输煤皮带机器人技术及实施方案合肥市信同信息科技有限公司版本修订记录：目录1 概述 (4)1.1编写目的和背景 (4)1.2 参考资料 (4)2 需求概述 (4)2.1 目标 (4)2.2 巡检环境 (5)2.3 功能需求概述 (5)3技术指标 (5)3.1 电源适应性 (5)3.1.1运动性能要求 (5)3.1.2云台性能要求 (5)3.1.3自动导航定位要求 (5)3.2 通讯性能要求 (5)3. 3 巡检作业设备性能要求 (6)3.4 轨道要求 (6)3.5 可靠性要求 (6)4系统概要设计 (6)4.1 系统架构设计 (6)4.2 终端层设计 (7)4.2.1 机器人本体设计 (7)4.2.2 轨道系统设计 (7)4.2.3 通信系统设计 (7)4.3 基站层系统设计 (8)3.3 智能终端监控软件设计 (9)5设备布置及安装 (9)6智能控制与数据分析软件 (11)7售后服务 (14)附件1：产品参数 (16)1 概述1.1编写目的和背景为实现减人增效，对运输皮带实施智能自动巡检系统，本系统主要由矿用皮带机沿线巡检装置、光纤测温系统、皮带数据传输系统三部分组成，系统形成后可实现皮带机设备全线范围内的移动巡检，能够连续采集、传输、存储现场的图像、声音、温度、烟雾等数据；对沿线皮带托辊进行全线温度检测；将现有皮带保护系统数据上传；最终通过巡检机器人+光纤测温+皮带保护组成综合型皮带智能自动巡检系统，实现运行数据、保护、视频由本系统地面服务器统一汇总对设备运行条件综合对比和分析制定完善的控制方案。

1.2 参考资料本项目依据的国家标准、技术导则和技术规程主要有：●IEC：国际电工协会●GB 4798.4-90 电工电子产品应用环境条件无气候防护场所使用●GB 2423.10-89 电工电子产品基本环境试验规程●GB/T17626.2 静电放电抗扰度试验●GB/T17626.3 射频电磁场辐射抗扰度试验●GB/T17626.8 工频磁场的抗扰度试验●DL/T 664-2008 带电设备红外诊断应用规范●GB/T 2423.4.8-2008 电工电子产品环境试验第2 部分：试验方法试验Db交变湿热●GB 4208-2008 外壳防护等级（IP 代码）●《国家电网公司“十二五”及中长期科技发展规划战略研究》●《国家电网公司关于印发推进变电站无人值守工作方案的通知》（国家电网运检〔2013〕178 号）●《巡检机器人需求规格说明书》2 需求概述2.1 目标实现巡检机器人的基本功能。

其分别安装于皮带的两侧，其中一台监控皮带带面运行情况，一台监控上下层皮带间的托辊情况。

通过机器人自身携带的监控设备能够以动态形式实现皮带运行现场的图像采集、声音采集、烟雾检测、红外热成像仪温度检测、有害气体检测等功能。

2.2 巡检环境正常工作环境环境温度：-20℃～+55℃环境相对湿度：10%～90%（无冷凝水）2.3 功能需求概述1)降低人工巡检强度，提升巡检效率和设备异常识别率。

2)大块矿石检测、人员侵入、火灾等能及时识别并报警，以得到快速处置。

3)皮带局部温度过高、滚轮温度过高、支架晃动、现场温湿度、烟雾浓度异常等安全隐患能及时识别并预警，提前采取措施，避免设备损坏或更大事故发生。

4)重大故障、事故等能第一时间通知监管部门和相关领导。

5)提供监管部门和相关领导远程查看现场实时图像的能力，增强监管力度。

3技术指标3.1 电源适应性（1）机器人本体采用蓄电池供电方式，DC 48V。

3.1.1运动性能要求（1）在轨道上运行的最大速度不小于 3m/s；（2）最小转弯直径应不大于 350mm；3.1.2云台性能要求（1）预置位数量不小于4000 个；（2）垂直范围-75 度～+90 度；（3）水平范围±180 度。

3.1.3自动导航定位要求重复导航定位误差不大于5mm；3.2 通讯性能要求1)机器人能与本地监控后台采用无线通信方式，通信模块的选择取决于通信距离，工作可靠；2)两台或两台以上轨道巡检机器人在同一环境内工作时，其控制信号不相互干扰；3）控制、传输信号具有良好的穿墙性能，并具有良好的抗干扰能力；4）通讯射频指标符合国家无线电委员会相关要求。

3. 3 巡检作业设备性能要求（1）可见光检测设备性能要求——上传视频分辨率不小于高清1080P，帧率不小于25FPS；——最低照度：0.01Lux@（F1.6，AGC ON）；——性能满足GAT 367 附录B 中一级系统中探测部分的要求（2）自动避障设备距离＞1m ；3.4 轨道要求轨道型材采用高强度铝合金挤压模型，可以拼接，并且可以根据现场地形设计弯曲度。

（1）最小弯轨道弯曲半径：R300mm（2）承载重量：50KG 以上。

（3）轨道防锈，防腐蚀。

3.5 可靠性要求在排除光线、拍摄角度等影响因素外，巡检准确率准确率不低于95%。

4系统概要设计4.1 系统架构设计本系统为网络分布式架构，整体可分为两层，为基站层和终端层。

基站层由后台机及智能控制与数据分析软件组成；通信系统由网络交换机、无线网桥、光端机等设备组成，负责建立基站层与终端层间的网络通道；终端层为轨道机器人，由轨道系统和机器人本体组成。

图1 系统架构图4.2 终端层设计4.2.1 机器人本体设计机器人本体通过机械对接方式装配在运动轨道上，具有检测功能。

具体包括：传动模块和功能模块。

传动模块可实现机器人的水平方向的运动，功能模块包括可见光摄像机、摄像机云台、红外热像仪以及各种传感器。

4.2.2 轨道系统设计轨道系统设计包括运动控制系统、驱动控制系统和导航定位系统。

运动控制系统主要控制机器人的水平运动，通过控制步进机的转速和正反转实现。

驱动控制系统的运动平台采用同步带传动、滑触线供电，其中机械运动模块是整个系统的主要功能模块之一，它在运动控制模块的控制下完成各种行走、转向动作。

机械运动模块主要包括移动小车、同步带等几个小模块，轨道型材选择定制截面型材，两边加凹槽，作为支撑轮的行走导槽。

导航定位系统是采集个传感器（如限位传感器）的状态，进行逻辑分析处理，保障机器人的运行。

4.2.3 通信系统设计采用网络传输方式实现机器人与后台机之间的通讯，实现检测数据的传输和运动控制命令的传输。

图2 通信模块功能原理图4.3 基站层系统设计（1）巡检测检测功能：有全自主巡检和遥控巡检两种巡检模式。

能够检测：1）设备的外观；2）设备的本体和接头温度；3）烟雾有害气体等气体；4）火灾等警情；5）装置状态指示灯等。

能够将视频实时上传至后台监控。

6）其他需求。

（2）自检功能：能够检测自身电源、驱动、通信、检测设备等部件的工作状态。

（3）声光报警：机器人搭载声光报警器，当监测到异常时，声光报警器进行报警。

（4）温度探测：通过车载红外热像仪对指定点或者全部点的运行设备温度探测。

并且当被检测设备超过设定温度值时，机器人能够自动报警。

（5）温度、湿度、及有害气体检测：机器人通过搭载的各种传感器对温度、湿度、甲烷、一氧化碳、二氧化硫、烟雾、氧气、粉尘、噪音等状态进行探测，并在超过设定阈值时，自动报警。

（6）自主避障：能够准确及时避障并具备防撞功能，且在在全自主模式下障碍物移除后应能恢复行走。

（7）仪表读数和状态判断：对有读数的表盘进行数据读取，并自动记录和判断，并提出报警。

读数的误差小于5%。

应能够对设备状态指示灯、开关位置等状态进行自动记录、判断，并对异常情况发出报警。

（8）语音对讲：机器人自带拾音器和扬声器，机器人可接收不同语音指令实现不同功能。

3.3 智能终端监控软件设计智能终端控制软件能够与机器人进行通信，显示机器人发送的视频以及各巡检数据，并能够下发控制指令，控制机器人的巡检方式、运动方向，设置各传感器的报警阈值等。

此方案涉及综合管理平台开发和移动APP开发，将现场采集的视频图像（可见光、热像图）、环境数据等上传至服务环境，平台提供计算、存储、安全资源，实现系统稳定运行，降低系统运行维护成本。

监管部门及相关领导可通过移动端APP 对皮带巡检系统随时访问，支持现场图像预览、接收现场预警及报警信息、视频录像回放、巡检日志查看、工单审批等功能。

综合业务应用及管理平台具有很强开放性，可以跟胶带控制系统互联互通。

本平台应可以根据用户作业习惯、管理需要等满足胶带管理人员、操作人员的不同需求，为用户实现个性化定制。

平台能契合用户的实际需要，满足现场的应用。

5设备布置及安装轨道固定方式一般有吊装和侧装两种，如图所示。

文件编号：图3轨道吊装及侧装示意图根据输煤皮带的分布，室内轨道和机器人布置情况如图所示。

图四机器人分布图图 5 现场设备应用图6智能控制与数据分析软件智能控制与数据分析软件采用分层的模块化结构，基于 Windows 操作系统和.Net Framework 运行平台；采用纯面向对象的编程语言 C#进行托管代码编程；以面向对象的内存实时数据库和大型商用关系型数据库相结合。

通过多线程进行耗时任务的后台处理，避免阻塞用户的界面操作。

软件系统的体系结构共分为 4 层，分别为数据层、功能层、逻辑层和表示层，如图所示。

各模块基于接口编程，广泛应用设计模式，降低模块间的耦合，系统架构清晰，功能扩展方便。

图6软件的体系结构主要功能如下：1）显示功能a.巡检轨迹及停靠点地图；b.可见光视频；c.移动站实时状态信息；d.运行事项记录；e.可自定义设置的可见光视频设备异常报警；f. 运行日志、报表。

2）系统配置功能a.移动站设备的通讯参数；b.室内设备模型的定义及属性编辑c.巡检停靠点及检测点的编辑d.检测点与室内设备的关联e.巡检任务及定时周期的编辑f.用户及权限设置3）通讯功能a.与轨道机器人下位机通讯b.与可见光及红外视频服务器通讯c.以上通讯接口具备自动重连功能4）控制功能a.轨道机器人的手动控制，包括 Y 轴与移动平台的运行、停止等b.云台的水平转动、垂直俯仰控制c.可见光的控制，包括变焦、抓图、录像等d.巡检任务配置的下发e.巡检任务的执行与处理，包括可见光抓图、存储等f.轨道机器人的自动控制机器人通过通信系统与后台机进行数据交换，实现数据的远传和命令的遥控。

在此基础上，还可以方便接入电力系统生产专用通信网络，实现与调度中心的数据交换。

除去上述功能，机器人还需具备如下：a)在皮带旁或上方安装悬挂式轨道，机器人在轨道上进行往复运动；b)机器人对A 线运动状态进行自动检测，同时对B 线的可见光进行检测。

c)搭载可以转动的高清摄像头*1，红外热成像镜头*1，人体红外传感器*2，浮灰防护风扇等设备。

d)导轨的一端设有自动清洗装置，当机器人本体因为积灰过多影响摄像头视线时，机器人就会自动前往清洗装置处进行清洁。