[发明专利]一种矿用轨道式巡检机器人及其定位方法

说明书

本发明涉及一种矿用轨道式巡检机器人及其定位方法，通过采集航迹推算模块、定位站点信息检测模块、环境信息识别模块的约束信息，并利用综合信息处理定位模块进行增量式平滑处理获得机器人位置估计，可以根据定位精度需求、以及实际工况调整，并大幅度降低使用的标签数量，在部分传感器噪声大、检测信息短期失效的情况下，仍能保证定位精度，可以满足粉尘、烟雾、水汽等复杂恶劣条件下的可靠定位；同时能够获得当前时刻运行轨迹上任意位置的不确定度，从而实现巡检机器人对存在安全隐患的设备和环境信息的精确监测和报警。

技术领域

本发明涉及一种矿用轨道式巡检机器人及其定位方法，属于煤矿移动设备技术领域。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，煤炭安全生产是关系到国家能源安全和国计民生的重要环节。煤矿生产过程中，粉尘、瓦斯、风速、冲击地压等自然因素是井下作业面临的不安全因素。皮带机、刮板机、变电所仪器仪表等生产与监测设备的状态监测是保证井下安全生产及高效作业的重要环节。轨道式巡检机器人利用移动平台搭载携带各类传感器获得视频、音频、气体、风速等关键信息，在轨道上连续移动，观察自然条件及生产作业设备，可以及时发现安全隐患，代替人工巡检的繁重且危险工作。

对于工作在运输巷道、工作面等场景的巡检机器人，其面临的环境可能存在粉尘、水汽较大、照度低、能见度低的情况，而且巡检范围往往在数公里以上。为了实现自然环境信息与生产、监测设备的实时精确监控，对巡检机器人的精确定位至关重要。由于工作条件恶劣，给传感器造成的影响是测量噪声较大。

目前常用的常规环境轨道式巡检机器人采用的定位方法有以下几种：

射频技术：在机器人轨道上安装RFID标签，当机器人在轨道上行驶时，经过RFID标签时，通过机器人携带读写器发射无线电讯号，识别特定目标并读写相关数据，获得附近标签的ID进行定位。这种方法的优点是易于实现。缺点是需要提前部署RFID标签，其精度取决于安装RFID标签的数量，对于长距离大范围的巡检定位需要安装大量的RFID标签，工作量大；同时由于井下环境恶劣，存在水汽、粉尘、污泥等情况，传感器的测量噪声较大，无法实现精确定位，而且长期工作其定位精度会受到不良影响。

磁钢霍尔效应定位：在定位站点安装安装磁钢材料，当机器人经过站点时，根据霍尔效应检测电流变化，确定位置。此类方法需要将磁钢按照二进制方式组合编码，或者与RFID标签定位结合使用，识别各个站点的位置信息。优点是对潮湿灰尘较大的场合适应性较好，但缺点是部署成本较高，不适用于长距离部署及精确定位。

限位开关定位：利用在轨道上安装限位开关实现机械式定位的方法，也存在安装工作量大，同时需要安装检测电路结构复杂，同时容易由于自然或人为因素造成误动作，造成错误定位。

轨道缝隙定位：利用红外对射管等传感器检测预设在轨道上的间隙或孔的位置，来获取当前机器人的位置。优点是可以直接利用轨道特征、改造方便、定位原理简单。缺点是定位精度低，无法得到轨道缝隙间的精确定位结果。

航迹推算定位：利用机器人安装编码器计量车轮滚动圈数计算行驶距离，利用航迹推算原理进行定位。此外还有在机器人本体安装惯性导航器件，利用惯性导航原理进行航迹推算。此类方法的优点是可以实现连续的位置估计。缺点是当机器人由于水汽、潮湿、震动等原因造成在轨道上打滑、以及出现转弯等复杂行驶轨迹时，由于误差累积，无法保证长期精确定位。目前大量轨道式机器人定位方法采用航迹推算与上述四类定位方法结合使用，通过在相距一定间隔的位置处检测绝对位置信息来校正航迹推算的误差。这种方法的定位结果

卡轨式计数定位：巡检机器人采用卡轨式行走机构，通过利用传感器对特制轨道上的卡槽进行计数，实现机器人自身的定位。这种定位方法精度相对较高，但是需要采用特制的卡轨轨道，加工工艺复杂、部署成本较高。