一种煤矿巷道通风监测机器人系统，尤其适用于煤矿井下使用。包括设置在巷道顶部的设备壁龛，设备壁龛上方设有底座气缸，底座气缸延伸出与气源连接的供气系统管路，所述底座气缸、设备壁龛和供气系统管路均设置在巷道顶部中心线上的开槽内，设备壁龛两侧的巷道顶部上设有闭合后可以将设备壁龛关闭的壁龛密闭门，设备壁龛内设有可以折叠伸缩的测风机械臂本体结构。利用测风机械臂对巷道风速影响的校正系数，对测得的风速数据进行修正，得到巷道内真实的风速，将结果与巷道截面积数据进行计算，得到巷道风量数据，并且各测风站处的控制箱通过服务器互相连接到地面调度室。其结构简单，测量效果好，安全可靠。安全可靠。安全可靠。
【技术实现步骤摘要】
一种煤矿巷道通风监测机器人系统
[0001]本技术涉及一种煤矿巷道通风监测机器人系统，尤其适用于煤矿井下使用，属于机器人领域。
技术介绍
[0002]矿井通风是实施煤矿井下安全开采作业的前提保障，通过对全矿井巷道的有效供风，可实现井下掘进、采煤、运输、辅助等工业场所的作业人员的新鲜空气补给，同时可有效降低煤矿井下瓦斯、一氧化碳等有害气体含量，保障煤矿井下人员和机电设备的安全。现代大型矿井的通风系统是由巷道通风网络、通风动力设备和通风控制设施等构成的复杂工程体系，它对全矿井的生产安全状况具有决定性的影响。煤矿安全规程规定矿井必须构建有完整合理的通风系统，然而煤矿开采过程中井下作业地点往往动态变化，巷道布置和通风布局也随着井下采掘工作面的变化而实时做出调整。为保证煤矿的安全生产，必须及时了解井下各用风地点风量情况是否符合要求，因此煤矿井下巷道的风速风量精准检测必不可少。
[0003]目前，煤矿井下巷道风量测量还主要以人工测量为主，测量过程主要包括巷道平均风速的测量和巷道截面积的测量。为了测得巷道的平均风速，需要测风人员同时拿着风表和秒表站在巷道固定测风站中，同时启动风表和秒表，按照预定线路，移动风表，获取巷道截面上的各点的风速信息。手工移动测量设备时应保证风表叶片方向始终与风速垂直，测定结束时同时关闭风表。此类人工测风过程，测风人员始终立于巷道中间，因为操作人员的自身身体体积不可忽略：如在使用迎面测风法时阻挡了巷道内部分风流的前进，降低了风表测得的巷道风速；如使用侧身测风法，测风人员立于巷道内减少了通风断面，从而人为增大了风速，因此所得的测量结果都不准确。且在测量过程中，既要保证两表同时开关，又要在正确移动风表的情况下注意两表读数以及叶片是否垂直于风流，使得测量人员很难同时兼顾。同时，在测量巷道截面积时测风人员需要使用刚卷尺测量出必要位置的巷道尺寸，在面对比较高的巷道时，尺寸测量又非常费时费力，且由于不同位置巷道的形状不完全规则，根据估算面积公式计算出巷道截面积往往不准确。因此传统的人工测风的精度和效率在面对大型现代化矿井的通风监测和实时安全评估时显得力不从心。
技术实现思路
[0004]针对上述技术的不足之处，提供一种形成全矿井在线测风网络系统，实现对煤矿井下通风系统的高效精准监测。自动测风系统可精准测量煤矿巷道的截面面积、风速以及风量等，通过对测量数据的实时采集、分析，获得可靠的巷道通风状态参量，从而动态指导调整全矿井供风网络，及时防止巷道内新鲜空气供给不足，降低矿井煤尘或瓦斯浓度，避免人员伤亡事故和煤矿瓦斯、煤尘爆炸等安全生产事故的煤矿巷道通风监测机器人系统
[0005]为实现上述技术目的，本技术的一种煤矿巷道通风监测机器人系统，包括设置在巷道顶部的设备壁龛，设备壁龛上方设有底座气缸，底座气缸延伸出与气源连接的供
气系统管路，所述底座气缸、设备壁龛和供气系统管路均设置在巷道顶部中心线上的开槽内，设备壁龛两侧的巷道顶部上设有闭合后可以将设备壁龛关闭的壁龛密闭门，设备壁龛内设有可以折叠伸缩的测风机械臂本体结构。
[0006]所述壁龛密闭门与设备壁龛之间设有滑轨，设备壁龛两侧分别设有两个壁龛门气缸，一扇壁龛密闭门外侧设有两个壁龛门气缸，通过壁龛门气缸控制壁龛密闭门在设备壁龛两侧设置的滑轨中移动开合，滑轨通过膨胀螺栓固定在巷道壁上，壁龛密闭门通过安放在滑轨凹槽内的滚轮进行开合移动，壁龛密闭门与滑轨的相对移动为纯滚动。
[0007]壁龛密闭门的大小根据需要设定，所需的壁龛门气缸规格与壁龛密闭门重量和尺寸匹配。
[0008]所述设备壁龛内通过膨胀螺钉连接测风机械臂本体结构，测风机械臂本体结构的一端设有底座，测风机械臂本体结构通过底座与设备壁龛连接，底座上通过螺栓固连有底座气缸，底座气缸设置在巷道顶部设备壁龛内，测风机械臂本体结构的另一端设有末端。
[0009]所述测风机械臂本体结构为轻质六自由度串联多关节型机械臂，包括括小臂、腕部、末端、底座和大臂，其中大臂一端与底座连接、另一端通过关节与小臂的一端连接，小臂的另一端通过腕部与末端连接。
[0010]所述测风机械臂本体结构的末端上设有风量传感器，底座上设有激光雷达，关节处都通过设置的关节伺服电机进行驱动与控制。
[0011]激光雷达的型号为RPLIDAR-A2M8-R4，利用三角测距原理来测量距离，并利用电机驱动的编码盘实现角度旋转；矿用风量传感器的型号为CFJD25，其上设有一组三叶或四叶的螺旋桨叶片作为测量部分。
[0012]在巷道侧壁上设有控制显示系统，控制显示系统包括控制面板与参数显示屏两部分，控制面板可简单操控机械臂运动，显示屏则可展示一系列测风数据与检测结果，巷道侧壁控制显示系统是安放在测风站侧方壁龛中的。
[0013]控制箱内设有控制系统，结构上控制系统包括处理器，处理器分别与通讯模块、存储模块、电源模块、逻辑控制模块、机械臂控制模块、输入按键和数据交换接口连接，处理器还与显示屏以及设置在巷道中的风量传感器和激光雷达连接，机械臂控制模块与机械臂连接并控制活动，逻辑控制模块分别与底座气缸和壁龛门气缸连接，所述通讯模块与通过网络与服务器连接；系统上控制系统采用上位机和下位机两层结构，上位机采用研华EPC-S201工控机.中央处理器为Intel Celeron N3350 Dual Core SoC，主频为2.4G,内存为8G；下位机包括：机械臂控制模块和逻辑控制模块，机械臂控制模块使用DSP TMS320LF2407作为控制单元，采用松下MSMA012A1G型交流伺服电机驱动，配套伺服驱动器选用MSDA013A1A，上位机与下位机之间采用RS-485总线实现机械臂的分布式控制。
[0014]测风作业所得的数据会传输到控制箱中，利用测风机械臂对巷道风速影响的校正系数，对测得的风速数据进行修正，得到巷道内真实的风速，将结果与巷道截面积数据进行计算，得到巷道风量数据，并且各测风站处的控制箱通过服务器互相连接到地面调度室，进行数据的传输。
[0015]有益效果：
[0016]在巷道测风站中不再需要人工手持仪器测量，可有效减少人工，降低井下危险区域的作业频繁测风作业带来的安全风险；采用轻型机械臂携带测风仪表测量，由于机械臂
相对于人工测量的迎风面积小，且机械臂的表面轮廓更加光滑，对于巷道通风的阻滞作用也会更小，从而使得测量的数据更加准确；由于在人工测风过程中，操作人员要保证两表同时开关，又要在正确移动风表的情况下注意两表读数以及叶片是否垂直于风流，很难同时兼顾，而用机械臂测风代替人工测风降低了操作难度，提高了检测效率；同时由于系统采用激光扫描传感器自动扫描获得巷道的横截面积，测量效率高，特别在巷道横截面形状不规则或巷道高度过高时，测量结果更加精准；机械臂末端连接的传感器在程序控制下按照预定的路线移动，测量覆盖范围比人工手持仪器测量更大，测量频次和定位精度更高。
[0017]此外，根据煤矿井下各测风站处的不同巷道横截面形状和截面积大小，可通过编程对测风机械臂的路本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种煤矿巷道通风监测机器人系统，其特征在于：它包括设置在巷道顶部的设备壁龛（4），设备壁龛（4）上方设有底座气缸（3），底座气缸（3）延伸出与气源连接的供气系统管路（6），所述底座气缸（3）、设备壁龛（4）和供气系统管路（6）均设置在巷道顶部中心线上的开槽内，设备壁龛（4）两侧的巷道顶部上设有闭合后可以将设备壁龛（4）关闭的壁龛密闭门（5），设备壁龛（4）内设有可以折叠伸缩的测风机械臂本体结构（1）。2.根据权利要求1所述的煤矿巷道通风监测机器人系统，其特征在于：所述壁龛密闭门（5）与设备壁龛（4）之间设有滑轨（18），设备壁龛（4）两侧分别设有两个壁龛门气缸（11），一扇壁龛密闭门（5）外侧设有两个壁龛门气缸（11），通过壁龛门气缸（11）控制壁龛密闭门（5）在设备壁龛（4）两侧设置的滑轨（18）中移动开合，滑轨（18）通过膨胀螺栓固定在巷道壁上，壁龛密闭门（5）通过安放在滑轨（18）凹槽内的滚轮进行开合移动，壁龛密闭门（5）与滑轨（18）的相对移动为纯滚动。3.根据权利要求2所述的煤矿巷道通风监测机器人系统，其特征在于：壁龛密闭门（5）的大小根据需要设定，所需的壁龛门气缸（11）规格与壁龛密闭门（5）重量和尺寸匹配。4.根据权利要求1所述的煤矿巷道通风监测机器人系统，其特征在于：所述设备壁龛（4）内通过膨胀螺钉连接测风机械臂本体结构（1），测风机械臂本体结构（1）的一端设有底座（16），测风机械臂本体结构（1）通过底座（16）与设备壁龛（4）连接，底座（16）上通过螺栓固连有底座气缸（3），底座气缸（3）设置在巷道顶部设备壁龛（4）内，测风机械臂本体结构（1）的另一端设有末端（15）。5.根据权利要求4所述的煤矿巷道通风监测机器人系统，其特征在于：所述测风机械臂本体结构（1）为轻质六自由度串联多关节型机械臂，包括括小臂（13）、腕部（14）、末端（15）、底座（16）和大臂（17），其中大臂（17）一端与底座（16）连接、另一端通过关节（12）与小臂（13）的一端连接，小臂（13）的另一端通过腕部（14）...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡而已，孙鸿兵，张耀，葛世荣，唐超权，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：
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