一种煤矿井下自主巡检系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤矿井下自主巡检系统及方法，属于煤矿井下巡检领域，涉及激光SLAM、图像采集与远程无线通信技术，包括：下位机机器人、双通道相机、大范围局域网发生装置、Windows上位机；其中，下位机机器人用于实时构建煤矿井下环境地图、定位导航与数据传输；双通道相机用于实时采集煤矿井下环境与当前温度信息；大范围局域网发生装置用于将下位机机器人、双通道相机、Windows上位机置于同一网段下；Windows上位机用于监测特种下位机机器人位置、轨迹与周围环境信息并发布目标巡检点。通过本发明专利技术可实现对煤矿井下环境的实时监测与自主巡检，保障矿下工作环境安全，提高无人化、智能化水平。智能化水平。智能化水平。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下自主巡检系统及方法


[0001]本专利技术属于煤矿井下巡检
，特别是涉及一种煤矿井下自主巡检系统及方法。

技术介绍

[0002]煤矿井下巡检是保证生产人员、生产设备、生产过程安全的重要环节，通过定期巡检，了解煤矿井下环境信息与安全状况，及时排除安全隐患。
[0003]目前煤矿井下的巡检方式大都采用人工巡检与固定轨道设备巡检。人工巡检的方式极大增加了工作人员的安全风险，巡检成本高，并且巡检结果不能及时进行反馈与分析，具有一定的滞后性。利用固定轨道设备巡检在一定程度上提高了巡检效率，降低了巡检成本，但巡检范围有限，产生巡检死角。此外固定轨道前期的安装与后期的扩展或拆除都会耗费大量的人力物力，维护成本高，无人化与智能化水平低。同时现有煤矿井下巡检系统还存在系统、软件适配性差、维护与更新迭代困难的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种煤矿井下自主巡检系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]一方面为实现上述目的，本专利技术提供了一种煤矿井下自主巡检系统，包括：下位机机器人、双通道相机、大范围局域网发生装置与Windows上位机；所述下位机机器人、所述双通道相机、所述Windows上位机分别连接所述大范围局域网发生装置；所述下位机机器人用于实时构建煤矿井下环境地图、定位导航与数据传输；所述双通道相机用于实时采集煤矿井下环境与当前温度信息；所述大范围局域网发生装置用于将下位机机器人、双通道相机、Windows上位机置于同一网段下；所述Windows上位机监测特种移动机器人位置、轨迹与周围环境信息并发布目标巡检点。
[0006]可选地，所述下位机机器人为差速履带式移动机器人，设置有16线激光雷达、惯性导航单元、里程计等传感器；所述下位机机器人采用卡尔曼滤波算法、蒙特卡洛定位算法、cartographer算法与动态窗口方法进行自身定位、自主导航以及实时构建所述煤矿井下环境地图。
[0007]可选地，所述下位机机器人内置ROS
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noetic程序，所述下位机机器人通过所述ROS
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noetic程序与Windows上位机进行通信。
[0008]可选地，所述下位机机器人与所述Windows上位机之间采用socket通信技术进行数据交换，且所述下位机机器人的socket程序作为ROS
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noetic的子功能嵌入到系统中。
[0009]可选地，所述双通道相机包括可见光通道与红外通道相机，均安装于下位机机器
人正前方，所述双通道相机基于相机开源开发工具进行上、下、左、右四个方向的旋转动作，用于煤矿井下环境的可见光成像与红外测温。
[0010]可选地，所述大范围局域网发生装置包括工业以太网交换机、无线路由器、网络中继单元；所述工业以太网交换机、所述无线路由器安装于下位机机器人上，用于将下位机机器人、双通道相机置于同一局域网下并产生无线局域网；所述网络中继单元安装于煤矿井下巷道拐角处与路口处，用于增强与放大无线局域网信号，并将Windows上位机置于同一局域网下。
[0011]可选地，所述Windows上位机为Windows平台通用程序，用于接收下位机机器人当前位置信息、运行轨迹信息、可见光信息与环境温度信息，进行温度过高报警，还用于采用自动、手动方式发布下位机机器人的目标巡检点、以及控制双通道相机进行上、下、左、右动作。
[0012]另一方面为实现上述目的，本专利技术提供了一种煤矿井下自主巡检方法，包括以下步骤：在煤矿井下巷道拐角处以及重要路口处设置大范围局域网发生装置，将下位机机器人、16线激光雷达、双通道相机、Windows上位机通过所述大范围局域网发生装置连接至同一网段下，并将各自的IP地址设置为静态IP；基于所述双通道相机获取煤矿井下的可见光图像；Windows上位机基于所述可见光图像控制所述下位机机器人在煤矿井下巷道内进行建图，获取巷道地图；Windows上位机发布巡检点信息并控制下位机机器人进行巡检。
[0013]可选地，控制下位机机器人进行巡检的过程中，控制双通道相机进行上、下、左、右动作，获取周围环境的可见光图像信息与温度信息。
[0014]可选地，控制下位机机器人进行巡检的过程中，基于动态窗口算法进行动态避障，并实时反馈下位机机器人的当前运行位置、运行轨迹与周围环境的可见光、温度信息。
[0015]本专利技术的技术效果为：本专利技术提供的下位机机器人为履带式移动机器人，结构紧凑稳定，可适用于煤矿井下绝大部分路面，巡检范围大，不存在巡检死角，并设置有16线激光雷达、惯性导航单元、里程计；机器人内部的socket通信程序可作为ROS
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noetic标准功能包，方便后续维护与版本迭代，配合卡尔曼滤波算法、蒙特卡洛定位算法与cartographer建图算法，可实现对煤矿井下环境的准确建图与自身定位，通过ROS
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noetic系统，可实现对下位机机器人当前位置、速度、加速度、方位的准确感知，基于开源的系统与算法，后续的功能拓展与升级成本低，降低了维护成本。
[0016]本专利技术通过双通道相机感知可见光环境与温度信息，拓宽了信息感知的范围，使巡检结果更加准确。
[0017]大范围局域网发生装置产生的无线局域网有效减少了煤矿井下的网络布线，降低了安装与维护成本。
[0018]基于Windows平台的上位机可适配当前主流Windows通用平台，并可稳定运行，不需要对系统进行更换，使用简单，操作人员通过Windows上位机可实现远程控制与巡检，提
高了煤矿井下的无人化与智能化水平。
附图说明
[0019]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本专利技术煤矿井下自主巡检系统的系统框图；图2为本专利技术煤矿井下自主巡检方法的实施步骤流程图。
具体实施方式
[0020]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0021]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0022]实施例一如图1所示，本实施例中提供一种煤矿井下自主巡检系统，包括：下位机机器人、双通道相机、大范围局域网发生装置与Windows上位机；所述下位机机器人为差速履带式移动机器人，设置有16线激光雷达、惯性导航单元、里程计等传感器，利用卡尔曼滤波算法、蒙特卡洛定位算法、cartographer算法与动态窗口方法对移动机器人自身进行定位并实现自主导航与实时构建环境地图；以上实现下位机机器人自身定位、自主导航、实时构建地图环境的方法与算法均应用ROS
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noetic系统中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下自主巡检系统，其特征在于，包括：下位机机器人、双通道相机、大范围局域网发生装置与Windows上位机；所述下位机机器人、所述双通道相机、所述Windows上位机分别连接所述大范围局域网发生装置；所述下位机机器人用于实时构建煤矿井下环境地图、定位导航与数据传输；所述双通道相机用于实时采集煤矿井下环境与当前温度信息；所述大范围局域网发生装置用于将下位机机器人、双通道相机、Windows上位机置于同一网段下；所述Windows上位机监测特种移动机器人位置、轨迹与周围环境信息并发布目标巡检点。2.根据权利要求1所述的煤矿井下自主巡检系统，其特征在于，所述下位机机器人为差速履带式移动机器人，设置有16线激光雷达、惯性导航单元、里程计等传感器；所述下位机机器人采用卡尔曼滤波算法、蒙特卡洛定位算法、cartographer算法与动态窗口方法进行自身定位、自主导航以及实时构建所述煤矿井下环境地图。3.根据权利要求1所述的煤矿井下自主巡检系统，其特征在于，所述下位机机器人内置ROS
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noetic程序，所述下位机机器人通过所述ROS
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noetic程序与Windows上位机进行通信。4.根据权利要求3所述的煤矿井下自主巡检系统，其特征在于，所述下位机机器人与所述Windows上位机之间采用socket通信技术进行数据交换，且所述下位机机器人的socket程序作为ROS
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noetic的子功能嵌入到系统中。5.根据权利要求1所述的煤矿井下自主巡检系统，其特征在于，所述双通道相机包括可见光通道与红外通道相机，均安装于下位机机器人正前方，所述双通道相机基于相机开源开发工具进行上、下、左、右四个方向的旋转动作，用于煤矿井下环境的可见光成像与红外测温。6.根据权利要求1所述的煤矿井下自主...

【专利技术属性】
技术研发人员：马立东，郑斌，强浩南，李正楠，张为豪，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：