国家煤监局从2015年开始抓煤矿“四化”（机械化、自动化、信息化和智能化）建设，专门开展了“机械化换人、机器人作业、自动化减人”科技强安专项行动。2016年国家发改委将煤炭智能化列为重点研究方向。2019年1月，发布《煤矿机器人重点研发目录》，同年8月专门设立了煤矿机器人专题论坛。2020年3月，由国家发展改革委、能源局、应急部、煤监局、工信部、财政部、科技部、教育部8部委联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》。
煤炭行业作为我国重要的传统能源行业，是我国国民经济的重要组成部分，其智能化建设直接关系我国国民经济和社会智能化的进程。同时煤矿企业智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，利用人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人技术等与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测的智能巡检机器人系统，对于提升煤矿企业安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。
一、运煤线现状
运煤线作为选煤厂原料运输和分配的一个关键环节，其安全、可靠的工作有着十分关键的作用。目前运煤线皮带机都是人工巡检，为保证负责煤炭运输的皮带机的正常工作，巡检人员必须定时对输煤廊道进行巡查，掌握其工作状况，防止出现设备工作异常或故障，从而对企业的安全、稳定、生产等造成不利的后果。
人工巡检目前存在人工巡检路程长、劳动强度大、及时性差、认知水平有限、工器具不健全和安全性低等问题，不能保证每位巡检人员都能够及时有效地发现皮带机及运煤廊道存在的问题并作出预判。同时运煤现场粉尘浓度较大、噪音大和存在一些有害气体时刻危害巡检人员健康，此外频率较低的人工巡检已不能保证整个生产环节安全可靠地进行。
二、选煤厂研究基础条件
选煤厂已经完成专属覆盖、数据隔离、高速高质的独享5G网络建设，建设了室外宏站6个和室分站7个，完成了工厂区、生产车间以及地面以下区域5G无线信号全覆盖。可为传感感知类、智能巡检类、信息通信类、设备控制类等5G+应用场景，200多个5G智能终端提供大带宽、低时延的网络保障。5G专网与选煤厂现有的信息网络、工业控制环网、视频监控网通过防火墙设置安全策略实现互联互通，确保各类业务数据能够通过5G专网转发承载。为整个系统提供设备的鉴权接入和加密、无线信道资源配置、移动性管理和切换管理，实现5G基站的接入和数据交换。
西区7003皮带走廊和东区901皮带走廊均为运煤线重要的皮带线，长度均为200米左右，爬坡角度大，人工巡检强度大。根据专业厂家勘察，现场走廊环境空间具备进行智能巡检机器人系统改造的条件，适合做智能巡检机器人系统的研究。
三、智能巡检机器人系统应用
智能巡检机器人系统结构可分为四层，分别为感知层、通讯层和管理层。感知层包括了智能巡检机器人本体、自主充电模块、高清摄像头、测温测振模块等搭载数据采集传感器的设备，可实现输煤廊桥视频图像、温度、气体、湿度、振动和异响等数据的采集。通讯层包括了5G通讯基站、电源控制箱和各种通讯线缆，可实现输煤走廊信号全覆盖。管理层包含了工作站后台、监控中心和服务器，主要实现有数据存储、数据分析、任务编排下达和历史数据查询等。
3.1.智能巡检机器人系统布置
西区7003皮带走廊桥长度约230米，东区901皮带走廊长度约207米，分别在两条皮带走廊搭建一套智能巡检系统，以此来实现对皮带走廊的自主巡检、实时监测、故障报警和应急处理等功能。当发现有异常时自动报警，并记录异常点图片和位置信息进行存储。每条皮带走廊智能巡检机器人系统分别布置一套智能巡检机器人、专用轨道、测温测振模块、高清摄像头、5G无线通讯系统、充电维护平台，在数据中心布置一套工作站、服务器和监控软件。
智能巡检机器人本体及轨道布置：在西区7003皮带走廊和东区901皮带走廊两条皮带机上方分别搭建一条铝合金轨道，通过吊架与走廊上方钢结构进行连接，间隔3米布置吊架。在每条轨道上分别吊装一台智能巡检机器人，对皮带机进行自动巡检作业。
充电维护平台布置：在每条轨道一端各安装一套充电维护平台，每套充电维护平台对配套智能巡检机器人进行电量补充、机身清扫和日常检修。
5G通讯系统布置：在西区7003皮带走廊和东区901皮带走廊布置5G通讯基站，通过无线网络与机器人进行无线通讯，现场摄像头和测温测振模块与通讯基站进行有线通讯。5G通讯基站通过厂区5G网络与数据中心服务器进行数据交互，将现场数据上传到服务器进行分析。
测温测振模块布置：在西区7003皮带机和东区901皮带机的传动设备电机、减速机和滚筒两端安装定点测温测振模块，对设备转动部位的温度和振动进行实时监测和数据采集。
高清摄像头布置：在西区7003皮带机和东区901皮带机的落料出口上方分别安装高清摄像头，对皮带上的煤流和物料中的异物进行实时监测。
3.2.工作站和系统软件布置
在数据中心机房安装一台服务器，进行数据存储、数据分析和结果输出。在数据中心工作台安装一套工作站，在工作站安装一套系统软件，方便值守人员人机交互，随时能通过系统软件实现对皮带走廊现场的监测。
四、智能巡检机器人系统的功能
4.1.环境气体监测功能
智能巡检机器人搭载有温湿度和气体检测传感器，可以实时监测环境中的温湿度、CO、H2S、O2、可燃气体、粉尘等信息。传感器实时监测机器人巡检路径区域的环境信息，当监测到的环境中某种指标超过预先设定的阈值，则后台进行相应的超限告警。
4.2.红外热成像测温功能
智能巡检机器人搭载有红外热像仪对环境异常高温点、托辊轴承和物料进行实时监测现场的温度，红外视频流通过热力图的形式进行展示，标注画面中的最高温和最低温值。同时，对于重点关注的设备，机器人可以通过巡检点拍照的形式，对拍摄的图片进行画框标注，只对该设备进行测温识别，以减少其他设备的干扰，当被检测对象超过设定温度值时，系统自动报警。
4.3.设备振动检测功能
测振模块可实现对传动设备振动实时监测，对监测设备建立振动数据库，通过大数据分析展示设备振动变化趋势，对异常振动变化进行自动告警，便于后台管理人员对设备故障进行预判。
4.4.视频监测功能
机器人搭载的高清摄像机和搭配的定点摄像机，能实时监测现场的设备情况，工作人员可以在后台通过可见光视频的方式观察设备的运行情况。同时，后台算法自动对视频图像进行分析，识别皮带跑偏、撒料和异物等异常情况。
通过智能巡检机器人搭载的高清摄像机，对检测人员目标及坐标进行图像采集，并结合图像所标记皮带位置，判断人员是否靠近皮带，避免造成人身伤害事故。对巡检区域出现摔倒、被困、昏迷、打闹、快速移动、聚集等非常规行为进行分析、判断、提醒和报警。能对进入现场人员是否佩戴安全防护装备进行识别，并自动报警。
4.5.双向语音通话
机器人本体携带有语音对讲模块，工作人员在后台可以通过语音对讲开关和现场进行实时对话，现场工作人员无需进行多余操作，在机器人旁边即可实时回应。
4.6.自动巡检功能
智能巡检机器人应支持全自主巡检模式，包括常规和特殊巡检两种方式。常规模式下，系统根据预先设定的巡检任务内容、时间、路径等参数信息，自主启动并完成巡视任务。特殊巡检由操作人员设定巡视点，机器人对巡检点自主完成巡检任务。
4.7.自主充电功能
智能机器人采用无线充电方式，安全可靠。当机器人电池电量不足时能够自动返回充电桩进行充电。也可以在后台界面上在手动模式下通过自主充电的按钮一键返回充电。
4.8.安全防护功能
智能机器人具备安全避障功能，遇到障碍物或人员时会自动停止，并发出报警，人员或障碍物移走后，会自动继续当前的动作任务。
4.9.轨道清洁功能
智能机器人的驱动模块上应集成有轨道清洁装置，可以在运动中实时对轨道进行清洁，保证轨道上的积灰不会对机器人正常运动造成影响。
4.10.巡检报告展示功能
智能机器人每次巡检任务执行结束会输出一份巡检报告来对当前的任务巡检情况进行展示说明，报告可按时段进行搜索查询。巡检报告支持PDF格式和excel格式的导出，保存至本地。巡检报告支持巡检点的可见光和红外的图片查看。
4.11.历史数据查询功能
智能机器人后台支持对设备的温度数据进行历史数据分析，支持单个设备数据查询和多个设备的数据比较，支持生成设备温度折线图，进行图形化展示。
4.12.数据输出功能
智能巡检机器人数据可以通过5G网络接入管控平台进行实时状态展示，高清摄像头与热成像可以接入管控平台视频管理模块，巡检机器人相关报警可以接入管控平台报警管理模块实现报警配置。
五、智能巡检系统的优势
相比目前选煤厂的人工巡检方式，智能机器人巡检有非常大的优势：
（1）巡检机器人系统配备的各种传感器不仅能有效的模拟人类的视觉和听觉，还可以做到巡检人员无法完成的精确感知（温度、振动、图像等），测量的数据更加精准。
（2）智能机器人能实时上传数据到服务器，对数据的及时性和准确性是巡检人员无法做到的。同时数据的记录和存储优势相比巡检人员是巨大的。
（3）对数据的统计和智能化分析，异常情况可以自动告警，能有效的提升巡检管理水平。
（4）智能巡检机器人可以安装既定巡检策略不断重复作业，不会因为生理、心理、情绪的变化出现人为巡检工作的不稳定性。
（5）智能巡检机器人巡检代替了大量巡检人员在现场的时间，可以降低巡检人员现场安全风险和身体受到的健康伤害。
结束语：在选煤厂这类厂区大的生产企业，通过5G网络传输数据能有效的减少延时。智能巡检机器人系统与5G网络的融合，让现场生产实时数据高效的展示在工作人员的眼前，能及时对发现的问题做出快速的响应。在西区7003皮带走廊和东区901皮带走廊搭建智能巡检机器人系统，对皮带走廊实现了全线路、全方位、全自主的智能化巡检，有效提高了输煤系统运行的安全性；降低了因人工巡检不全面、不量化、人员素质依赖性强引起的安全生产事故和人员安全事故风险；提升了设备管理效率和生产效率，变被动维护为主动预防；提高了企业智能化水平，推动企业逐步实现少人化乃至无人化发展进程。
参考文献
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