矿区安全巡检机器人设计.pdf
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1、矿区安全巡检机器人设计席浩哲(天津理工大学海运学院天津)摘 要:矿区安全一直是各界关注的焦点构建完善的安全监测体系是解决安全问题的关键 本文设计了一款具有自动监测及自主导航功能的矿区安全巡检机器人 该机器人利用激光雷达识别周围环境利用气体传感器和深度相机监测周围环境中瓦斯浓度及火情并通过 算法和 算法完成路径规划关键词:巡检机器人自主导航安全检测中图分类号:文献标识码:文章编号:()前言随着国民经济发展各行各业对能源的需求日益增大煤炭作为一种稳定、易存储的能源具有不可替代性煤炭行业的安全生产一直是各界关注的焦点各种重特大伤亡事故给从业人员及其家庭带来了巨大灾难 在这些事故中矿区的火情和瓦斯爆炸
2、占据绝大多数因此加强对矿区的安全监测具有重要意义目前各煤炭企业在生产过程中或多或少存在监测设施落后、监测存在死角、管理手段落后等问题因此构建完善且高效率的巡检方式是解决这一问题的关键矿区安全巡检机器人是将巡检机器人与矿区安全生产相结合的一种有效尝试 该机器人利用自主导航功能对矿区进行巡检可以到达矿区任意区域利用机器人携带的传感器采集环境中的不安全因素及时发现安全隐患 巡检机器人总体设计.巡检机器人整体机械框架结构设计巡检机器人的整体设计主要包括五大部分:底盘运动系统、机器人中控系统、机器人自主导航感知系统、机器人巡检信息采集系统和交互系统巡检机器人的底盘主要设计有两种一种是履带式底盘一种是独立
3、悬挂式底盘履带式底盘如图 所示比较适合路况不平坦的矿区独立悬挂式底盘如图 所示适合于路况较好但是有上下坡的矿区底盘系统的控制芯片采取 电机驱动采取 大电流驱动模块电机选用 行星减速电机利用 编码器构建底盘里程计 构建 底盘中的里程计和 实时采集机器人的位姿图 履带式巡检机器人底盘图 独立悬挂巡检机器人底盘 通过串口接受来自于机器人中控系统的速度指令并利用 和 算法控制小车的运动采用工控机构建立巡检机器人的中控系统 选用倍控为 的工控机内置 环境并搭载 系统 机器人中控采用传统的 算法实现小车的实时定位与环境建图采用 算法实现全局路径的规划 算法实现小车的局部路径规划完成小车的自主导航机器人自主
4、导航感知系统用来完成对机器人所在空间的建图 目前完成建图的设备主要有两种一种是激光雷达一种是摄像头 为了应对不同的场景巡检机器人采取两种设备融合的方式第一种感知设备是激光雷达选用镭神智能的 激光雷达该雷达在水平面上的扫描范围为在竖直方向上的扫描角度为 每一个激光发射器的发射角度差为 水平方向以上有 线发射器向上发射激光束以下有 线发射器向下发射激光束如图 所示图 镭神智能的 激光雷达第二种感知设备是奥比中光深度相机如图 所示 相机包括一个 摄像头、一个红外投影仪、一个 摄像头 深度相机除可以获取 图像之外还可以获取图像的深度信息和距离信息图 奥比中光深度相机.巡检机器人各部分数据设计巡检机器人
5、底盘中的 利用 口采集来自于编码器和 的数据 这些数据在 内转换为机器人的里程计和 的数据然后再通过串口上传到中控机形成机器人的位姿信息将 向中控机上传的数据设计为 位第 位为帧头固定值 第 位是运动状态识别位 表示机器人在运动 表示机器人静止第 位是机器人 轴、轴及 轴的速度第 位是机器人的加速度第 位是机器人的角速度第 位为机器人的底盘电压信息第 位为数据校验位第 位为帧尾采用固定值 如表、表 所示表 底盘向中控发送数据第 位数据内容帧头(固定值)机器人 轴速度机器人 轴速度机器人 轴速度加速度计 轴加速度加速度计 轴加速度数据类型占用字节数组号表 底盘向中控发送数据第 位数据内容加速度计
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