网桥和井下千兆环网两个网络之间搭起通信的桥梁，工作在5.8G的免申请无线执照的频段，比其它有线网络设备更方便部署。

采用点对点桥接，无线中继点用于连接两个网络，功率大、传输距离远（最大可达约50km）、抗干扰能力强，配备抛物面天线实现长距离的点对点连接。

（7）自动充电装置：为解决电池使用时间短，拆卸充电繁琐的难题，设计加工了自动充电装置。在环形跑道移动单向限位位置处各安装了自动充电装置，当移动跑车电池电量低于30%时，跑车自动返回，充电插头与充电座自动对接，实现自动充电功能。

（8）拾音功能：监听拾音器采集现场环境声音再传送到地面监控室电脑上，通过音响传递给操作人员，它是由咪头（麦克风）和音频放大电路构成。拾音器采用井下4 芯电话线连接安装在移动跑车上。

（9）在泵房手动操作箱内安装CJX2-12交流接触器两个，主回路660v三相接线，电气接线实现电气闭锁。

（10）将控制回路接入-800泵房内自动化排水控制柜，通过水泵自动化网络控制系统传输至地面，在控制器上制作控制画面，地面远程操作环形跑道小车正、反向往复运行。

3 研究项目创新点

（1）自主加工并安装360°环形跑道，确保监控摄像仪在泵房内对设备及环境的全方位监控，实现监控无盲点。

（2）自制四轮移动跑车，能够承载监控摄像仪及无线网桥在环形跑道上快速、稳定运行。

（3）根据环形跑道特征，自制加工“G”型滑轮组。跑车在环形跑道上移动时可以解决牵引钢丝油绳的支撑和换向问题，满足牵引钢丝油绳在环形跑道上有足够的张紧力，移动跑车可以灵活运行。

（4）驱动滚筒使用耐摩擦高分子材料车削制作，提高钢丝绳摩擦系数，确保钢丝油绳在驱动滚筒不挤绳、不打滑。

（5）无线网桥与工业环网实现图像、数据无线传输。

（6）在四轮移动跑车下方安装360°旋转自动对焦夜视高清摄像仪，该摄像仪具备360°旋转、200万像素图像传输、自动对焦、远程红外线功能，实现泵房设备及环境全方位监控，监控无盲点。

（7）将24V电池安装在移动跑车上，给监控摄像仪及无线网桥供电，解决无线传输无法及时供电的瓶颈问题。

（8）安装自动充电装置，实现移动跑车电池自动充电，解决电池使用时间短，拆卸充电繁琐的难题。

（9）现场安装拾音器，将泵房内设备及环境的声音通过网络传输到地面监控室，及时了解泵房设备及环境运行状况。

（10）利用泵房排水自动化电气控制系统采集、上传各类数据，实现地面集控中心远程操作、运行、监控。

4 结语

孙村煤矿-800泵房移动机器人采用环形跑车跑道及360°全方位监控摄像仪，实现泵房设备及环境全方位监控，监控无盲点。及时监控泵房设备运行过程的各类信息，采集设备运行过程中传递的各类数据，提高设备及环境安全。实现地面集控中心对井下泵房设备及环境24小时全方位监控，提高效率并降低成本。避免了因人为巡查弊端造成的设备损坏，及时发现处理各类隐患，同时减少岗位巡检人员，降低人员劳动强度，带来巨大经济效益。泵房移动机器人采用无线传输，安全性高、机动性强，在矿井距离远、环境恶劣的岗位具有极大的推广价值。

参考文献：

[1]王金云.基于智能机器人巡检系统的设备数据分析方法的研究[J].

[2]王龙.基于网络的移动机器人控制技术[J].

[3]高旻龙.智能巡检机器人在变电站中的应用[J].