磁轮驱动钢罐道巡检机器人研究

作者：封华; 李强; 陈朋朋

来源：煤炭科学技术, 2022, 50(11): 183-193.

DOI：10.13199/j.cnki.cst.ZGCS-022

• 攀爬机器人
• 结构设计
• 罐道巡检
• 磁轮优化
• 姿态估计

钢罐道作为矿井提升容器的导向限位装置，其自身表面受损程度、与罐道梁的安装状态以及每段罐道间的位置关系等会直接影响提升容器的安全运行。目前钢罐道的巡检方式仍然为人工巡检，存在安全性差、效率低、漏检率高等问题。为提高立井钢罐道的巡检效率及安全性，提出了一种新型的磁轮驱动巡检机器人模型，并试制了原型样机。首先，根据立井钢罐道实际巡检工况的功能需求分析，对机器人进行结构设计，并研究了磁轮驱动下的可靠运行条件，进而对磁轮的设计尺寸进行优化；其次，在扩展卡尔曼滤波(EKF)方法的基础上，借助加速度计、陀螺仪和磁传感器(合称MARG传感系统)对所设计的机器人进行了姿态估计，并运用反步法对机器人在罐道面上的高效运行进行了步态规划；最后，通过仿真和试验的方法对所设计的磁轮驱动巡检机器人进行了验证。结果表明：(1)所提出的姿态估计方法可以实现对机器人当前姿态的准确估计，偏差浮动范围保持在±0.1°内；(2)所设计的巡检机器人可以实现直线和圆轨迹的快速、准确跟踪，当跟踪时间达到3 s时，局部位置误差趋于稳定并收敛到0;(3)所设计的巡检机器人能够进行壁面跨越，当左右两侧舵机转速为0.1 m/s,转弯半径为49.5 mm时，可实现0°～90°的转弯，在转弯初始阶段会出现一定的偏差，当偏差达到1 mm左右时趋于稳定。

• 单位
  陕西延长石油矿业有限责任公司; 机电工程学院; 中国矿业大学（北京）; 中国矿业大学