一种履带式清淤机器人及其防卡死控制方法与流程

本发明属于矿用清淤设备，具体涉及一种履带式清淤机器人及其防卡死控制方法。

背景技术：

1、铁矿井下巷道水沟由于长期使用，容易淤积泥沙、矿渣等杂物，导致排水不畅，影响矿井安全生产。传统的清淤方式主要依靠人工清理，不仅劳动强度大、效率低，而且井下环境恶劣，存在安全隐患。

2、近年来，随着机器人技术的发展，清淤机器人逐渐应用于井下清淤作业。现有技术中的清淤机器人通常采用履带式行走机构，配备挖掘臂和输送装置，能够实现一定程度的自动化清淤。但是，现有的清淤机器人存在以下技术问题：

3、1. 清淤效率低：现有清淤机器人的挖掘和输送是分开进行的，不能实现连续作业，导致清淤效率不高；

4、2. 容易卡死：当遇到较大的石块或较密实的淤积物时，挖掘机构容易被卡住，导致电机过载甚至烧毁；

5、3. 智能化程度低：现有清淤机器人大多需要人工遥控操作，缺乏自主感知和决策能力，不能根据负载情况自动调整工作状态；

6、4. 适应性差：对于钢板下的盲区清淤，由于空间狭窄、视线受阻，现有机器人难以有效作业，且容易与侧壁发生碰撞；

7、5. 控制精度低：传统的继电器控制方式精度低、响应慢，不能实现精确的速度调节和负载保护。

8、因此，亟需开发一种智能化程度高、清淤效率高、具有防卡死保护功能的履带式清淤机器人，以提高铁矿井下水沟清淤作业的安全性和效率。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明目的是提供一种履带式清淤机器人及其防卡死控制方法，该机器人集钻碎、收集、输送功能于一体，能够实现连续清淤作业，同时配备智能电气控制系统，具有负载监测、防卡死保护、侧壁防撞等功能，大大提高了清淤效率和作业安全性。

2、其具体技术方案为：

3、一种履带式清淤机器人，包括履带式移动平台，履带式移动平台上设有机械臂，机械臂的作业端设有铲斗，履带式移动平台与铲斗通过安装组件连接，第一螺旋输料轴设置在铲斗的集料口处，推进电机固定在铲斗的一侧，且推进电机的输出端与第一螺旋输料轴相连；螺旋输送筒内设有第二螺旋输料轴，螺旋输送筒的一端设有输料电机，输料电机的输出端与第二螺旋输料轴相连，且螺旋输送筒的另一端固定在铲斗的集料口处；螺旋输送筒设有排渣管；机械臂的作业端设有电动螺旋钻，且机械臂上设有红外摄像头；电气控制系统包括防爆plc主控单元、电流传感器、距离传感器组、防爆变频器组和手持式防爆遥控器，所述防爆plc主控单元设于所述履带式移动平台上，作为系统控制核心；所述电流传感器组分别设于所述推进电机、输料电机和电动螺旋钻的供电回路上，用于实时监测各电机的负载电流；所述距离传感器组设于所述履带式移动平台的两侧，用于检测机器人与水沟侧壁之间的距离；所述防爆变频器组包括行走变频器、推进变频器、输料变频器和螺旋钻变频器，各变频器的控制端均与所述防爆plc主控单元电连接，输出端分别与对应的行走电机、推进电机、输料电机和电动螺旋钻电连接；所述手持式防爆遥控器与所述防爆plc主控单元通信连接，用于作业模式选择、运行参数设定和设备状态监控。

4、另外，本发明提供的上述技术方案中的一种履带式清淤机器人还可以具有如下附加技术特征：

5、在上述技术方案中，安装组件包括：安装板、卡槽、l型卡板和固定螺栓；履带式移动平台的一侧设有安装板，安装板的两端分别设有卡槽；铲斗一侧的两端分别设有l型卡板，且两个l型卡板分别嵌入两个卡槽内，且铲斗与安装板通过固定螺栓连接。

6、在上述技术方案中，履带式移动平台的顶部设有支架，且螺旋输送筒的一端向上倾斜并与支架固定连接。

7、在上述技术方案中，螺旋输送筒内壁的底部设有弧形滤板，用于实现固液分离。

8、在上述技术方案中，履带式移动平台的顶部设有定位基座，机械臂的下端设有定位套，定位套安装在定位基座的外侧，且通过固定件固定定位套的位置。

9、在上述技术方案中，定位基座的外表面设有多个限位凸条，且定位套内设有与限位凸条相适配的凹槽。

10、一种履带式清淤机器人的防卡死控制方法，包括如下步骤：

11、s1：系统初始化：通过手持式防爆遥控器选择作业模式，防爆plc主控单元加载对应模式下的控制参数，包括轻载电流阈值、重载电流阈值和堵转电流阈值；

12、s2：启动清淤作业：防爆plc主控单元通过防爆变频器组依次启动输料电机、推进电机和电动螺旋钻，同时控制履带式移动平台沿水沟方向行进；

13、s3：实时电流监测：电流传感器组实时采集推进电机和电动螺旋钻的工作电流，并将电流信号转换为标准模拟量信号传输至防爆plc主控单元；

14、s4：负载状态判断：防爆plc主控单元将采集到的电流值与预设的三级阈值进行比较：

15、若电流值≤轻载阈值，判定为正常轻载工况，维持当前作业状态；

16、若轻载阈值＜电流值≤重载阈值，判定为正常重载工况，维持当前作业状态并加强监测频率；

17、若重载阈值＜电流值＜堵转阈值，判定为遇到中等阻力，执行避障子程序；

18、若电流值≥堵转阈值，判定为发生卡死，执行紧急停机程序；

19、s5：避障子程序执行：当触发避障条件时，防爆plc主控单元按以下顺序执行动作：

20、s51、停止电动螺旋钻和推进电机；

21、s52、控制机械臂抬升，持续时间为t1；

22、s53、控制履带式移动平台后退，后退距离为d1；

23、s54、控制机械臂向侧方偏转，偏转距离为d2；

24、s55、重新启动电动螺旋钻和推进电机，恢复清淤作业；

25、s6：紧急停机程序执行：当触发堵转条件时，防爆plc主控单元立即停止所有电机运行，触发声光报警，并在手持式防爆遥控器上显示故障信息，等待人工干预；

26、s7：循环执行步骤s3至s6，直至清淤作业完成。

27、在上述技术方案中，步骤s5还包括重试计数机制：每次执行避障子程序后，重试计数器加1；若连续执行n次避障子程序后，电流值仍超过重载阈值，则判定该位置为顽固障碍点，防爆plc主控单元记录当前位置坐标，并控制机器人继续前进，跳过该障碍点。

28、在上述技术方案中，顽固障碍点的坐标记录基于行走电机编码器的脉冲计数进行相对定位，记录的坐标数据存储于防爆plc主控单元的非易失性存储器中，作业完成后通过手持式防爆遥控器导出。

29、在上述技术方案中，作业模式包括日常清淤模式和盲挖清堵模式；在日常清淤模式下，履带式移动平台的行进速度为v1，电动螺旋钻的转速为n1；在盲挖清堵模式下，履带式移动平台的行进速度为v2，电动螺旋钻的转速为n2，且v2＜v1，n2＞n1，同时距离传感器组的采样频率提高一倍。

30、本发明的一种履带式清淤机器人及其防卡死控制方法，与现有技术相比，有益效果为：

31、1.清淤效率高：本发明集钻碎、收集、输送功能于一体，电动螺旋钻先将淤积物钻碎，然后由铲斗收集，再通过螺旋输送筒连续输送排出，实现了连续化作业，大大提高了清淤效率；

32、2.防卡死保护：通过电流传感器实时监测电机负载，采用三级电流阈值判断负载状态，当遇到障碍物时自动执行避障子程序，有效防止电机堵转烧毁，提高了设备的可靠性和使用寿命；

33、3.智能化程度高：采用plc作为控制核心，配合变频器实现精确调速，具有自主负载监测、自动避障、侧壁防撞等智能功能，减少了人工干预，提高了作业安全性；

34、4.适应性强：配备红外摄像头，可适应井下无照明环境；具有日常清淤和盲挖清堵两种作业模式，可适应不同的作业场景；侧壁距离传感器确保在狭窄空间内的安全行驶；

35、5.控制精度高：采用plc+变频器的控制方案，相比传统继电器控制，控制精度更高、响应速度更快、保护功能更完善，符合现代电力拖动与控制的发展方向；

36、6.安全可靠：所有电气元件均采用防爆型，符合矿山安全标准；设有硬线急停安全联锁，确保在紧急情况下的人员和设备安全；

37、7.固液分离：螺旋输送筒内设有弧形滤板，可实现固液分离，提高了输送效率，减少了污水排放。