井下巷道冲尘机器人研究

针对巷道除尘的难题,人工冲洗除尘不仅难以满足巨大的工作量,对于除尘的效果也难以保障,传统的机械喷雾除尘车并不能完全解决这些问题。结合当今机器人的高速发展趋势,设计了一种巷道冲尘机器人,由履带式行走机构、五轴机械臂和喷水机构组成。该冲尘机器人具有承载能力大、行驶稳定、精确冲洗除尘的优势,能够适应井下巷道管线多的环境和复杂的地形;五轴机械臂结构简单,工作空间大,能对井下巷道管线和设备进行精确冲洗;控制系统采用了上位机与下位机实时通讯,使用超声波测距传感器和粉尘监测器配合云摄像头,将工作状态和信号反馈传输至操控台,操控人员也能进行同步调整。在地面通过远程遥控的方式实现井下除尘无人化,同时机身自带的电源和水箱,使机器人具有便捷性和灵活性。

煤矿巷道冲尘机器人关键技术研究

巷道冲尘机器人可有效解决煤矿巷道积尘问题,但目前尚未有相对成熟的产品能够实现“积尘自动监测−自主/半自主移动−自适应冲尘作业”。分析了国内外研发的轮轨式巷道冲尘装置、防爆洒水车、整车底盘外加液压机械臂的隧道冲尘车3种冲尘装备的研究现状,指出轮轨式巷道冲尘装置不含动力系统,巷壁积尘的冲尘效果受到限制;防爆洒水车自带动力,能够实现无轨长巷道全断面粉尘降尘,但喷水面较广,无法处理巷壁及管线等局部积尘严重区域;隧道冲尘车可解决长距离隧道积尘问题,但仍需人工驾驶及操作,且无法实现隧道积尘监测及自适应冲尘。通过上述分析,指出巷道冲尘机器人为了实现“积尘自动监测−自主/半自主移动−自适应冲尘作业”,需要从积尘监测、冲尘装置结构设计与控制、冲尘模式优化策略等方面进行研究。并指出上述研究面临的主要技术难题不仅包括防爆安全设计、井下精确定位、长距离无线通信等煤矿机器人共性难题,还包含积尘监测、自适应冲尘、车臂协同作业等巷道冲尘机器人特性难题。针对巷道冲尘机器人特性难题,提出了相应的关键技术:①研发基于称重法、激光法、图像法相结合的多传感器融合的巷道积尘监测技术,实现煤矿巷道积尘长期监测及冲尘效果动态评估。②开发基于防爆机械臂和“风−水−刷”联动冲尘装置的冲尘结构,实现自适应冲尘。③建立车辆底盘和机械臂的统一工作空间,研发基于力矩控制的巷道冲尘机器人小偏差自动补偿和柔性避障技术,实现动态场景下的巷道冲尘机器人的车臂协同。