[新品] 井下隔爆巡检机器人(MA100)

1 背景

1.1 背景综述

目前现场皮带运输机巡检工作大部分都依靠人工进行定时检查、驻点值守，但人工巡检存在以下诸多缺点，往往无法收集有效的数据。设备表面温度异常变化、生产区巡检线路中异常气体变化、生产区巡检线路中异常声音等，若不能及时发现问题进行处理引起更大的问题，造成很大的直接和间接经济损失。

人工巡检主要存在以下问题：

(1)  环境复杂、空间狭小、空气质量差、高温情况常见，对人工巡视造成阻碍和干扰；

(2)  容易受到个人经验和情绪、主观意识的影响；

(3)  频率低，间隔长，设备发生故障不能及时被发现；

(4)  设备运行过程中无法进行人工巡检作业；

(5)  人工获取的数据难以形成系统性，参考意义不高；

(6)  危险场所作业威胁巡检人员的生命安全。

随着现代企业安全管理的不断发展和深化，在人员、安全、效率、效益等方面，对生产车间的管理提出了更加全面和严格的要求。在不断完善管理方法的同时，以智能AI技术为导向，结合新型巡检机器人技术，为现场高效安全生产提供新的助力手段。能够代替巡检人员对车间内设备、人员、通道、物料等进行智能巡检。

防爆巡检机器人除了能取代巡检人员对工作现场工况进行巡检外，还能够实现自主行走、自主充电等功能。且所有的监视、控制、调整、数据采集均能在控制室远程控制，以便在出现异常或事故发生后能够快速定位故障原因并尽快排除故障恢复生产运行。后台系统可与现有监控系统相结合，形成互补、全面的自动巡检 ，实现生产现场安全效益和经济效益双丰收。防爆巡检机器人能够满足现场安装条件，具有实用性强的特点，具有推广价值，可提升企业智能化水平。

1.2 参考资料

本项目依据的国家标准、技术导则和技术规程主要有：

Ø  《中华人民共和国煤炭行业标准目录》

Ø  GB3836.1-2010 爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求

Ø  GB3836.2-2010 爆炸性环境 第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备

Ø  GB3836.3-2010 爆炸性环境 第3部分：由增安型“e”保护的设备

Ø  GB3836.4-2010 爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备

Ø  GB3836.4-2010 爆炸性环境 第13部分:爆炸性气体环境用电气设备的检修

Ø  GB/T 31091-2014 煤炭管理通用技术要求

Ø  MT/T 1007-2006 矿用信息传输接口

Ø  MT/T 1006-2006 矿用信号转换器

Ø  MT/T 1008-2006 煤矿安全生产监控系统软件通用技术条件

Ø  GB 50532-2009 煤炭工业矿区机电设备修理设施设计规范

Ø  GB/T 50658-2011 煤炭工业矿区机电设备修理厂工程建设项目设计文件编制标准

Ø  GB 4208-2008 外壳防护等级（IP 代码）

1.3 建设原则

（1）标准性和开放性

本系统设计应遵循智能化相关技术规范要求，建设标准化的平台系统，广泛应用于各类现场。使用标准化的硬件设施、网络、数据库和数据接口，可以对接用户其他的数据和平台，打破信息孤岛和资源分割，实现业务协同和信息共享。坚持标准性和开放性原则，站在用户的角度设计系统，具有良好的系统集成性。

（2）先进性和成熟性

本系统设计应充分考虑行业的现状和发展趋势，使用先进、成熟、实用和具有良好发展前景的技术，能有效的解决传统管理方式中的问题，提升管理效率，保证系统具有较高的稳定性和较长的生命周期，综合考虑先进性、成熟性、实用性和经济性，既能满足当前的使用需求，又能适应未来的发展。

（3）实用性和经济性

充分考虑系统应用需求，注重技术路线在实际中的应用效果，应避免激进的设计思路造成不切实际和高昂成本。系统建设应始终贯彻面向应用，注重实效的方针，坚持实用、可行、经济原则。

（4）可扩展性和易升级性

面对智慧化技术的飞速发展，系统必须有非常好的扩充性。特别是要考虑系统将来随着技术的发展和需求的增加可以进行模块化的功能扩展和升级。因此，在设计中，应当保证系统结构模块化、可配置化，扩展性强，易于升级，便于对整体系统的统一管理，统一监控，降低管理成本。

（5）可靠性和安全性

针对智能化技术规范的要求，设计为高可靠性系统，对于安装的硬件、设备，都能够符合相关技术要求，适应严格工作环境，以确保系统稳定和现场的安全。网络、数据库、软件平台等各个层次需要保证系统平台和数据的安全，保证系统的可靠性和安全性，满足系统全天候运行的要求。

2 系统介绍

2.1 系统构架

系统架构图

防爆型轨道式巡检机器人系统以井下运输皮带安全在线探测为目标，以多传感器数据融合的技术，多手段综合应用来代替工作人员来完成井下运输皮带的日常巡视工作。不仅可以提高员工的工作效率，而且还可以提升煤矿企业的科技含量，***大程度的保障人员安全、设备安全，减少国家财产、人员损失。

防爆型轨道式巡检机器人系统由防爆巡检机器人本体、轨道平台、供电平台、通信平台、算法平台、后台监控平台等组成。系统结构可分为四层，分别为终端层、网络层、AI算法层和平台服务及应用层。

终端层：数据采集层，通过防爆型轨道式巡检机器人搭载的多类型传感器，采集井下运输皮带场景的视频数据、红外热成像数据、环境数据。

网络层：数据传输层，将终端层采集的现场数据传输至算法层和平台层，支持WIFI/4G/5G。

AI算法层：算法分析层，对终端层采集的数据进行算法识别分析，如仪器仪表读取、有料无料识别、大块识别、人员状态识别等，并将识别的结果传输至平台服务层及应用层。

平台服务及应用层：应用展示层，整个系统的控制中心、处理中心，实现对巡检机器人的任务管理、手动控制，同时对巡检结果进行智能分析，主动预警，自动生成巡检报告，工作人员通过平台层，可实时掌握现场作业情况及设备运行状态。

2.2 防爆型巡检机器人系统

防爆型轨道式巡检机器人系统由巡检机器人本体系统、轨道系统、通信系统组成。

2.2.1 防爆型轨道式巡检机器人本体

 轨道式巡检机器人本体示意图

巡检机器人本体由控制器、行走机构、防爆型双光谱高清摄像机、环境传感器、锂电池等核心设备和其他辅助设备组成。巡检机器人可以代替检修人员进行定时、定点、高质量的完成皮带机设备的日常巡检任务，机器人本体采用滑轨方式吊挂于轨道，在巡检区域内往复运行，模拟巡检工行走，巡检机器人搭载多种传感器，实时采集巡检现场的图像、红外热像、温湿度数据及多种气体浓度参数等信息，不仅模拟实现巡检人员巡检作业时的“图像采集、红外温度监测、互联网连接”，而且将传统的无法复现记录和不能准确量化对比的人工感官现象，以数字化的图像和准确的数据实时归类存储，便于故障问题的查询复现。巡检机器人在完成日常巡检任务的基础上，增加了强大的智能化大数据分析功能，它将采集到的数字化信息采用智能感知关键技术算法进行深入处理，综合分析、准确判断设备当前运行状态，有效减轻工作人员的劳动强度，降低巡检过程中存在的安全隐患，提升质量的同时，提升工作效率，***佳限度提升矿料企业本质安全水平。

2.2.2 轨道系统

总长度根据现场实际勘测定制。轨道系统由高强度标准槽钢、吊架等组成，吊架分为顶吊和侧吊。

2.2.3 通信系统

巡检机器人通信系统采用模块化设计，可根据现场实际情况进行灵活搭载，支持WIFI/4G/5G传输模式。

2.3 机器人本体功能

机器人管控平台向机器人本体发送巡检任务，机器人在巡检过程中搭载多种传感器、定位器、通信模块，沿途采集视频、音频、设备温度、环境参数等多种信息，将信息通过网络传给调度中心，同时也会将信息存储在机器人自身的存储器中，出现网络状况异常时也不会造成巡检数据的丢失，保证巡检任务的完成。机器人还具有自主学习功能，应用“非监督学习”算法，在巡检任务执行前对任务进行评估，包括巡检路线分析、任务电量储备等。机器人还集成了所有完成巡检任务所需的程序和算法，在与主控站通讯中断的情况下，依然可以自主完成所有计划中的巡检任务，高度智能化的属性使的无人巡检变的可靠、高效和便利。

2.3.1 表计读取算法

机器人通过AI视觉技术读取各类仪器仪表数据。包括：指针仪表、数字仪表、柱形仪表、磁翻板液位计、油位计、开关、阀门、指示灯等，采集到的数据超过阀值则产生预警。

2.3.2 安全行为算法

机器人通过AI视觉识别技术，对工作现场人员安全行为进行识别，如睡岗、脱岗、吸烟、未佩戴安全帽、未着工装、未佩戴口罩、人员入侵、人脸识别、人员倒地等。

2.3.3 红外温度检测

机器人搭载红外热成像仪，测温范围：0℃～+550℃，测量精度：±2℃或±2%，能够对设备表面温度进行采集，对重点温度观察设备进行精确测温，并将红外图像及温度数据实时上传至监控系统，对设备温度异常进行预警。

2.3.4 环境气体检测

机器人可对现场进行温湿度实时检测，氧气O2、一氧化碳CO、可燃性气体、硫化氢H2S的（可任意定制气体种类）等易燃易爆、有毒有害气体实时检测。

2.3.5 视频数据采集

机器人搭载高清摄像头及视频管理系统，具备直播和录像功能，巡检过程可进行集中存储、回放。视频数据可接入已有的视频监控系统。

2.3.6 语音对讲功能

机器人搭载音频采集和语音播放设备，实现与监控平台之间的双向语音通信，监控中心可通过视频和语音与现场工作人员进行交流沟通，及时发现现场违规作业或远程指导现场运维人员进行操作，并进行相关录音。行相关录音。

2.3.7 智能巡检功能

机器人可实现自动巡检、手动巡检、异常巡检等巡检方式，根据设定路线自动巡检，机器人在巡检过程中可自动遇障碍物停车并进行声光报警；监控中心可远程手动控制机器人，实现控制机器人巡检、停止，云台旋转，高清相机变倍、聚焦、光圈调整，并能远程控制机器人拍摄照片。

2.3.8 昼夜巡检功能

通过补光等手段，可实现夜间或照明条件不佳情况下的正常巡检工作。

2.3.9 智能充电功能

机器人具备自主充电功能，电量低于阀值后机器人自动回充，充电后可选择是否继续完成巡检工作，满足连续不间断巡检要求，有效提高巡检效率，增加巡检频次，充电设施在防爆区可满足防爆要求。

2.3.10 智能避障功能

防爆巡检机器人搭载避障传感器，当机器人在巡检过程中在遇到障碍物时会自动停止并自动预警。预警方式应包括声、光，并在监控系统产生预警。当障碍物移除后，会根据既定路线继续开展巡检工作。

2.3.11 一键急停功能

防爆巡检机器人具有一键急停功能，该急停按钮具备以下功能：

优先于机器人的其他控制；

中止所有的危险；

切断机器人驱动器的驱动源;

保持有效直至复位；

只能手动复位，复位后不会自动重启；

急停输岀信号在撤除机器人动力后应一直有效。

2.3.12 行走功能

控制方式：手动巡检+自动巡检

行走速度：机器人搭载大功率电机，可实现1m/s的***大行走速度。

爬坡能力：＞20°

转弯能力：机器人***小水平转弯轨道半径为100cm。

续航时间：采用电池动力，水平轨道连续运行6-8h。

定位方式：标签定位。

避障能力：机器人采用红外光电传感器进行安全防护，机器人能自动探测周围环境，当识别到巡检路线上存在障碍物、人员等且不能安全通过时，能自动停车并报警。并且运行线路上还配有限位器等保护设施，防止机器人运行越限。

机器人沿轨道行走时不占用地面资源，机器人***小水平转弯轨道半径为100cm，能在厂区内灵活行走。机器人搭载大功率电机，可实现1m/s的***大行走速度，提升巡检效率。机器人无论在行走时还是在停止时，都实时记录自己的位置，并发送位置信息到调度中心，工作人员能很直观的知道机器人的位置，和将要去到的下一个巡检点。同时机器人会根据当前剩余电量计算出行走距离，判断出是否能走完剩余的巡检路线，自主选择暂停任务返航充电的时间，充满电后会继续执行完之前的任务，真正做到了井下24小时智能化无人自动巡检。

2.4 机器人技术参数

3 运输皮带无人值守平台

3.1 系统概述

运输皮带无人值守平台是位于矿山集控管理层，为无人值守提供全面集控、数据分析、实时预警、智能调度，是本公司为矿山能源企业结合现代智能化终端产品研制的大数据智能分析、管控平台，对各智能设备进行宏观集控，从各界面可对各智能设备进行分别控制和管理，真正实现一张网、一张图、一个人监控一站点。

运输皮带无人值守平台将数据分析、统计，通过界面将数字信息转换成图像、图表、图片信息进行展示，用户通过大系统平台可以直观了解到各设备的运行状态，实现实时在控、辅助决策、综合管控和降本增效。

3.2 系统功能

3.2.1 实时监控大屏

平台主页面有站点概况、异常告警、环境记录、巡检记录、巡检管理、运动控制、任务管理、巡检任务、阈值管理、系统设置等模块。

（1）站点管理：展示注册在系统中的智能设备的状态。

（2）视频实时监控：展示智能化设备实时监控视频，支持***大8路实时监控摄像头视频展示。可全屏展示。

（3）机器人位置：显示机器人的巡检路线。

（4）环境状态：展示当前环境传感器数据信息。

（5）实时告警：实时展示各设备的报警信息，***时间通知值守人员处理异常状况。