矿区安全巡检机器人设计席浩哲(天津理工大学海运学院ꎬ天津３００３８４)摘要:矿区安全一直是各界关注的焦点ꎬ构建完善的安全监测体系是解决安全问题的关键ꎮ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ꎮ该机器人利用激光雷达识别周围环境ꎬ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ꎬ并通过Ａ∗算法和ＤＷＡ算法完成路径规划ꎮ关键词:巡检机器人ꎻ自主导航ꎻ安全检测中图分类号:ＴＰ２４２ꎻＴＰ２１２文献标识码:Ｂ文章编号:１００８－０１５５(２０２３)１４－００６７－０３１前言随着国民经济发展ꎬ各行各业对能源的需求日益增大ꎬ煤炭作为一种稳定、易存储的能源ꎬ具有不可替代性ꎮ煤炭行业的安全生产一直是各界关注的焦点ꎬ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ꎮ在这些事故中ꎬ矿区的火情和瓦斯爆炸占据绝大多数ꎬ因此加强对矿区的安全监测具有重要意义ꎮ目前ꎬ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ꎬ因此ꎬ构建完善且高效率的巡检方式是解决这一问题的关键ꎮ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ꎮ该机器人利用自主导航功能对矿区进行巡检ꎬ可以到达矿区任意区域ꎬ利用机器人携带的传感器ꎬ采集环境中的不安全因素ꎬ及时发现安全隐患ꎮ２巡检机器人总体设计２.１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ꎮ巡检机器人的底盘主要设计有两种ꎬ一种是履带式底盘ꎬ一种是独立悬挂式底盘ꎮ履带式底盘如图１所示ꎬ比较适合路况不平坦的矿区ꎻ独立悬挂式底盘如图２所示ꎬ适合于路况较好ꎬ但是有上下坡的矿区ꎮ底盘系统的控制芯片采取ＳＴＭ３２Ｆ４０７ꎬ电机驱动采取Ｄ５０Ａ大电流驱动模块ꎬ电机选用ＭＤ６０行星减速电机ꎬ利用ＧＭＲ编码器构建底盘里程计ꎬＭＰＵ６０５０构建ＩＭＵꎮ底盘中的里程计和ＩＭＵ实时采集机器人的位姿ꎬ图１履带式巡检机器人底盘图２独立悬挂巡检机器人底盘ＳＴＭ３２Ｆ４０７通过串口接受来自于机器人中控系统的速度指令ꎬ并利用ＰＷＭ和ＰＩＤ算法控制小车的运动ꎮ采用工控机构建立巡检机器人的中控系统ꎮ选用倍控为Ｇ５９０－３５５６Ｕ的工控机ꎬ内置Ｕｂｕｎｔｕ环境并搭载ＲＯＳ系统ꎮ机器人中控采用传统的ＡＭＣＬ算法ꎬ实现小车的实时定位与环境建图...
