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|最新成果丨张守祥教授：综采巡检机器人关键技术研究( 二 )


研究背景
目前 ， 综采工作面智能化处于初级阶段 。 受制于地质条件的复杂性 ， 已实现自动化的综采工作面生产现场 ， 仍需要“有人巡视” 进行人工观察和干预 ， 未实现完全无人化 。更高阶段的智能化目标是自适应、自主无人化开采 ， 需要在综采工作面敷设大量的传感监测、控制和通信等设备 。综采工作面是煤炭安全生产的中心场所 ， 采煤机、刮板输送机和液压支架是综采“三机” 开采装备 ， “三机” 装备的集控、远控和自动控制是综采工作面智能化的基础条件 ， 现有自动化监控技术和设备不能做到全方位、无缝覆盖和实时监控综采生产采支运全过程 ， 主要原因在于：①支架上固定摄像头监视工作面存在死角盲区 ， 生产时对采煤机滚筒的跟踪存在视角偏离、不同监控相机切换不及时；②待开采煤层赋存情况不清楚 ， 煤机记忆截割无法适应地质条件的变化 ， 不能根据煤层起伏决定上调、下调或维持煤机滚筒高度 ， 仍然依赖于人工现场观察 ， 需要提前探测好煤层赋存情况或随采随探；③工作面生产时出现大块煤 ， 可能会拥堵采煤机过煤口或转载机入料口 ， 需要及时探测和处理 。
基于此 ， 研发了一种自主或跟随采煤机行走的巡检机器人 ， 实时监控采煤机滚筒、探测待采煤层信息、机械臂操作的监控和执行装置 ， 代替人工巡视和操作 ， 做到工作面生产工作面无人 。根据国家、行业对煤炭开采机器人的要求 ， 借鉴地面机器人的成熟和先进的理论、技术 ， 开展煤炭开采机器人研制和智能化综采工作面的工程应用 。
内容概要
１ 智能开采对综采机器人的需求
1.1 国家支持煤炭开采智能化应用机器人技术
国家宏观政策对煤炭开采应用机器人技术提出了要求 。 原国家煤矿安全监察局于2019年１月发布了《煤矿机器人重点研发目录》 ， 分５类共３８种煤矿机器人 ， 其中的安控类明确提出了“工作面巡检机器人” 。 ２０２０年国家八部委印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》 ， 为煤矿综采机器人的体系建设、技术验证平台与系统建设、典型应用示范等提出了国家政策指导方针 。
1.2 综采巡检机器人发展中的问题
1.2.1 巡检柔性轨道
1.2.2 移动通信无缝漫游
1.2.3 控制和操作功能
图1 巡检柔性轨道接缝处
1.3 综采工作面巡检机器人研发现状
由于煤炭智能开采的特殊性 ， 综采工作面应用机器人技术需要解决在柔性轨道上的精确定位、移动、无线通信和快速漫游等技术难题 ， 扫除机器人技术在恶劣环境下的技术障碍 ， 推动机器人技术在智能开采中的推广应用 。
２ 综采巡检机器人技术体系
综采机器人的技术研究 ， 需要从顶层设计构建机器人技术体系 ， 在高精度传感器、零切换快速漫游和低延时高可靠控制等关键核心技术上取得突破 ， 以指导机器人的研制和应用工作 。
2.1 巡检机器人技术体系
从整体结构、控制、驱动行走、供电、移动通信、机械臂和协同控制等方面 ， 建立综采巡检机器人技术体系 ， 如图２所示 。 根据智能开采对综采工作面的实时监控需求 ， 将巡检机器人系统分为轨道、驱动平台、机载装置、移动通信、供电和上位机平台几部分 ， 如图３所示 。
2.2 综采巡检机器人技术研究重点方向
3 综采巡检机器人关键技术
图 ２ 综采巡检机器人技术体系
图 ３ 工作面巡检机器人组成
3.1 跨式柔性轨道技术
图4 无缝柔性轨道组成
3.2 行走控制技术
图5 巡检机器人行走控制软件流程

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