摘要：由于煤礦井下人工對巷道風速、風量和氣體濃度檢測的繁瑣性和不精確性，容易造成通風系統(tǒng)決策錯誤導(dǎo)致安全事故發(fā)生。針對上述問題，研究設(shè)計了一種礦用軌道式自動測風機器人系統(tǒng)，論述了軌道式自動測風機器人的結(jié)構(gòu)組成和九點精確定位檢測方法，對測風機器人的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進行設(shè)計。該機器人系統(tǒng)可實現(xiàn)巷道通風參數(shù)自動采集，為礦井通風安全提供有效保障。

　　關(guān)鍵詞：軌道;多點測風;伺服驅(qū)動系統(tǒng);機器人

　　0引言

　　礦井通風系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)基本系統(tǒng)之一，擔負著向井下工作地點送入充足的新鮮空氣，稀釋與排出井下有毒有害氣體、粉塵和熱濕等任務(wù)。為了保證通風系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟地運行，技術(shù)管理人員需要及時獲得巷道內(nèi)風速、風量、瓦斯?jié)舛取�CO濃度、空氣溫度和濕度等通風基礎(chǔ)參數(shù)。然而，巷道通風參數(shù)隨著礦井采掘工程接替實時動態(tài)變化，采用人工巡檢測量巷道通風參數(shù)的工作量十分巨大，并很難實時準確地獲得通風參數(shù)的精確值，使得管理人員很難及時察覺通風系統(tǒng)的安全隱患，容易造成煤礦安全事故的發(fā)生。

　　煤礦方向論文范例：淺談礦用空氣幕引射風流在馬坑礦業(yè)的應(yīng)用

　　為了解決上述問題，提出一種礦用軌道式自動測風機器人系統(tǒng)，基于工字鋼軌道、多點測風法和伺服驅(qū)動系統(tǒng)位置控制，對機器人系統(tǒng)進行機械結(jié)構(gòu)、路徑規(guī)劃、硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)對巷道通風系統(tǒng)參數(shù)的定時、定點自動采集，構(gòu)建技術(shù)先進、自動化程度高、運行穩(wěn)定可靠的自動測風機器人系統(tǒng)，為礦井通風系統(tǒng)管理和決策提供可靠依據(jù)。 礦用軌道式自動測風機器人硬件系統(tǒng)設(shè)計(1)軌道式自動測風機器人裝置結(jié)構(gòu)組成

　　礦用軌道式自動測風機器人裝置主要由驅(qū)動裝置和機器人本體組成，如圖1所示。測風機器人驅(qū)動裝置包括驅(qū)動輪、齒輪傳動箱、同步帶傳動裝置、夾緊輪、承載輪和承載輪基座，驅(qū)動輪、承載輪和夾緊輪分別在工字鋼軌道左右對稱布置。驅(qū)動裝置通過聯(lián)接板、聯(lián)接螺桿和螺母與機器人本體聯(lián)接固定。機器人本體包括本體防爆外殼和滾珠絲桿電動伸縮桿，在機器人本體外部安裝有運行狀態(tài)指示燈、天線和攝像頭，在機器人本體后部設(shè)置有充電插頭，在滾珠絲桿電動伸縮桿端蓋安裝有傳感器。

　　(2)軌道式自動測風機器人硬件系統(tǒng)組成

　　礦用軌道式自動測風機器人硬件系統(tǒng)由通風參數(shù)數(shù)據(jù)采集和無線通信監(jiān)控兩部分組成。通風參數(shù)數(shù)據(jù)采集部分包括驅(qū)動裝置和檢測裝置，驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機、同步帶傳動裝置、齒輪傳動箱、驅(qū)動輪、承載輪和夾緊輪，檢測裝置由機器人本體、伺服驅(qū)動滾珠絲桿伸縮桿、礦用多參數(shù)氣體傳感器和攝像機組成。

　　驅(qū)動電機和伺服電機安裝于機器人本體內(nèi)部，機器人本體通過工字鋼軌道架空于巷道頂部，驅(qū)動電機驅(qū)動機器人本體實現(xiàn)水平方向往返運動，伺服電機驅(qū)動滾珠絲桿電動伸縮桿帶動傳感器實現(xiàn)豎直方向往返運動。無線通信監(jiān)控部分包括天線、無線基站、井下監(jiān)控分站和地面監(jiān)控終端。機器人本體通過天線與無線基站進行檢測數(shù)據(jù)傳遞和控制指令接收。無線基站通過RJ45接口與井下監(jiān)控分站進行數(shù)據(jù)傳輸，井下監(jiān)控分站配備有嵌入式PC液晶顯示屏，可以實時顯示巷道內(nèi)各氣體濃度、溫濕度、風速數(shù)據(jù)和機器人運行狀態(tài)等，井下監(jiān)控分站接入井下以太網(wǎng)將檢測數(shù)據(jù)傳輸給地面監(jiān)控終端。

　　2礦用軌道式自動測風機器人多點測風關(guān)鍵技術(shù)

　　(1)軌道式自動測風機器人巷道安裝方案礦用軌道式自動測風機器人采用工字型軌道，此軌道是一種專門特制加工的型材，軌道表面經(jīng)過防銹處理，是測風機器人的主體支持軌道，測風機器人巷道安裝示意圖。在巷道預(yù)定噴漿區(qū)域打錨桿，錨桿末端螺母固定有圓環(huán)鏈板，圓環(huán)鏈一端與圓環(huán)鏈板聯(lián)接，另一端與工字鋼軌道上吊耳聯(lián)接，將工字鋼軌道吊裝于巷道頂部，2根工字鋼軌道之間通過夾塊、夾塊板和聯(lián)接螺栓聯(lián)接固定。機器人本體通過驅(qū)動裝置掛吊在工字鋼軌道上，在工字鋼軌道最左端安裝有充電樁，當機器人完成測風任 務(wù)回到初始位置，充電插頭與充電樁連接為機器人充電續(xù)航。無線基站安裝在靠近機器人本體的巷道內(nèi)壁上實現(xiàn)無線通信。

　　(2)機器人多點測風運動路徑規(guī)劃為直觀、形象體現(xiàn)軌道式自動測風機器人多點測風關(guān)鍵技術(shù)原理，對巷道測風截面網(wǎng)格化，建立直角坐標系，利用理論公式對九點測風位置精確計算，對機器人進行九點測風運動路徑規(guī)劃。以機器人本體所在位置為坐標原點、水平方向為x軸和豎直方向為y軸建立平面直角坐標系，滾珠絲桿伸縮桿端蓋上安裝的傳感器所在位置為測風運動零點，由a、b邊表示的邊界為軌道式測風機器人運動極限位置。根據(jù)預(yù)先規(guī)劃設(shè)定的運動軌跡對機器人進行編程，控制單元啟動測風命令后，機器人本體根據(jù)坐標和運動軌跡依次有序地對9個點進行測風，同時將檢測數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，求得各項通風參數(shù)平均值。

　　4結(jié)語

　　本文研究設(shè)計了一種礦用軌道式自動測風機器人，掛吊在巷道頂部架設(shè)的工字鋼軌道上，通過伺服驅(qū)動系統(tǒng)和九點測風法，實現(xiàn)機器人本體移動位置精確控制和多點數(shù)據(jù)采集，有效地減輕工作人員的勞動強度、降低勞動風險。機器人系統(tǒng)通過內(nèi)部軟件對數(shù)據(jù)自動分析，可以及時發(fā)現(xiàn)通風安全隱患，避免安全事故發(fā)生，對煤礦安全綠色高效開采具有重要的現(xiàn)實意義。

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　　作者：張延軍，許鵬，孫融，王春艷