一种散料运输机智能巡检机器人系统及其检测方法与流程

本发明涉及煤矿机器人领域，具体涉及一种散料运输机智能巡检机器人系统及其检测方法。

背景技术：

机器人技术作为一种战略性的高新技术产业，对未来我国的各个行业都有着很强的带动性和辐射性。通过不断研讨机器人技术使机器人技术与智能控制结合，对增强我国科技竞争力、增强国防实力、提高我国现代化工业发展速度有着十分重要的推动作用；智能控制领域作为21世纪新兴行业在不断的融入我国的各行各业，对减轻工人劳动力、降低生产成本、提高工作效率运营成本有着十分重要的作用。将机器人技术与智能控制技术相结合更好的实现人机互动，在工业领域与服务领域都有了很快的发展。

在如今的工业化生产过程中，散料运输机逐渐成为矿产业必不可少的大型机器，散料运输机的工作效率与故障直接影响到企业的生产效率及工作时效，所以即使发现及维修就成为保证散料运输机工作效率的必不可少的工作。

散料运输机主要的故障包括：皮带跑偏、皮带打滑、托辊组脱辊、皮带凹段悬空等。目前大多数煤矿企业采取人工巡视为主，通过工人的经验判断散料运输机是否故障。由于煤矿行业井上散料运输机皮带长度最远可达几公里或十几公里，所以这种人工巡视的方法对于矿业运输机而言效率低、成本高，可靠性无法保证。

技术实现要素：

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种散料运输机智能巡检机器人系统及其检测方法，其能够检测出散料运输机正常工作过程中遇到的常见的故障，并且能够将故障原因与故障点反馈给工控机，不需要人工监控省去了很多不必要的人力与财力，无论是对矿井行业或是其他应用到带式运输机的行业都有着推动作用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种散料运输机智能巡检机器人及其控制系统，包括与井上散料运输机机架平行布置并设有条形齿的导轨，所述导轨上滑动连接有移动外壳，所述移动外壳内设有控制器和编码电机，所述编码电机输出端设有与导轨上条形齿啮合的传动齿轮，所述移动外壳上设有声音传感器和支管，所述支管顶部螺纹连接支板，所述支板上固定有无线传输模块、太阳能电池板以及红外摄像头，所述无线传输模块、所述声音传感器、所述红外摄像头以及所述编码电机分别与控制器、太阳能电池板电性连接，控制器与太阳能电池板电性连接，无线传输模块与外部工控机无线连接。

优选地，所述控制器包括与太阳能电池板电性连接的电源模块，所述电源模块通过稳压模块分别电性连接单片机、ad转换电路模块以及放大电路模块，单片机电性连接晶振并通过放大电路模块与ad转换电路模块电性连接。

优选地，所述ad转换电路模块分别通过rs485通讯接口、光纤通讯接口、pwm输出通道以及i2c通讯接口依次与无线传输模块、红外摄像头、编码电机、以及声音传感器电性连接。

本发明还提供一种如权利要求3所述的散料运输机智能巡检机器人系统的检测方法，具体步骤为：

1)、判定皮带边线并划线；红外摄像头实时采集前方皮带图像并将图像传输到控制器，控制器通过ad转换电路模块进行信号滤波以及ad转换并将过滤后的图像信息传递到单片机上，单片机采用特征点匹配的方法对皮带的边线进行画线处理；

2)、检测皮带跑偏：单片机选取正常状态时的皮带两边线，对比其与实际检测到皮带的边线所呈倾角是否大于某一固定值φ，根据现场实际情况确定数值，若倾角大于φ则单片机判定该点发生皮带跑偏故障，单片机给工控机发出皮带跑偏报警信号并记录此点编码电机的数值得到该点位置；

3)、检测皮带凹段悬空故障；单片机识别实际检测的皮带两条边线，通过公式计算识别出皮带边线的曲率，当曲率大于某一固定值，根据现场实际情况确定数值，系统判定在该点已发生皮带凹段悬空故障，单片机给工控机发出皮带跑偏报警信号并记录此点编码电机2的数值从而得到该点位置；

4)、检测皮带打滑；红外摄像头实时采集图像并将图像传输到单片机，在单片机中取红外摄像头中心一点为特征点记录为a1，皮带向前运动，在单片机中经下一个中断时常后再次记录中心特征点a2，不断重复上述命令得到a3、a4、a5……；通过速度公式计算每两点间的速度v1、v2、v3……，单片机对比前后速度差值，若速度v出现突变，则系统判定在该点发生皮带打滑故障，单片机给工控机发出皮带打滑报警信号并记录此刻编码电机数值获取该点位置信息；

5)、声音传感器接收到来自皮带的声音信号并将其传到单片机，单片机判定该点声音信号是否大于某固定值，根据现场实际情况确定数值，若大于该固定赫兹，则判定在该点发生托辊组脱辊故障，单片机向工控机发出托辊组脱辊信号并记录此刻编码电机数值获取该点位置信息。

优选地，步骤1)中特征点匹配的方法的具体为：对红外摄像头实时采集到图像上的每行上的各点定义坐标a1…a1；对图像中的每列上各点定义坐标b1…b64；得出各点的坐标(ai,bj)；选取红外摄像头中每行上所有点，计算出每行的平均速度与方向，自上而下进行比较，当出现上下两行的速度方向相反，速度反差较大时，即判定为皮带的边线，记录该点坐标(ai,bj)；所有出现该种情况的坐标点连成的线即为皮带的边线，单片机对图像进行画线处理。

优选地，步骤3)中计算识别出皮带边线曲率的方法为：由红外摄像头目标中心为坐标原点，建立水平方向的x轴与竖直方向的y轴，再在识别处的皮带边线的每隔5点取一个点，共取4个点记为(a1,b1),(a2,b2),(a3,b3),(a4,b4)并对这四个点带入进行矩阵论的最小二乘解求解问题，将所有系数矩阵称为矩阵a即最小二乘解即为[(a^ta)^-1a^t]y，求出距离四点最近的一个抛物线方程，再由公式计算得曲率。

本发明的有益效果在于：本系统只需要在原有散料运输机的机架上加一导轨就可以实现机器人的移动及位置反馈问题，不需要在散料运输机外部外加导轨进行检测；本系统的检测方法能够检测出散料运输机正常工作过程中遇到的各类常见的故障，并且能够将故障原因与故障点反馈给工控机，不需要人工监控省去了很多不必要的人力与财力，无论是对矿井行业或是其他应用到带式运输机的行业都有着推动作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的一种散料运输机智能巡检机器人系统结构示意图(侧视图)；

图2为本实施例提供的一种散料运输机智能巡检机器人系统结构示意图(主视图)；

图3为本实施例提供的一种散料运输机智能巡检机器人系统电路连接图。

图4为本实施例提供的一种散料运输机智能巡检机器人系统的检测方法示意图。

图中，1-传动齿轮，2-编码电机，3-控制器，4-移动设备外壳，5-声音传感器，6-支管，7-太阳能电池板，8-红外摄像头，9-导轨，10-散料运输机机架，11-托辊组，12-皮带。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，一种散料运输机智能巡检机器人系统，包括与井上散料运输机机架10平行布置并设有条形齿的导轨9，所述导轨9上滑动连接有移动外壳4，所述移动外壳4内设有控制器3和编码电机2，编码电机2选用设有编码器的三相异步电机，所述编码电机2输出端设有与导轨9上条形齿啮合的传动齿轮1，所述移动外壳4上设有声音传感器5和支管6，所述支管6顶部螺纹连接支板，所述支板上固定有hd-805无线传输模块、太阳能电池板7以及红外摄像头8，所述hd-805无线传输模块、所述声音传感器5、所述红外摄像头8以及所述编码电机2分别与控制器3、太阳能电池板7电性连接，控制器3与太阳能电池板7电性连接，hd-805无线传输模块与设有hd-901无线接收模块的外部工控机无线连接，外部工控机设有移动控制终端和警报器。

所述控制器3包括与太阳能电池板7电性连接的电源模块，所述电源模块通过稳压模块分别电性连接单片机、ad转换电路模块以及放大电路模块，单片机电性连接晶振并通过放大电路模块与ad转换电路模块电性连接。

所述ad转换电路模块分别通过rs485通讯接口、光纤通讯接口、pwm输出通道以及i2c通讯接口依次与无线传输模块、红外摄像头8、编码电机2、以及声音传感器5电性连接。

如图4所示，本发明还提供一种如权利要求3所述的散料运输机智能巡检机器人系统的检测方法，具体步骤为：

1)、判定皮带边线并划线；红外摄像头8实时采集前方皮带12带图像并将图像传输到控制器3，控制器3通过ad转换电路模块进行信号滤波以及ad转换并将过滤后的图像信息传递到单片机上，单片机采用特征点匹配的方法对皮带12的边线进行画线处理；特征点匹配的方法的具体为：对红外摄像头8实时采集到图像上的每行上的各点定义坐标a1…a1；对图像中的每列上各点定义坐标b1…b64；得出各点的坐标(ai,bj)；选取红外摄像头8中每行上所有点，计算出每行的平均速度与方向，自上而下进行比较，当出现上下两行的速度方向相反，速度反差较大时，即判定为皮带12的边线，记录该点坐标(ai,bj)；所有出现该种情况的坐标点连成的线即为皮带12的边线，单片机对图像进行画线处理；

2)、检测皮带跑偏：单片机选取正常状态时的皮带12两边线，对比其与实际检测到皮带12的边线所呈倾角是否大于某一固定值φ，若倾角大于φ则单片机判定该点发生皮带跑偏故障，单片机给工控机发出皮带跑偏报警信号并记录此点编码电机的数值得到该点位置；

3)、检测皮带凹段悬空故障；单片机识别实际检测的皮带12两条边线，通过公式计算识别出皮带12边线的曲率，由红外摄像头8目标中心为坐标原点，建立水平方向的x轴与竖直方向的y轴，再在识别处的皮带12边线的每隔5点取一个点，共取4个点记为(a1,b1),(a2,b2),(a3,b3),(a4,b4)并对这四个点带入进行矩阵论的最小二乘解求解问题，将所有系数矩阵称为矩阵a即最小二乘解即为[(a^ta)^-1a^t]y，求出距离四点最近的一个抛物线方程，再由公式计算得曲率，当曲率大于一固定值，此处取2，系统判定在该点已发生皮带凹段悬空故障，单片机给工控机发出皮带跑偏报警信号并记录此点编码电机2的数值从而得到该点位置；

4)、检测皮带打滑；红外摄像头8实时采集图像并将图像传输到单片机，在单片机中取红外摄像头中心一点为特征点记录为a1，皮带12向前运动，在单片机中经下一个中断时常后再次记录中心特征点a2，不断重复上述命令得到a3、a4、a5……；通过速度公式计算每两点间的速度v1、v2、v3……，单片机对比前后速度差值，若速度v出现突变，则系统判定在该点发生皮带打滑故障，单片机给工控机发出皮带打滑报警信号并记录此刻编码电机数值获取该点位置信息；

5)、声音传感器5接收到来自皮带12的声音信号并将其传到单片机，单片机判定该点声音信号是否大于一固定值，一般选取80hz，若大于该固定赫兹，则判定在该点发生托辊组11脱辊故障，单片机向工控机发出托辊组11脱辊信号并记录此刻编码电机2数值获取该点位置信息。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。