智能机器人在输煤系统上的应用

智能机器人在输煤系统上的应用

杨子奇

大唐七台河发电有限责任公司 黑龙江 七台河 154600

摘要：巡检机器人可全天候无间断进行廊道巡检作业，采集现场数据，实时感知廊道内有害气体浓度、粉尘浓度、廊道异常温度（煤流、托辊以及相关对温度敏感的设备和区域）、异常声音等安全隐患，代替人工巡检。同时为检修人员提供环境监测，减少安全风险，全面提高输煤过程的安全性、可靠性和及时性，实现输煤廊道巡检的智能化。采用滑线轨道及多重密封结构，将滑线包裹在轨道内部，并实现防尘与保护。采用载波通讯，通讯稳定可靠，避免采用电缆拖挂带来的重量增加、安装不便以及扯断线缆等风险。

关键词：智能机器人；输煤系统；智能巡检；代替人工

由于传送带上煤料的堆叠具有一定空间规律，可以针对传输带上煤料的空间堆叠形状进行煤量的估计，根据应用场景可采用多种方式进行测量检测。结构光与光学成像相结合的方式进行测算，通过空间校准方式后，能够对传送带上特定位置进行煤量的估计，将测量系统与巡检车结合，可实现全天候、全地形的煤量实时检测。Error: Reference source not found所示结构光测量原理，通过相机Oc拍摄Op光源所发出结构光，在经过几何计算以及针对输煤系统定制的图像处理算法后，可精确估算煤量体积，进而计算输煤量，精度最高可达到1立方厘米

一、输煤系统智能巡检机器人实际生产力水平和今后的发展方向：

（一）智能巡检机器人在输煤系统起到的关健性作用

输目前集团公司范围内的火电企业输煤系统的巡检工作由人工完成，耗费大量人力资本，且输煤系统环境恶劣、空间复杂、积水积煤情况时常发生，对人工巡检造成极大阻碍，同时由于人工巡检频率低、间隔长及空间范围的局限性，在设备运行过程中不能对设备状态及工况环境做到实时监测，容易造成漏检、误检，导致因无法及时发现设备问题、隐患而造成缺陷、障碍扩大化，从而造成直接或间接经济损失。积极推进 “输煤系统智能巡检机器人”科研项目，在推进数字、智慧建设方面，以及全面提升生产工况运维巡检的无人化、智能化及远程化水平有着重要意义。

（二）分析成果应用和推广的途径;

目前城市综合管廊、电缆管廊、矿山水泵房、变电所、大型输送带输送机巷道等场所的巡检工作大部分都由人工完成，而该场所中环境复杂、空间狭小、积水情况常见，对人工巡视造成非常大的阻碍;同时由于人工巡检频率低、间隔长，在设备运行过程中因安全原因不能巡检，造成相关单位对巡视间隔期内设备、电缆和水管等可能发生的情况一无所知，因此当设备有问题时不能及时发现问题导致问题扩大化。在矿山或电厂输送带巷道中输送带运行过程中，皮带机的滚筒、托辊经常岀现损坏，输送带突发纵撕、坑道积水等，且巡检工是不能沿皮带巷进行巡检，不能及时发现问题进行处理而引起更大的问题，造成直接和间接较大经济损失。因此我们研究出一种自动巡检机器人装置，它具有效率高、费用低、实时性好、安全性高等特点，具有非常重要的实际使用意义。

（三）分析成果推广后的直接和间接效益。

通过机器人技术代替人的眼、耳、手，研发有效的分析算法，利用高速的处理器代替人的大脑，以达到实时、准确预警的功能。吊装巡检机器人能够完全代替巡检工巡检;实时监测现场的图像、声音、温度、烟雾、气体等数据，通过软件对数据的自动分析，判断是否存在设备故障以及进行故障定位，从而减轻工作人员的劳动强度、降低劳动风险，及时发现出现的问题，避免事故扩大化，可直接降低人工劳动成本，间接控制设备检修频次，降低修理费支出。

二、智能机器人在国内外的研究实况：

（一）国内外科技研究水平的现状和发展趋势；

目前，挂轨式巡检机器人、轮式巡检机器人、仿生四足机器人、工业并联六轴机器人等多款机器人的技术已相当成熟并得到广泛应用。

未来机器人产品在图像检测与诊断、红外测温、噪声检测、温湿度检测、气体检测、火灾隐患监测、环境系统检测、远程辅助、人脸识别等功能的开发研究将进一步提升。产品应用领域不覆盖配电房、厂房园区、地下管廊、安保巡检、智能制造等场景，还可扩展至金融电信、康复养老、健康管理等场景，有效满足大众消费者的日常需求。

（二）国外科技研究机构或公司对本科技项目的研究情况；

国外科研机构研发的巡检机器人普遍含工控机、双光云台、以及运动功能模块、消防模块。主要特点如下：

1、检测功能丰富：通过云台升降和旋转，全方位对隧道设备、工况信息、环境进行自主巡检，主动排查隐情和可疑人员。

2、病害趋势预警：定制红外、气体、噪音等传感器设备，结合后台AI数据分析系统，快速识别火灾、积水、设备异常等隐患并上报预警；

3、综合应急管控：机器人配备智能灭火系统，遇到火灾等突发事故，联动隧道消防系统、监控系统等进行多维度分析和现场管控；

4、兼容扩展性强：适应多种复杂环境，快速通过防火门等狭窄区域。根据客户需求，定制个性化产品和解决方案。

（三）国内其他科技研究单位对本科技项目的研究情况;

国内其他可研单位基于自主研发的AI算法及大数据分析系统能够自主完成隧道内设备状态检测、绝缘子检测、气体检测、漏水检测、边界安防巡检、可侵入识别、联动报警、边界安防报警等任务。全面提升隧道内运维巡检的无人化、智能化及远程化水平。主要特点如下：

1、安全可控：机器人运行可控，机器人采用齿轮齿条的方式，出现异常时会采取抱闸的措施，只有当操作人员解除抱闸才可运动，不会出现异常溜坡的情况。

2、检测功能丰富:支持可见光以及红外测温，支持噪声检测，通过分布式振动传感器以及机器人本身搭载的声音探测器进行噪声数据采集，并将噪声数据经过无线网传回后台监控系统。环境系统监测功能，具备对烟雾、CO等环境信息采集。

3、自主充电：机器人具备自主充电功能，当机器人电池电量低至相应的比例时，机器人会自动返航至充电点，与充电设备配合完成自主充电。机器人采用分布式无线充电，可有效避免有线充电出现火花造成的火灾危害。

三、智能机器人在输煤系统应用的理论和实践依据：

（一）研究内容的原理简述；

皮带机智能检测系统采用激光技术、图像分析技术、大数据、AI算法等技术，对皮带机存在的跑偏、撕裂及落料管堵塞等问题进行检测，发现异常后可自动报警，可关联输料机系统实现闭锁停机。通过高精度激光检测，对采集面皮带数据进行分析，结合高清摄像头实时抓拍皮带图像并在数据后台进行图形识别分析，通过双重识别，及时发现撕裂风险。通过在落料管前端和后端安装激光流量检测装置，实时监测落料管前后流量变化，结合高清摄像头图像识别分析，及时发现落料管堵塞及原燃料散落情况。

（二）研究内容的理论或者实践依据；

巡检机器人主要包含运动系统和摄像头以及各种传感器。搭载了红外热像仪、可见光高清摄像机、气体检测仪、温湿度传感器、交互式实时对讲平台、声光报警器、光电停障系统等，系统采用高性能嵌入式CPU控制，全工业化元器件设计，系统运行可靠，功能齐全。具体组成如下：

1、驱动模块：机器人驱动模块具有过压、欠压、过流、短路、断路、过温等实时监测保护功能，发生异常时自动停车并能上报错误状态。机器人驱动模块具有高速行走、灵活过弯及强大爬坡能力。

2、主控模块：机器人主控模块采用国自机器人自主研发的“国自芯”即GRACE系统，GRACE是一套标准、灵活、开放的移动控制平台，基于国自自主研发的智能核心硬件、各类功能传感器，结合自主导航的平台化软件包、控制算法和通用组态平台，可快速方便地构建各类智能移动机器人产品，帮助企业实现产业转型升级，形成智能制造、智慧生活的生态圈。

3、定位模块：机器人沿轨道运行，通过码盘进行测距和定位，并通过RFID标签对定位信息进行校准，实现精确定位停站。定位精度：≤±10mm。

4、防护模块：机器人具备接触式和非接触双重安全防护。当在行进路线上存在障碍物且不能安全通过时，机器人将自动停车并报警提示，停障距离在0~2m内配置；当机器人前后方向上与异物零距离接触时机器人将采取安全防护措施保护机器人设备不受损伤。

5、通讯模块：机器人系统采用无线通信方式，机器人内通讯模块与在巡检区域内间隔布置的若干个无线AP组成无线局域网，机器人上的主控系统和视频设备通过以太网连接到无线集线器上并通过车载无线客户端接入到无线局域网中。