带式输送机是高效、稳定的矿山重要运输设备，但矿山带式输送机系统的运行环境复杂恶劣，导致故障频发，直接影响矿山生产运输效率。虽然输送带具备自身输送带保护系统，但输送带维护和巡检需人工完成，人工巡检劳动强度大、主观感知衡量标准不一致、巡检范围有限，存在较大局限性。因此，亟待研究一种智能化巡检装备，以解决现有人工巡检问题。
目前的带式输送机巡检机器人普遍存在爬坡力不足，无法沿大倾角输送带线路巡检，续航里程有限，单次充电时间过长，无法实现长距离巡检；环境适用性差，在严寒、高潮湿的露天煤矿不能稳定长时间运行等问题。基于此，围绕带式输送机的巡检工作需求，研制出矿用轨道式摩擦自发电巡检机器人。
该机器人适用于长距离巡检场合，轨道稳定性高，负载能力强，搭载多种传感器，具备全方位可移动定点检测功能，有效解决人工巡检局限性等问题，实现输送带边缘破损检测、托辊卡死、发热红外等情况的高效检测，提高运维工作质量和效率。
主要功能及性能参数
矿用轨道式摩擦自发电巡检机器人适用于煤矿长距离带式输送机巡检，采用轨道自发电供电模式，利用机器人行走时与轨道间的摩擦产生动力源。
机器人本体由控制系统、感知系统及驱动系统等组成，感知系统搭载红外温度摄像仪、高清相机、温湿度、多参数气体等多种传感器，根据巡检目标及控制系统指令要求，完成采集巡检区域环境、带式输送机位置及温度等各种数据状态信息，并与上位机实时网络传输，将巡检信息与地面监控中心实时共享，基于大数据分析，实现带式输送机运行故障报警及预警等全方位、智能化监控。
主要功能
（1） 智能巡检
巡检机器人采用轨道式结构、全自主运行模式。
（2） 视频监控
巡检机器人搭载高清相机，可完成现场环境、设备的视频图像采集，并对图像进行智能分析。
（3） 红外测温
巡检机器人搭载有红外温度摄像仪，基于红外测温技术，实时采集、分析巡检区域内的温度信息，实时监控包括输送带表面温度、托辊表面温度、输送带上的煤料温度等。
（4） 环境监测
巡检机器人系统搭载多参数气体、温湿度和烟雾等传感器，实时监测巡检现场中的气体浓度（O2、CO、CH4）、温度、湿度、烟雾粉尘等环境信息，实时采集环境信息并传输到后台管理系统中，为操控人员提供现场环境信息。
（5） 数据远程通信
巡检机器人具备数据无线远程传输功能，依据带式输送机巡检长度配置无线数据传输基站数量，以保证数据传输的稳定性、可靠性。
核心主要参数
（1） 最小弯轨道弯曲半径：H型钢R=1.5 m。
（2） 爬坡能力：≤25°。
（3） 行走速度：0～1 m/s可调。
（4） 巡航里程：自发电形式，24 h连续运行。
关键创新技术
（1） 自发电巡检机器人本体结构
矿用轨道式摩擦自发电巡检机器人本体结构，采用候车驾乘装置原理，利用抱索器一端连接机器人，另一端连接钢丝绳。巡检机器人悬挂在与钢丝绳相平行的工字钢轨道上。绞车拖拽钢丝绳运行时，机器人沿轨道行进，机器人的发电轮与轨道摩擦，带动发电轮旋转，发电轮达到一定转速后，为机器人电池供电。
巡检机器人本体搭载多种传感器，实时采集巡检现场图像、烟雾、多种气体浓度参数等信息。本体结构采用模块化设计，基于ADSMS、ansys 等仿真分析软件，构建巡检机器人的运动力学模型、优化驱动结构与高效传动，自发电巡检机器人本体结构如图1 所示。
图1 自发电巡检机器人本体结构
（2） 轨道自发电供电技术
研究巡检机器人轨道自发电供电技术，解决当前巡检机器人供电方式拖缆供电巡检距离短、线缆易损坏，电池供电更换繁琐、充电时间长等问题。
当巡检机器人运行时，供电模块单元上的摩擦轮与固定钢轨接触，通过摩擦力带动摩擦轮转动，传动系统带动发电机发电，为巡检机器人供电，同时为蓄电池充电，当巡检机器人停止运行、摩擦轮停止转动及发电量不足时，由蓄电池为巡检机器人供电，摩擦自发电结构如图2 所示。
图2 摩擦自发电结构
（3） 基于CNN+LSTM 模型的煤机声音识别算法
提出基于CNN+LSTM+Softmax 的煤机故障语音识别算法架构，通过数据集样本，建立有效的训练网络模型，对应的分类器，实现对煤机设备异常声音的准确识别。解决现有煤机故障语音识别算法结构复杂、处理时效慢等问题，煤机声音识别效果如图3 所示。
图3 煤机声音识别效果
应用效果
矿用轨道式摩擦自发电巡检机器人已成功应用于蒙大矿业。采用模块化设计，轻量化防爆处理，机器人整机结构紧凑、美观；采用自发电供电模式，24 h 连续工作，保证了机器人续航能力；智能化巡检实现了带式输送机无人值守、有人巡视。
井下环境、设施异常状况及设备运行故障，实现超前预判、预警，故障检测率达到了100%，有效提升了矿井自动化水平和安全等级，减少故障停机时间，降低机电事故造成的停产经济损失。机器人智能化巡检，将现有巡视人员从4～5 人减少到1～2人，减轻了人工巡检劳动强度，机器人测试与应用场景如图4所示。
图4 机器人测试与应用
总 结
（1） 针对现有矿用轨道式巡检机器人仍存在轨道行走机构单一，环境自适应较差、场景应用受限；智能化水平不足，AI 技术难以满足场景化应用等问题，研制了一种新型矿用轨道式摩擦自发电巡检机器人。
（2） 提出了一种轨道摩擦自发电供电技术，完成巡检机器人的无动力驱动即可实现井下长距离巷道巡检；同时，设计了一种基于CNN+LSTM 模型为核心的煤机设备声音识别算法架构，实现对应用场景煤机故障音的精准识别，提高了煤矿机器人的智能化水平。
（3） 该研究成果仍需进一步验证和改进机器人在极端环境下的稳定性和耐用性，探索更多AI智能化技术场景应用，提升轨道式巡检机器人的环境适应性。
策划：李金松 编辑：钱小静
