矿井自动排水机器人系统的制作方法

1.本实用新型涉及矿井巷道排水技术领域，特别是一种矿井自动排水机器人系统。

背景技术：

2.煤矿地质条件复杂，工作面及巷道易产生大量积水，严重影响矿井安全生产，尤其对突发涌水状况，涌水量大，人员无法靠近区域实现快速排水。

3.现有井下排水装置及作业方法存在如下问题：排水作业仍采用人工实时值守，排水时需人工操作，人员操作距离排水点近，作业风险高；排水设备固定点安装，对于突发应急工作面的积水无法及时转移设备进行有效排水；突发积水时的危险作业环境不能实时监测，不具备地面监控中心实时监控功能，地面人员无法查看井下积水点的周围气体环境变化以及排水情况。

技术实现要素：

4.本实用新型针对上述现有技术存在的问题，提供了一种矿井自动排水机器人系统，能够实现排水机器人自主或遥控行走，安装方式灵活，并且能有效监测危险作业环境并上报。

5.本实用新型公开了一种矿井自动排水机器人系统，包括：排水机器人、排水机构、电缆机构；所述排水机器人上设有控制器以及与所述控制器电连接的：气体检测传感器、水压传感器、电机及液压泵组件、用于检测前方和侧方障碍物的避障机构、用于与地面监控中心交互的无线通讯模块；

6.所述排水机器人底部设有液压渣浆泵和履带底盘，并且所述液压渣浆泵设置于左右两侧履带底盘之间，所述控制器连有第一液压阀组和第二液压阀组，所述第一液压阀组分别与电机及液压泵组件、液压渣浆泵连接，所述第二液压阀组分别与电机及液压泵组件和履带底盘连接，所述电机及液压泵组件连有液压油箱；

7.所述排水管路机构包括：若干软管连接成的排水管路，用于与矿井排水系统连接，所述排水管路上至少接有一个软管快速接头，用于与所述排水机器人上设置的排水口连接以实现排水；

8.所述电缆机构包括：电缆、电缆绞车、绞车控制箱，其中，所述电缆与所述排水机器人电连接用于供电，所述绞车控制箱与所述控制器电连接，所述绞车控制箱用于控制电缆绞车以调整所述电缆的输出长度。

9.进一步地，所述避障机构包括：分别设置于所述排水机器人左右两侧的侧向避障组件，所述侧向避障组件包括：超声波传感器、红外传感器，所述超声波传感器、所述红外传感器分别与所述控制器电连接；所述履带底盘上刚性连接有第一连接板，所述超声波传感器、所述红外传感器设置于所述第一连接板上，所述第一连接板上设有防护外壳，用于保护所述超声波传感器和所述红外传感器。

10.进一步地，所述避障机构包括：设置于所述排水机器人正面的正向避障组件，所述

正向避障组件包括俯仰舵机组件，俯仰舵机组件连有云台，所述云台连有声呐、摄像仪和补光灯，所述控制器电连接有旋转电机组件、所述俯仰舵机组件、所述声呐、所述摄像仪和所述补光灯，所述旋转电机组件与所述云台连接；

11.所述正向避障机构连有第二连接板，并通过所述第二连接板刚性连接在所述履带底盘上。

12.进一步地，所述气体传感器连有浮漂，用于支撑所述气体传感器漂浮在水面；

13.所述气体传感器与所述控制器连接的线缆外设有漂浮软管，用于保护所述气体传感器的线缆，所述漂浮软管为pvc软管，内径为10mm。

14.进一步地，所述排水机器人还设有防水等级达到ip68的防水外罩，所述第一液压阀组、所述第二液压阀组、所述电机及液压泵组件、所述液压油箱设置于所述防水外罩内。

15.进一步地，所述外罩内还设有语音报警器，所述语音报警器与所述控制器电连接。

16.进一步地，所述软管为pvc钢丝软管，内径为100mm，单节长度为10m。

17.进一步地，该系统还包括：电气控制箱，所述电气控制箱内设有所述控制器、所述无线通讯模块和本安型开关电源，其中，所述本安型开关电源用于为电气控制箱提供24v的直流电源，所述控制器为本安型控制器。

18.进一步地，所述电缆绞车和所述绞车控制箱设置于巷道硐室内。

19.本实用新型至少具有以下有益效果：

20.机器人具有远程遥控和自动避障行走的功能，并通过液压渣浆泵自动排水，代替传统的人工排水，提高作业效率，降低作业风险。

21.排水机器人具有与地面监控中心的数据通讯交互功能，由的无线通讯模块接至矿井现有4g管网，可以将水位深度信息、气体检测信息、自身状态信息上传地面监控中心，全面且及时有效地掌握排水作业的进度和状态。

22.本实用新型的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。

附图说明

23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

24.图1是本实用新型优选实施例公开的自动排水机器人系统的结构原理图。

25.图2是本实用新型优选实施例公开的排水机器人的正视结构图。

26.图3是本实用新型优选实施例公开的自动排水机器人的整体结构图(有防水外罩)。

27.图4是本实用新型优选实施例公开的自动排水机器人的避障机构的局部放大图。

28.图5是本实用新型优选实施例公开的自动排水机器人的整体结构图(无防水外罩)。

29.图6是本实用新型优选实施例公开的自动排水机器人的电路原理图。

30.其中，10-自动排水机器人，11-电缆，12-pvc钢丝软管，13-软管快速接头，14-巷道硐室，15-电缆绞车，16-绞车控制箱，20-外罩，21-气体检测传感器，22-浮漂，23-漂浮软管，

24-侧向避障组件，25-正向避障组件，26-履带底盘，28-电源线缆连接端，29-液压渣浆泵，30-信号线缆连接端，50-超声波传感器，51-红外传感器，52-防护外壳，53-第一连接板，60-云台支柱，61-补光灯，62-俯仰舵机组件，63-旋转电机组件，64-声呐，65-声呐云台，66-摄像仪，67-第二连接板，80-电气控制箱，81-语音报警组件，82-电机及液压泵组件，83-电源转接模块，84-第一液压阀组，85-第二液压阀组，86-液压油箱，87-水压传感器，102-无线通讯模块，103-本安型开关电源，105-履带液压马达，106-渣浆泵液压马达。

具体实施方式

31.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

32.本实用新型公开了一种矿井自动排水机器人系统，包括：排水机器人、排水机构、电缆机构；所述排水机器人上设有控制器以及与所述控制器电连接的：气体检测传感器、水压传感器、电机及液压泵组件、用于检测前方和侧方障碍物的避障机构、用于与地面监控中心交互的无线通讯模块。

33.所述排水机器人底部设有液压渣浆泵和履带底盘，并且所述液压渣浆泵设置于左右两侧履带底盘之间，所述控制器连有第一液压阀组和第二液压阀组，所述第一液压阀组分别与电机及液压泵组件和液压渣浆泵连接，所述第二液压阀组分别与电机及液压泵组件和履带底盘连接，所述电机及液压泵组件连有液压油箱。

34.所述排水管路机构包括：若干软管连接成的排水管路，用于与矿井排水系统连接，所述排水管路上至少接有一个软管快速接头，用于与所述排水机器人上设置的排水口连接以实现排水。

35.所述电缆机构包括：电缆、电缆绞车、绞车控制箱，其中，所述电缆与所述排水机器人电连接用于供电，所述绞车控制箱与所述控制器电连接，所述绞车控制箱用于控制电缆绞车以调整所述电缆的输出长度。

36.实施例一

37.如图1所示，一种矿井自动排水机器人系统，采用履带式移动机构，能在井下复杂条件下自主(或遥控)移动行走。该系统包括自动排水机器人10、电缆11、pvc钢丝软管12(即软管)、软管快速接头13、电缆绞车15和绞车控制箱16。自动排水机器人10上设置的排水口通过软管快速接头13连接至由若干pvc钢丝软管12组成的排水管路，再连接至现有矿井排水系统，以实现排水。排水管路的长短根据实际排水距离需要，来自由组合pvc钢丝软管12和软管快速接头13的数量，pvc钢丝软管12选择标准尺寸内径100mm，每段设计长度为10米。本实用新型采用拖缆式供电，电缆绞车15输出电缆11连接至自动排水机器人10的供电端，电缆绞车15由绞车控制箱16控制电缆11的输出长度，绞车控制箱16和自动排水机器人10电连接，可以实时数据通讯，电缆绞车15和绞车控制箱16布置于巷道硐室14内。

38.实施例二

39.如图2和图3所示的自动排水机器人10，包括外罩20、气体检测传感器21、浮漂22、漂浮软管23、侧向避障组件24、正向避障组件25、履带底盘26、电源线缆连接端28、液压渣浆

泵29和信号线缆连接端30。自动排水机器人10采用履带式移动结构，履带底盘26作为机器人移动平台。气体检测传感器21可以检测一氧化碳、二氧化碳、硫化氢及瓦斯，能够实时监测排水点周围的气体环境。漂浮软管23选用标准pvc软管，内径为10mm，用于气体检测传感器21的线缆保护；浮漂22采用pvc硬质泡沫，支撑气体检测传感器21漂浮在水面。

40.电源线缆连接端28连接履带底盘26，通过电缆11连接电缆绞车15，用于自动排水机器人10的ac660供电；信号线缆连接端30连接履带底盘26，通过电缆11连接绞车控制箱16，用于自动排水机器人10与绞车控制箱16的数据传输；液压渣浆泵29布置在履带底盘26的下方，左右两侧履带中间位置，用于泵吸排水；外罩20防护自动排水机器人10内部的各种电器件，防水等级ip68。

41.实施例三

42.如图4所示，侧向避障组件24包括超声波传感器50、红外传感器51，侧向避障组件24由第一连接板53刚性连接在履带底盘26上，第一连接板53上的防护外壳52用于保护超声波传感器50、红外传感器51。侧向避障组件24共计2个，分别布置在机器人的左前方和右前方，通过超声波传感器50和红外传感器51组合使用，实时测量机器人与左右两侧障碍物体的距离，实现机器人左右两侧避障功能。现有的避障原理及计算方法本文不再赘述。

43.如图4所示，正向避障组件25包括摄像仪66、声呐云台65(云台)、声呐64、补光灯61、俯仰舵机组件62、旋转电机组件63和云台支柱60，正向避障组件25由第二连接板67刚性连接履带底盘26上；摄像仪66连接至声呐云台65的上部，声呐64连接至声呐云台65下部，补光灯61布置在声呐云台65左侧和右侧各一个。俯仰舵机组件62控制声呐云台65的俯仰动作，俯仰角度为0-90度；旋转电机组件63实现声呐云台65的水平旋转，旋转角度为0-180度；摄像仪66、声呐64和补光灯61组合使用，实时观测机器人水下工作时的地面环境和前方距离，实现机器人前进方向的环境监测和避障功能。现有的避障原理及计算方法本文不再赘述。

44.实施例四

45.如图5所示的排水机器人内部电器布置结构，电源转接模块83电连接电机及液压泵组件82，为电机及液压泵组件82提供ac660v电源。液压油箱86连接电机及液压泵组件82，第二液压阀组85连接电机及液压泵组件82和履带底盘26，控制履带底盘26的行走功能；第一液压阀组84连接电机及液压泵组件82和液压渣浆泵29，控制液压渣浆泵29的工作速度。

46.实施例五

47.如图6所示，矿井自动排水机器人控制原理如下：电气控制箱80内布置无线通讯模块102，本安型开关电源103和本安型控制器100，本安型控制器100采用plc控制器，实现对自动排水机器人10的自主行走或者遥控行走的总体控制及决策。本安型开关电源100提供电气控制箱80内需要的dc24v电源。本安型控制器100电连接语音报警器81，用于输出报警信号；本安型控制器100电连接俯仰舵机组件62，输出信号控制声呐云台65的俯仰角度；本安型控制器100电连接旋转电机组件63，输出信号控制声呐云台65的旋转角度，旋转电机组件63布置在云台支柱60内部；本安型控制器100电连接补光灯61、摄像仪66和声呐64，输出信号控制补光灯61的开关，采集摄像仪66和声呐64的输入信号；本安型控制器100电连接水压传感器87，采集机器人当前的水位信号；本安型控制器100电连接气体检测传感器21，采集机器人当前的周围气体信息；本安型控制器100电连接超声波传感器50和红外传感器51，

采集机器人周围的障碍物信息；本安型控制器100电连接绞车控制器80，与绞车控制器80通讯数据信息和控制信号；本安型控制器100电连接电机及液压泵组件82、第一液压阀组84和第二液压阀组85，输出信号控制电机及液压泵组件82输出液压油，经过第二液压阀组85驱动履带液压马达105，实现履带底盘26的运动，经过第一液压阀组84驱动渣浆泵液压马达106，实现液压渣浆泵29的排水功能，本安型控制器100控制第一液压阀组84和第二液压阀组85调节油路流量。

48.本实用新型公开的矿井自动排水机器人系统具有以下有益效果：符合矿井一类防爆及相关国家煤矿安全规程要求；机器人具有远程遥控功能，操作距离超过30米；机器人具有自检功能，在启动和工作完成时,能够对其机器人内部各个模块的工作状态检测,当发生异常时,可以发出警报，并通过wifi上传故障信息；机器人具有水位深度测量功能，水压传感器87检测机器人的入水深度，再根据安装在车体上的高度，计算出积水深度；机器人具有避障功能，运行过程中通过正向避障组件25和侧向避障组件24实时观测机器人与障碍物之间的距离，防止发生碰撞；机器人具有与地面监控中心的数据通讯交互功能，由机器人控制箱内部的无线通讯模块，接至矿井现有4g管网。

49.本实用新型还公开了矿井排水机器人系统的排水作业流程，包括：

50.排水机器人运行至排水管路所在位置，并将所述排水机器人的排水口与排水管路上的软管快速接头连接。所述排水机器人连接电缆以获得供电开启排水作业，并且所述排水机器人与绞车控制箱通信连接，用于通过控制电缆绞车来控制所述电缆的下放长度。所述排水机器人通过履带底盘行走时，实时通过避障机构检测障碍物并进行避障。通过气体传感器和水压传感器分别获取气体检测信息、水位状态并通过无线通讯模块上传至地面监控中心。完成排水作业时，将所述排水机器人与所述排水管路分离，通过所述绞车控制箱控制所述电缆绞车收回所述电缆。

51.实施例六

52.本实施例公开了矿井自动排水机器人系统排水作业流程如下：排水作业前，排水机器人自行走至排水管路对接处，根据机器人所在位置与排水口位置估算出排水距离，人工快速连接排水管路，预先将多段pvc钢丝软管12和多个软管快速接头13连接至现有矿井排水系统；排水作业时，绞车控制箱16与机器人实时通讯，控制电缆11的下放长度，用于自动排水机器人10的供电，水压传感器87实时测量当前水位，监测排水情况，电气控制箱80同时与地面监控中心实时通讯，信息交互内容包括水位状态、排水点周围气体环境及机器人本体状态参数数据，为生产管理人员提供决策参考；排水作业结束后，人工将排水管路与机器人排水口脱离，绞车控制箱16控制电缆绞车15收回电缆11。

53.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。技术特征：

1.一种矿井自动排水机器人系统，其特征在于，包括：排水机器人、排水机构、电缆机构；所述排水机器人上设有控制器以及与所述控制器电连接的：气体检测传感器、水压传感器、电机及液压泵组件、用于检测前方和侧方障碍物的避障机构、用于与地面监控中心交互的无线通讯模块；所述排水机器人底部设有液压渣浆泵和履带底盘，并且所述液压渣浆泵设置于左右两侧的所述履带底盘之间，所述控制器连有第一液压阀组和第二液压阀组，所述第一液压阀组分别与所述电机及液压泵组件、所述液压渣浆泵连接，所述第二液压阀组分别与所述电机及液压泵组件和所述履带底盘连接，所述电机及液压泵组件连有液压油箱；所述排水管路机构包括：若干软管连接成的排水管路，用于与矿井排水系统连接，所述排水管路上至少接有一个软管快速接头，用于与所述排水机器人上设置的排水口连接以实现排水；所述电缆机构包括：电缆、电缆绞车、绞车控制箱，其中，所述电缆与所述排水机器人电连接用于供电，所述绞车控制箱与所述控制器电连接，所述绞车控制箱用于控制电缆绞车以调整所述电缆的输出长度。2.根据权利要求1所述的矿井自动排水机器人系统，其特征在于，所述避障机构包括：分别设置于所述排水机器人左右两侧的侧向避障组件，所述侧向避障组件包括：超声波传感器、红外传感器，所述超声波传感器、所述红外传感器分别与所述控制器电连接；所述履带底盘上刚性连接有第一连接板，所述超声波传感器、所述红外传感器设置于所述第一连接板上，所述第一连接板上设有防护外壳，用于保护所述超声波传感器和所述红外传感器。3.根据权利要求1所述的矿井自动排水机器人系统，其特征在于，所述避障机构包括：设置于所述排水机器人正面的正向避障组件，所述正向避障组件包括俯仰舵机组件，所述俯仰舵机组件连有云台，所述云台连有声呐、摄像仪和补光灯，所述控制器电连接有旋转电机组件、所述俯仰舵机组件、所述声呐、所述摄像仪和所述补光灯，所述旋转电机组件与所述云台连接；所述正向避障机构连有第二连接板，并通过所述第二连接板刚性连接在所述履带底盘上。4.根据权利要求1所述的矿井自动排水机器人系统，其特征在于，所述气体传感器连有浮漂，用于支撑所述气体传感器漂浮在水面；所述气体传感器与所述控制器连接的线缆外设有漂浮软管，用于保护所述气体传感器的线缆，所述漂浮软管为pvc软管，内径为10mm。5.根据权利要求1所述的矿井自动排水机器人系统，其特征在于，所述排水机器人还设有防水等级达到ip68的防水外罩，所述第一液压阀组、所述第二液压阀组、所述电机及液压泵组件、所述液压油箱设置于所述防水外罩内。6.根据权利要求5所述的矿井自动排水机器人系统，其特征在于，所述外罩内还设有语音报警器，所述语音报警器与所述控制器电连接。7.根据权利要求1所述的矿井自动排水机器人系统，其特征在于，所述软管为pvc钢丝软管，内径为100mm，单节长度为10m。8.根据权利要求1所述的矿井自动排水机器人系统，其特征在于，该系统还包括：电气控制箱，所述电气控制箱内设有所述控制器、所述无线通讯模块和本安型开关电源，其中，

所述本安型开关电源用于为所述电气控制箱提供24v的直流电源，所述控制器为本安型控制器。9.根据权利要求1所述的矿井自动排水机器人系统，其特征在于，所述电缆绞车和所述绞车控制箱设置于巷道硐室内。

技术总结

本实用新型公开了一种矿井自动排水机器人系统，包括：排水机器人、排水机构、电缆机构；排水机器人上设有控制器以及与控制器电连接的：气体检测传感器、水压传感器、电机及液压泵组件、用于检测前方和侧方障碍物的避障机构、用于与地面监控中心交互的无线通讯模块。所述排水管路机构包括：若干软管连接成的排水管路，所述排水管路上至少接有一个软管快速接头，用于与所述排水机器人上设置的排水口连接以实现排水。本实用新型采用排水机器人代替传统的人工排水，提高作业效率，降低作业风险，此外，能够实时监控作业环境与状态，并与地面监控中心的数据通讯交互上传各类信息，全面且及时有效地掌握排水作业的进度和状态。时有效地掌握排水作业的进度和状态。时有效地掌握排水作业的进度和状态。

技术研发人员：王雷 赵红菊 周海江 张黎 赵新桐 张平 姜军

受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳研究院有限公司

技术研发日：2021.10.21

技术公布日：2022/6/20