[发明专利]一种井下巷道与硐室全方位巡检轮式机器人及其控制方法

说明书

本发明公开了一种井下巷道与硐室全方位巡检轮式机器人及其控制方法，包括巡检感知系统、外部环境监测系统、行走越障系统和控制系统；巡检感知系统选用激光雷达、深度相机、红外热像传感器等传感器，利用激光雷达、深度相机、红外热像传感器等多传感器融合实现更加可靠的巡检；外部环境监测系统包括烟雾传感器、声音传感器、瓦斯传感器等传感器，保证机器人巡检期间的安全性；控制系统包括主控制箱，上、下位机与电源，毫米波雷达用于机器人行驶避障；采用差动平衡杆为主的行走越障机构，采用六轮结构，确保机器人在巷道与硐室之间实现变空间越障，更加稳固可靠。本发明可以应用于井下巷道硐室等复杂环境下，实现对巷道硐室问题的超前预判预警。

技术领域

本发明涉及一种全方位巡检机器人，具体涉及一种井下巷道与硐室全方位巡检轮式机器人及其控制方法。

背景技术

在煤矿井下复杂恶劣的工作环境下，对各类生产运输设备进行定期巡检是保障其安全稳定运行的重要技术手段。要实现更加全面的全方位巡检，仅靠单一的传感器是无法实现的。传统的单传感器定位往往存在较多弊端，容易受巡检信号强弱的影响，若在信号被遮挡的情况下，甚至会出现定位失败的情况。此时，就需要通过多传感器融合的方式，将不同类型的传感器进行信息融合，优势互补。

现阶段开发的井下巡检机器人多采用轨道式巡检方式，主要用于固定线路上的带式输送机巡检，传统人工巡检方式常采用手持式传感器，检测精度差、劳动强度大，巡检时间和巡检质量难以得到可靠保证。目前井下还没有能够对巷道、硐室等不同场所进行全方位巡检的机器人。专利201711411089.0公开了一种防爆轮式巡检机器人系统，该方案的轮式结构不适合用于井下环境路面。专利202010246895.2公开了一种六自由度煤矿巡检机器人平台，提出设立在六自由度的基础上利用激光雷达实现巡检，该方案结构复杂，巡检手段过于单一。专利201620324442.6公开了一种利用旋转摄像头传输信息的煤矿巡检机器人，该方案不能适应煤矿井下的复杂地面环境。专利201120255206.0公开了一种胶带式输送机的轨道式巡检机器人，该方案巡检范围单一不可变化。因此，需要采用更加自由灵活的轮式驱动结构，可对煤矿井下巷道、硐室进行全方位巡检，采用多传感器技术，代替传统人员巡检方式，提高巡检范围和精度，产生的综合效益将非常可观。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种井下巷道与硐室全方位巡检轮式机器人及其控制方法，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种井下巷道与硐室全方位巡检轮式机器人，包括巡检感知系统、外部环境监测系统、行走越障系统和控制系统；控制系统包括主控制箱、上位机、下位机、毫米波雷达和电源，上位机、下位机和电源均设置在主控制箱内，毫米波雷达有四个，分别设置在主控制箱内四个边角处，上位机与下位机电连接，下位机与电源电连接；主控制箱后侧面设有喇叭口；巡检感知系统包括支撑装置、深度相机、激光雷达、摄像头和红外热像传感器；支撑装置设置在主控制箱上顶面的中间位置，深度相机、激光雷达和摄像头设置在支撑装置上，红外热像传感器设置在主控制箱上顶面；外部环境监测系统包括设置在主控制箱外侧面的烟雾传感器、瓦斯传感器、粉尘传感器、声音传感器和温湿度传感器，烟雾传感器、瓦斯传感器、粉尘传感器、声音传感器、温湿度传感器均与上位机电连接；行走越障系统设置在主控制箱两侧的前部和后部。

所述支撑装置包括巡检云台、导电滑环、巡检轴和巡检电机，巡检轴穿过巡检云台中心并与巡检云台固定连接，巡检轴的顶端设有激光雷达，巡检轴的底端设有巡检电机，巡检电机与主控制箱顶面连接，深度相机、摄像头固定连接在巡检云台的边缘，位于巡检云台下方的巡检轴上设有导电滑环，导电滑环由滑环外环和滑环内环组成，滑环内环与深度相机、激光雷达、摄像头电连接，巡检电机、滑环外环均与上位机电连接。

所述行走越障系统包括车轮、连杆、差动平衡杆和驱动电机，差动平衡杆、连杆分别设置在主控制箱两侧的前部和后部，差动平衡杆呈三角形状，其顶点处与主控制箱铰接，两个底点分别设置一个车轮，连杆的一端与主控制箱连接，另一端设置车轮，所有车轮分别与一个驱动电机连接，驱动电机与下位机电连接。