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|最新成果丨張守祥教授：綜采巡檢機器人關鍵技術研究( 二 )


研究背景
目前 ， 綜采工作面智能化處于初級階段 。 受制于地質條件的復雜性 ， 已實現自動化的綜采工作面生產現場 ， 仍需要“有人巡視” 進行人工觀察和干預 ， 未實現完全無人化 。更高階段的智能化目標是自適應、自主無人化開采 ， 需要在綜采工作面敷設大量的傳感監測、控制和通信等設備 。綜采工作面是煤炭安全生產的中心場所 ， 采煤機、刮板輸送機和液壓支架是綜采“三機” 開采裝備 ， “三機” 裝備的集控、遠控和自動控制是綜采工作面智能化的基礎條件 ， 現有自動化監控技術和設備不能做到全方位、無縫覆蓋和實時監控綜采生產采支運全過程 ， 主要原因在于：①支架上固定攝像頭監視工作面存在死角盲區 ， 生產時對采煤機滾筒的跟蹤存在視角偏離、不同監控相機切換不及時；②待開采煤層賦存情況不清楚 ， 煤機記憶截割無法適應地質條件的變化 ， 不能根據煤層起伏決定上調、下調或維持煤機滾筒高度 ， 仍然依賴于人工現場觀察 ， 需要提前探測好煤層賦存情況或隨采隨探；③工作面生產時出現大塊煤 ， 可能會擁堵采煤機過煤口或轉載機入料口 ， 需要及時探測和處理 。
基于此 ， 研發了一種自主或跟隨采煤機行走的巡檢機器人 ， 實時監控采煤機滾筒、探測待采煤層信息、機械臂操作的監控和執行裝置 ， 代替人工巡視和操作 ， 做到工作面生產工作面無人 。根據國家、行業對煤炭開采機器人的要求 ， 借鑒地面機器人的成熟和先進的理論、技術 ， 開展煤炭開采機器人研制和智能化綜采工作面的工程應用 。
內容概要
１ 智能開采對綜采機器人的需求
1.1 國家支持煤炭開采智能化應用機器人技術
國家宏觀政策對煤炭開采應用機器人技術提出了要求 。 原國家煤礦安全監察局于2019年１月發布了《煤礦機器人重點研發目錄》 ， 分５類共３８種煤礦機器人 ， 其中的安控類明確提出了“工作面巡檢機器人” 。 ２０２０年國家八部委印發《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》 ， 為煤礦綜采機器人的體系建設、技術驗證平臺與系統建設、典型應用示范等提出了國家政策指導方針 。
1.2 綜采巡檢機器人發展中的問題
1.2.1 巡檢柔性軌道
1.2.2 移動通信無縫漫游
1.2.3 控制和操作功能
圖1 巡檢柔性軌道接縫處
1.3 綜采工作面巡檢機器人研發現狀
由于煤炭智能開采的特殊性 ， 綜采工作面應用機器人技術需要解決在柔性軌道上的精確定位、移動、無線通信和快速漫游等技術難題 ， 掃除機器人技術在惡劣環境下的技術障礙 ， 推動機器人技術在智能開采中的推廣應用 。
２ 綜采巡檢機器人技術體系
綜采機器人的技術研究 ， 需要從頂層設計構建機器人技術體系 ， 在高精度傳感器、零切換快速漫游和低延時高可靠控制等關鍵核心技術上取得突破 ， 以指導機器人的研制和應用工作 。
2.1 巡檢機器人技術體系
從整體結構、控制、驅動行走、供電、移動通信、機械臂和協同控制等方面 ， 建立綜采巡檢機器人技術體系 ， 如圖２所示 。 根據智能開采對綜采工作面的實時監控需求 ， 將巡檢機器人系統分為軌道、驅動平臺、機載裝置、移動通信、供電和上位機平臺幾部分 ， 如圖３所示 。
2.2 綜采巡檢機器人技術研究重點方向
3 綜采巡檢機器人關鍵技術
圖 ２ 綜采巡檢機器人技術體系
圖 ３ 工作面巡檢機器人組成
3.1 跨式柔性軌道技術
圖4 無縫柔性軌道組成
3.2 行走控制技術
圖5 巡檢機器人行走控制軟件流程

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