《《矿井卫士》——计算机远程监控工业机器人》－第五届

《《矿井卫士》——计算机远程监控工业机器人》

来源：发布时间：2007-12-30 浏览次数：1126
金奖
作品名称：《《矿井卫士》——计算机远程监控工业机器人》
广东汪睿
作品说明
一、项目创意说明
    有人用"惨烈"二字来形容矿难，或许是再恰当不过的词汇了。
    国家安全生产监督管理局通报的2005上半年全国安全生产情况表明：1—6月份，全国共发生矿难事故1736起，死亡2537人。而还有一则材料统计，世界每年的矿难死亡人数中我国竟占了80%！
矿难的频繁发生，使无数矿工不断地付出生命的代价。我透过这些血淋淋的数字，仿佛看到了瓦斯等一系列井矿恶魔，正张着血口一个又一个地吞噬我们的矿工叔叔，感受到冥冥之中的矿难亡灵在低声哭泣。
    我的心灵受到了强烈的震撼，对生命的关爱、对社会的一种责任感油然而生，于是我便去钻研自己并不太懂的自动化科学知识，结合已有的知识储备，探究一条拯救矿工叔叔的科学之路。
排除矿井的管理因素以外，我认为矿井中瓦斯等有毒、可燃气体是罪魁祸首。于是我就设计了一个遥控机器人，用它来代替人们在矿井中进行有毒可燃气体、矿井通风情况的检测，一旦这些气体超过国家安全标准，该机器人就能够迅速及时准确地将信息反馈到地面。因此，我把这个机器人命名为"矿井卫士"。
    我常想，煤炭作为我国最主要的能源，无论现在还是将来，都是不可或缺的乌金。但是，不管它有多么重要，都不能以矿工的鲜血和生命来换取，我就用这个小"矿井卫士"作为中学生的礼品，来敬献给那些在井下默默付出汗水而不应当付出生命代价的矿工们。
二、设计该项目的目的和基本思路
   目的: 我设计的《矿井卫士》这部工业机器人旨在替代矿井安全员，24小时不间断地监管矿井的情况，确保矿工们的生命安全！
   基本思路:
1．让《矿井卫士》工业机器人在矿井复杂的路面上自由行走。
2．《矿井卫士》工业机器人的能源系统采用高效直流电源供电。
3．通过数据采集系统：1）机器人上安装有，瓦斯报警器、一氧化碳气体测量仪，温度与温度仪，风向风力计。在计算机的控制下，实时地把这些仪器收集的矿井安全收据传给地面矿井安全监管部门。2）机器人上还安装有，CCD摄像机及声音传感器。在计算机的控制下，实时地把矿井现场的视频图像以及音频信息传给地面矿井安全监管部门。
4．机器人硬件系统：采用可编程通讯控制器（含通用模拟量输入模块、通用数字量I/O模块、固态继电器I/O模块）。担负所需的功能。
5．通讯方式：机器人采用无线与有线混合局域网络完成与地面矿井安全监管部门的通讯联系。
6．地面矿井安全监管部门的计算机的控制要求：
1）可在相关网页上可随时看到井下的瓦斯、一氧化碳气体的浓度，温度与温度的变化，通风设备的工作状态情况，也可以看到井下现场的视频图像以及听到井下现场的声音；
2）地面矿井安全监管部门的人员，可以通过网页上设置好的的操作按钮控制机器人在矿井中行走以及机器人设备的运转。
7．硬件设备要求：必须严格遵照矿井的安全规定。譬如继电器必须用固体继电器，以防电火花的产生。
8．画面、报表、曲线、报警等的打印功能。
三、该项目的研究过程
1．确定《矿井卫士》——计算机远程监控工业机器人的整体设计；
2．根据《矿井卫士》——计算机远程监控工业机器人在矿井中所需功能，编写计算机控制程序；
3．根据各种功能制作相应的部件；
4．《矿井卫士》——计算机远程监控工业机器人各种设施设备仪器的总成及调试。
四、该项目的创新部分
●实时采集瓦斯报警器、一氧化碳气体测量仪、温度与温度仪、风向风力等输入信号；
●实时采集矿井现场的视频图像以及音频信号；
●实现工业机器人与地面矿井安全监管部门计算机的快速无线网络通讯；
●通过地面矿井安全监管部门计算机控制机器人在矿井复杂的路面上自由行走；
●在地面矿井安全监管部门计算机上，以动态图形、表格、柱状图、曲线、报警等多种表现方式，实时显示上述采集到的各种矿井现场数据和带声音的视频图像；
●实时快速控制输出瓦斯、一氧化碳报警信号；
●画面、报表、曲线、报警等的打印功能
●Web浏览及操作功能
●历史数据查询分析功能
●报警处理功能，包括：报警限值设定、报警确认、报警屏蔽、报警过滤、报警排序等；
●简单的计算及统计功能；
●手机短信功能（需要电信部门服务支持）；
●Email报警功能；
●自定义语音报警功能；
●用户需要的其他少量定制及扩展功能支持。
五、进一步完善该项目的设想
1、当矿井发生突如其来的险情时，矿井实时的信息能将有关人员关闭的手机激活。
2、行走系统采用两直流减速电动机，拖动两条履带。
六、《矿井卫士》——计算机远程监控工业机器人系统介绍
    《矿井卫士》——计算机远程监控工业机器人，由地面矿井安全监控中心的计算机与井下《矿井卫士》——计算机远程监控工业机器人组成无线与有线混合局域网络。
（一）机器人硬件结构由如下五部分组成：
1.电源部分：12V与6V镍氢蓄电池，分别给控制、数据采集、网络通讯与动力部分供电。
2.控制部分：可编程通讯控制器（含通用模拟量输入模块、通用数字量I/O模块、固态继电器I/O模块）。
3.数据采集部分：有温度湿度监测仪、风力监测仪、瓦斯浓度监测仪、CO浓度监测仪、音视频摄象机。
4.网络通讯部分：由无线路由器与多级无线网桥以及光钎等组成。
5.动力部分：由两台动力电动机及相关部件组成。
（二）计算机远程监控工业机器人系统的控制功能：
     地面矿井安全监控中心的工作人员，通过计算机控制机器人在矿井复杂的路面上自由行走。并控制井下机器人实时采集井下瓦斯、一氧化碳气、温度与温度仪、风向风力等数据，以动态图形、表格、柱状图、曲线显示计算机上，供安全监管的观察与分析。若发现异常，立即快速向井下与地面输出瓦斯、一氧化碳危急报警信号。报警方式多种表现有：自定义语音报警、手机短信报警（需要电信部门服务支持）、Email报警。另外报警处理功能有：报警限值设定、报警确认、报警屏蔽、报警过滤、报警排序等。地面矿井安全监控中心的工作人员还能够通过井下机器人实时采集矿井现场的视频图像以及音频信号，观察了解矿井现场其它安全情况。另外，地面矿井安全监管部门计算机还具备历史数据查询分析与画面、报表、曲线、报警等的打印功能。