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，容易造成通風系統決策錯誤導致安全事故發生。針對上述問題，研究設計了一種礦用軌道式自動測風機器人系統，論述了軌道式自動測風機器人的結構組成和九點精確定位檢測方法，對測風機器人的硬件系統和軟件系統進行設計。該機器人系統可實現巷道通風參數自動采集，為礦井通風安全提供有效保障。

　　關鍵詞：軌道;多點測風;伺服驅動系統;機器人

　　0引言

　　礦井通風系統是煤礦生產基本系統之一，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。為了保證通風系統能夠安全、穩定、經濟地運行，技術管理人員需要及時獲得巷道內風速、風量、瓦斯濃度、CO濃度、空氣溫度和濕度等通風基礎參數。然而，巷道通風參數隨著礦井采掘工程接替實時動態變化，采用人工巡檢測量巷道通風參數的工作量十分巨大，并很難實時準確地獲得通風參數的精確值，使得管理人員很難及時察覺通風系統的安全隱患，容易造成煤礦安全事故的發生。

　　煤礦方向論文范例：淺談礦用空氣幕引射風流在馬坑礦業的應用

　　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，基于工字鋼軌道、多點測風法和伺服驅動系統位置控制，對機器人系統進行機械結構、路徑規劃、硬件和軟件系統設計，實現對巷道通風系統參數的定時、定點自動采集，構建技術先進、自動化程度高、運行穩定可靠的自動測風機器人系統，為礦井通風系統管理和決策提供可靠依據。 礦用軌道式自動測風機器人硬件系統設計(1)軌道式自動測風機器人裝置結構組成

　　礦用軌道式自動測風機器人裝置主要由驅動裝置和機器人本體組成，如圖1所示。測風機器人驅動裝置包括驅動輪、齒輪傳動箱、同步帶傳動裝置、夾緊輪、承載輪和承載輪基座，驅動輪、承載輪和夾緊輪分別在工字鋼軌道左右對稱布置。驅動裝置通過聯接板、聯接螺桿和螺母與機器人本體聯接固定。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指示燈、天線和攝像頭，在機器人本體后部設置有充電插頭，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組成

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

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

　　2礦用軌道式自動測風機器人多點測風關鍵技術

　　(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。在巷道預定噴漿區域打錨桿，錨桿末端螺母固定有圓環鏈板，圓環鏈一端與圓環鏈板聯接，另一端與工字鋼軌道上吊耳聯接，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、夾塊板和聯接螺栓聯接固定。機器人本體通過驅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 務回到初始位置，充電插頭與充電樁連接為機器人充電續航。無線基站安裝在靠近機器人本體的巷道內壁上實現無線通信。

　　(2)機器人多點測風運動路徑規劃為直觀、形象體現軌道式自動測風機器人多點測風關鍵技術原理，對巷道測風截面網格化，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。根據預先規劃設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，同時將檢測數據傳輸至數據處理中心，求得各項通風參數平均值。

　　4結語

　　本文研究設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的工字鋼軌道上，通過伺服驅動系統和九點測風法，實現機器人本體移動位置精確控制和多點數據采集，有效地減輕工作人員的勞動強度、降低勞動風險。機器人系統通過內部軟件對數據自動分析，可以及時發現通風安全隱患，避免安全事故發生，對煤礦安全綠色高效開采具有重要的現實意義。

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　　作者：張延軍，許鵬，孫融，王春艷