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一种深部矿井环境监测 机器人系统及监测方法

阅读：59发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种深部矿井环境监测机器人系统及监测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公布了一种深部矿井环境监测机器人系统及监测方法，属于煤矿智能监测领域。该机器人系统包括环境监测机器人、环境监测机器人远程工作站和矿用无线通信网络。环境监测机器人远程工作站由矿用本安型计算机、显示器、操作台组成，环境监测机器人和环境监测机器人远程工作站通过矿用无线通信网络进行通信。环境监测机器人采用轮式智能小车结构，由小车车架、主控制器、驱动机构、温湿度传感器、气体检测传感器、激光雷达、TOF 深度相机、障碍物传感器、变形扫描机构、RFID标签、ZigBee无线数传模块组成。本发明利用多传感器信息融合技术，集自主定位、自主避障、远程遥控、变形监测、环境参数监测功能于一体，具有体积小、功能全、行走灵活、操作简单、自动化程度高的特点，能够提高对煤矿复杂环境的认知，为煤矿高效安全生产提供保障。，下面是一种深部矿井环境监测机器人系统及监测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种深部矿井环境监测机器人系统，其特征在于：该环境监测机器人系统包括环境监测机器人(1-1)、矿用无线通信网络(1-2)和环境监测机器人远程工作站；所述环境监测机器人远程工作站由显示器(1-3)、矿用本安型计算机(1-4)、操作台(1-5)组成，环境监测机器人(1-1)和环境监测机器人远程工作站通过矿用无线无线通信网络(1-2)进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种深部矿井环境监测机器人系统，其特征在于：所述的环境监测机器人包括：小车车架(1)、主控制器(2)、驱动机构(3)、温湿度传感器(4)、气体检测传感器(5)、激光雷达(6)、TOF深度相机(7)、障碍物传感器(8)、变形扫描机构(9)、充电电池(10)、RFID标签(11)和ZigBee无线数传模块(12)；
在小车车架(1)底部连接有底盘构成机器人主体，在底盘上连接有主控制器(2)和充电电池(10)；在小车车架(1)的底端连接有驱动机构(3)；在小车车架(1)的顶部以及两侧安装有变形扫描机构(9)；
所述ZigBee无线数传模块(12)用螺栓紧固安装在环境监测机器人的右前部，用于将采集到的各项数据通过矿用无线通信网络传输到环境监测机器人远程工作站进行处理，ZigBee无线数传模块(12)与主控制器(2)相连；
所述RFID标签(11)用螺栓紧固安装在环境监测机器人的底部，用于实现环境监测机器人的自主定位功能；
所述激光雷达(6)、TOF深度相机(7)和障碍物传感器(8)用螺栓紧固安装在环境监测机器人的前方，用于实时探测环境监测机器人运动环境，为环境监测机器人路径规划以及自主避障提供数据支持；
所述温湿度传感器(4)用螺栓紧固安装在环境监测机器人尾部，用于实时监测各区域温湿度；
所述气体检测传感器(5)用螺栓紧固安装在环境监测机器人尾部，用于实时监测各区域气体浓度，包括氧气、瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等气体。
3.根据权利要求2所述的一种深部矿井环境监测机器人系统，其特征在于：所述驱动机构(3)包括：驱动电机、减速机、驱动轴和防静电车轮；减速机与驱动电机使用法兰连接，驱动电机与防静电车轮通过驱动轴连接，用于实现环境监测机器人的前进、后退、转弯操作。
4.根据权利要求2所述的一种深部矿井环境监测机器人系统，其特征在于，所述变形扫描机构(9)有三个，分别安装在小车车架(1)的两侧以及中间位置，结构相同，包括：激光收发装置(91)、竖直转动装置(92)；所述激光收发装置(91)包括：激光信号发射器(911)、激光信号收集器(912)和陀螺仪(913)；所述激光信号发射器(911)用于发射激光信号，所述激光信号收集器(912)用于收集反射回来的激光信号，所述陀螺仪(913)用于记录和输出激光信号发射方位；激光信号发射器(911)、激光信号收集器(912)和陀螺仪(913)安装在竖直转动装置(92)上，所述激光收发装置(91)能在竖直转动装置上自由转动。
5.根据权利要求4所述的一种深部矿井环境监测机器人系统，其特征在于：所述竖直转动装置(92)包括：转动控制板组(921)、竖直转动传动轴(922)、驱动电机(923)和传动齿轮组(924)；驱动电机(923)和传动齿轮组(924)位于一块转动控制板内，激光收发装置(91)安装在转动控制板组(921)之间；驱动电机(923)通过传动齿轮组(924)驱动竖直转动传动轴(922)转动，实现激光收发装置(91)的竖直自由转动；
中间位置的变形扫描机构(9)还包括：水平旋转台(93)和升降柱(94)；所述升降柱(94)安装在环境监测机器人上，水平旋转台(93)安装在升降柱(94)上端，激光收发装置(91)和竖直转动装置(92)安装在水平旋转台上。
6.采用权利要求1所述的一种深部矿井环境监测机器人系统的监测方法，其特征在于：
采用环境监测机器人系统的监测方法：
环境监测机器人安装有自主导航及避障系统、自主定位系统、远程遥控系统和变形扫描机构(9)；通过各个系统及机构各自独立工作，以及之间的协同作业，实现矿井中各区域环境参数以及巷道顶板、巷道两帮变形情况的自动监测；
环境监测机器人将监测到的温湿度、气体浓度、巷道的顶板和两帮变形数据通过矿用无线通信网络上传至环境监测机器人远程工作站，环境监测机器人通过矿用无线通信网络与环境监测机器人远程工作站进行通信；
在环境监测机器人运动过程中，通过主控制器(2)、ZigBee无线数传模块(12)和矿用无线通信网络将变形扫描机构(9)扫描获得的数据传回远程工作站处理分析，利用MIDAS 软件构建三维模型，实现对巷道顶板、巷道两帮变形情况的智能监测。
7.根据权利要求6所述的一种深部矿井环境监测机器人系统的监测方法，其特征在于：
所述的自主导航及避障系统包括地图构建模块、路径规划模块、自主避障模块和运动控制模块。
8.根据权利要求7所述的一种深部矿井环境监测机器人系统的监测方法，其特征在于：
所述地图构建模块包括：激光雷达(6)、TOF深度相机(7)、障碍物传感器(8)和主控制器(2)；
通过多种传感器获取环境监测机器人周围的环境信息和障碍物分布信息，采集到的信息传输给主控制器进行处理，构建完整的环境地图，依靠外界环境拥有的匹配信息获得环境监测机器人的定位，并在构建的环境地图上进行标记；
所述路径规划模块和自主避障模块采用路径规划及避障算法，根据构建的环境地图，规划出一条全局最优路径，在环境监测机器人移动过程中，保证准确避开障碍物，避免发生碰撞导致机器人损坏；
所述运动控制模块由主控制器(2)控制驱动机构(3)，所述驱动机构包括减速机、驱动电机、驱动轴和防静电车轮，减速机与驱动电机使用法兰连接，驱动电机与防静电车轮通过驱动轴连接；当环境监测机器人直线移动时，每个车轮转动方向一致，速度也一致，实现环境监测机器人的匀速直线运动；当环境监测机器人转弯时，每个车轮的转动方向一致，但速度各不相同，实现环境监测机器人的转弯运动。
9.根据权利要求8所述的一种深部矿井环境监测机器人系统的监测方法，其特征在于：
所述路径规划及避障算法采用栅格法、遗传算法和人工势场法相结合的双层规划机制，具体步骤如下：
步骤1，使用栅格法对环境监测机器人运动环境进行建模，按照障碍物分布情况进行标记，若有障碍物，则写入1，若无障碍物，则写入0；
步骤2，确定起点和终点，使用遗传算法规划出一条全局最优路径，作为智能小车的初始路径；
步骤3，在环境监测机器人移动过程中，根据新的障碍物分布情况更新栅格，使用人工势场法进行局部路径变化，及时避开障碍物；
步骤4，将环境监测机器人的局部路径的调整进行反馈，再次使用遗传算法规划出一条新的全局最优路径；
步骤5，重复执行步骤1、2、3、4，直到顺利到达终点。
10.根据权利要求6所述的一种深部矿井环境监测机器人系统的监测方法，其特征在于：所述自主定位系统采用井下RFID定位系统；井下RFID定位系统包括：RFID标签(11)、读卡站点和矿用无线通信网络；所述RFID标签(11)用于实时发送环境监测机器人位置信息，读卡站点用于接收RFID标签发出的环境监测机器人位置信息，矿用无线通信网络用于将读卡站点获取的信息传输给远程工作站，在构建的环境地图上进行标记，实现环境监测机器人精确定位。
所述远程遥控系统包括：主控制器(2)、驱动机构(3)、ZigBee无线数传模块(12)、矿用无线通信网络、环境监测机器人远程操作台，用于特殊情况下环境监测机器人手动控制；当环境监测机器人自动行驶出现故障或需要人为改变运行路线等情况时，停止自动导航模式，开启远程遥控模式，地面工作站发送控制指令，经矿用无线通信网络传输至环境监测机器人工作场景，ZigBee无线数传模块(12)接收信号并传输至主控制器(2)，主控制器(2)控制驱动机构(3)工作，进而控制环境监测机器人移动，实现对环境监测机器人的远程遥控。

说明书全文

一种深部矿井环境监测机器人系统及监测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及煤矿智能监测领域，尤其涉及一种深部矿井环境监测机器人系统及监测方法。

背景技术

[0002] 随着我国采矿和支护技术的高速发展，越来越多的煤矿煤炭产量达到千万吨级别，由于产量的提升，煤矿井下相应的机电、运输、通信设备逐渐增大增多，因而井下的巷道、硐室的大小和数量也逐渐增加。除此之外，随着煤矿开采深度的增加，受到深部开采三高一扰动的影响，巷道围岩变形量增大、矿压显示剧烈、地温升高，作业环境恶化、瓦斯涌出量增大，因此，对于深部矿井温湿度、瓦斯浓度、巷道围岩变形量、机电设备状态的自主监测就显得非常重要。

[0003] 现有的监测装置只能完成单一参数的测量，如果需要对煤矿各个区域都实现自动测量，需要布置多个监测点，操作复杂；对巷道围岩有破坏作用；无法回收监测装置，增加人力、物力成本。

发明内容

[0004] 发明目的：为了克服上述背景技术中的不足，本发明提供了一种深部矿井环境监测机器人系统，能够实现无人自动监测，将温湿度监测、气体浓度监测、巷道和硐室变形监测集于一体，完成监测任务后能够进行回收。

[0005] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：一种深部矿井环境监测机器人系统以及采用环境监测机器人系统的监测方法。

[0006] 一种深部矿井环境监测机器人系统包括：环境监测机器人、矿用无线通信网络和环境监测机器人远程工作站；所述环境监测机器人远程工作站由矿用本安型计算机、显示器、操作台组成，环境监测机器人和环境监测机器人远程工作站通过矿用无线通信网络进行通信。

[0007] 所述的环境监测机器人包括：小车车架(1)、主控制器(2)、驱动机构(3)、温湿度传感器(4)、气体检测传感器(5)、激光雷达(6)、TOF深度相机(7)、障碍物传感器(8)、变形扫描机构(9)、充电电池(10)、RFID标签(11)和ZigBee无线数传模块(12)；

[0008] 在小车车架(1)底部连接有底盘构成机器人主体，在底盘上连接有主控制器(2)和充电电池(10)；在小车车架(1)的底端连接有驱动机构(3)；在小车车架(1)的顶部和两侧安装有变形扫描机构(9)；

[0009] 所述ZigBee无线数传模块(12)用螺栓紧固安装在环境监测机器人的右前部，用于将采集到的各项数据通过矿用无线通信网络传输到环境监测机器人远程工作站进行处理，ZigBee无线数传模块(12)需要与主控制器(2)相连；

[0010] 所述RFID标签(11)用螺栓紧固安装在环境监测机器人的底部，用于环境监测机器人的自主定位；

[0011] 所述激光雷达(6)、TOF深度相机(7)和障碍物传感器(8)用螺栓紧固安装在环境监测机器人的前方，用于实时探测环境监测机器人运动环境，为环境监测机器人路径规划以及自主避障提供数据支持；

[0012] 所述温湿度传感器(4)用螺栓紧固安装在环境监测机器人尾部，用于实时监测各区域温湿度。

[0013] 所述气体检测传感器(5)用螺栓紧固安装在环境监测机器人尾部，用于实时监测各区域气体浓度，包括氧气、瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等气体。

[0014] 所述驱动机构(3)包括：驱动电机、减速机、驱动轴和防静电车轮；减速机与驱动电机使用法兰连接，驱动电机与防静电车轮通过驱动轴连接，用于实现环境监测机器人的前进、后退、转弯操作。

[0015] 所述变形扫描机构(9)有三个，分别安装在小车车架(1)的两侧以及中间位置，结构相同，包括：激光收发装置(91)、竖直转动装置(92)；所述激光收发装置(91)包括：激光信号发射器(911)、激光信号收集器(912)和陀螺仪(913)；所述激光信号发射器(911)用于发射激光信号，所述激光信号收集器(912)用于收集反射回来的激光信号，所述陀螺仪(913)用于记录和输出激光信号发射方位；激光信号发射器(911)、激光信号收集器(912)和陀螺仪(913)安装在竖直转动装置(92)上，激光收发装置(91)能在竖直转动装置上自由转动。

[0016] 所述竖直转动装置(92)包括：转动控制板组(921)、竖直转动传动轴(922)、驱动电机(923)和传动齿轮组(924)；驱动电机(923)和传动齿轮组(924)位于一块转动控制板内，激光收发装置(91)安装在转动控制板组(921)之间；驱动电机(923)通过传动齿轮组(924)驱动竖直转动传动轴(922)转动，实现激光收发装置(91)的竖直自由转动。

[0017] 所述中间位置的变形扫描机构(9)还包括：水平旋转台(93)和升降柱(94)；所述升降柱(94)安装在环境监测机器人上，水平旋转台(93)安装在升降柱(94)上端，激光收发装置(91)和竖直转动装置(92)安装在水平旋转台上。

[0018] 所述深部矿井环境监测机器人系统的监测方法：环境监测机器人上安装有自主导航及避障系统、自主定位系统、远程遥控系统和变形扫描机构(9)；通过各个系统及机构各自独立工作，以及之间的协同作业，实现矿井中各区域环境参数以及巷道顶板、巷道两帮变形情况的自动监测；

[0019] 环境监测机器人将监测到的温湿度、气体浓度、巷道的顶板和两帮变形数据通过矿用无线通信网络上传至环境监测机器人远程工作站，环境监测机器人通过矿用无线通信网络与环境监测机器人远程工作站进行通信；

[0020] 在环境监测机器人运动过程中，通过主控制器(2)、ZigBee无线数传模块(12)和矿用无线通信网络将变形扫描机构(9)扫描获得的数据传回远程工作站处理分析，利用MIDAS 软件构建三维模型，进而实现对巷道顶板、巷道两帮变形情况的智能监测。优选的，所述自主导航及避障系统包括地图构建模块、路径规划模块、自主避障模块和运动控制模块。

[0021] 优选的，所述地图构建模块包括：激光雷达(6)、TOF深度相机(7)、障碍物传感器(8)和主控制器(2)；通过多种传感器获取环境监测机器人周围的环境信息和障碍物分布信息，采集到的信息传输给主控制器进行处理，构建完整的环境地图，依靠外界环境拥有的匹配信息获得环境监测机器人的定位，并在构建的环境地图上进行标记。优选的，所述路径规划模块和自主避障模块采用路径规划及避障算法，根据构建的环境地图，规划出一条全局最优路径，在环境监测机器人移动过程中，保证准确避开障碍物，避免发生碰撞导致机器人损坏。

[0022] 优选的，所述运动控制模块由主控制器(2)控制驱动机构(3)，所述驱动机构包括减速机、驱动电机、驱动轴和防静电车轮，减速机与驱动电机使用法兰连接，驱动电机与防静电车轮通过驱动轴连接；当环境监测机器人直线移动时，每个车轮转动方向一致，速度也一致，实现环境监测机器人的匀速直线运动；当环境监测机器人转弯时，每个车轮的转动方向一致，但速度各不相同，实现环境监测机器人的转弯运动。

[0023] 优选的，所述的路径规划及避障算法采用栅格法、遗传算法和人工势场法相结合的双层规划机制，具体步骤如下：

[0024] 步骤1，使用栅格法对环境监测机器人运动环境进行建模，按照障碍物分布情况进行标记，若有障碍物，则写入1，若无障碍物，则写入0；

[0025] 步骤2，确定起点和终点，使用遗传算法规划出一条全局最优路径，作为环境监测机器人的初始路径；

[0026] 步骤3，在环境监测机器人移动过程中，根据新的障碍物分布情况更新栅格，使用人工势场法进行局部路径变化，及时避开障碍物；

[0027] 步骤4，将环境监测机器人的局部路径的调整进行反馈，再次使用遗传算法规划出一条新的全局最优路径；

[0028] 步骤5，重复执行步骤1、2、3、4，直到顺利到达终点。

[0029] 优选的，所述自主定位系统采用井下RFID定位系统；井下RFID定位系统包括：RFID标签(11)、读卡站点和矿用无线通信网络；所述RFID标签(11)用于实时发送环境监测机器人位置信息，读卡站点用于接收RFID标签发出的位置信息，矿用无线通信网络用于将读卡站点获取的信息传输给远程工作站，在构建的环境地图上进行标记，实现环境监测机器人精确定位。

[0030] 所述远程遥控系统包括主控制器(2)、驱动机构(3)、ZigBee无线数传模块(12)、矿用无线通信网络、环境监测机器人远程操作台，用于特殊情况下环境监测机器人手动控制；当环境监测机器人自动行驶出现故障或需要人为改变运行路线等情况时，停止自动导航模式，开启远程遥控模式，地面工作站发送控制指令，经矿用无线通信网络传输至环境监测机器人工作场景，ZigBee无线数传模块(12)接收信号并传输至主控制器(2)，主控制器(2)控制驱动机构(3)工作，进而控制环境监测机器人移动，实现对环境监测机器人的远程遥控。

[0031] 本发明的有益效果及优点：采用本发明的一种深部矿井环境监测机器人系统能够将温湿度监测、气体浓度监测、巷道顶板和两帮变形情况监测三大功能集于一体，能够实现无人自动监测，并且完成监测任务后能够进行回收。

[0032] 1.本发明使用的环境监测机器人体积小、行走灵活、通信距离远、操作方便，能够实现在光线差等条件下的巷道变形扫描测量。

[0033] 2.本发明功能齐全，能够集温湿度测量，气体浓度测量，巷道顶板和两帮变形测量于一体，极大减少了设备、人力和时间的成本投入。

[0034] 3.本发明自动化程度高，环境监测机器人具备自主导航和自主避障功能，整个监测过程中不需要人为操作，符合煤矿无人化生产的发展趋势。

[0035] 4.本发明适用场合多样化，除了能够应用于煤矿巷道、硐室智能监测，还能够应用于煤矿灾害救援、采空区智能监测。附图说明

[0036] 图1为本发明专利整体硬件系统架构图。

[0037] 图2为环境监测机器人整体结构示意图，图中引出部分为小车底板。

[0038] 图3为变形扫描机构部分结构示意图，图中用圆形圈起部分为局部放大图。

[0039] 图4为环境监测机器人软件系统架构图。

[0040] 图5为远程遥控操作界面图。

[0041] 图中，1-1、环境监测机器人；1-2、矿用无线通信网络；1-3、显示器；1-4、矿用本安型计算机；1-5、操作台。

[0042] 1-小车车架；2-主控制器；3-驱动机构；4-温湿度传感器；5-气体检测传感器；6-激光雷达；7-TOF深度相机；8-障碍物传感器；9-变形扫描机构；10-充电电池；11-RFID标签；12-ZigBee无线数传模块；91-激光收发装置；92-竖直转动装置；93-水平旋转台；94-升降柱；911-激光信号发射器；912-激光信号收集器；913-陀螺仪；921-转动控制板组；922-竖直转动传动轴；923-驱动电机；924-传动齿轮组；J1-前进键；J2-后退键；J3-左转弯键；J4-右转弯键；J5-加速键；J6-减速键；J7-小车急停键；J8-开启远程遥控操作键；J9-关闭远程遥控操作键。

具体实施方式

[0043] 下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的描述。

[0044] 一种深部矿井环境监测机器人系统，如图1所示，环境监测机器人系统包括：环境监测机器人1-1、矿用无线通信网络1-2和环境监测机器人远程工作站；所述环境监测机器人远程工作站由显示器1-3、矿用本安型计算机1-4、操作台1-5组成，环境监测机器人1-1和环境监测机器人远程工作站通过矿用无线无线通信网络1-2进行通信。

[0045] 如图2所示，所述环境监测机器人由小车车架1、主控制器2、驱动机构3、温湿度传感器4、气体检测传感器5、激光雷达6、TOF深度相机7、障碍物传感器8、变形扫描机构9、充电电池10、RFID标签11、ZigBee无线数传模块12组成。

[0046] 所述主控制器2采用MIO-5251单板电脑，包括微处理器、存储器、输入输出接口和一些外部设备。

[0047] 所述驱动机构3包括驱动电机、减速机、驱动轴、防静电车轮，驱动电机的输入口、输出口分别与MIO-5251单板电脑的输出口、输入口相连接。

[0048] 所述温湿度传感器4和气体检测传感器5用螺栓紧固安装在环境监测机器人尾部，两个传感器的输出口与MIO-5251单板电脑的输入口相连接。

[0049] 所述ZigBee无线数传模块12用螺栓紧固安装在环境监测机器人右前部,ZigBee无线数传模块的输入口、输出口分别与MIO-5251单板电脑的输出口、输入口相连接。

[0050] 所述RFID标签11用螺栓紧固安装在环境监测机器人底部。

[0051] 所述激光雷达6、TOF深度相机7、障碍物传感器8用螺栓紧固安装在环境监测机器人前方，其输出口与MIO-5251单板电脑的输入口相连接。

[0052] 如图3所示，所述变形扫描机构9有三个，分别安装在小车车架1的两侧以及中间位置，结构相同，包括：激光收发装置91、竖直转动装置92；所述激光收发装置91包括：激光信号发射器911、激光信号收集器912和陀螺仪913；所述激光信号发射器911用于发射激光信号，所述激光信号收集器912用于收集反射回来的激光信号，所述陀螺仪913用于记录和输出激光信号发射方位；激光信号发射器911、激光信号收集器912和陀螺仪913安装在竖直转动装置92上，激光收发装置91能在竖直转动装置上自由转动。

[0053] 所述竖直转动装置92包括：转动控制板组921、竖直转动传动轴922、驱动电机923和传动齿轮组924；驱动电机923和传动齿轮组924位于一块转动控制板内，激光收发装置91安装在转动控制板组921之间；驱动电机923通过传动齿轮组924驱动竖直转动传动轴922转动，实现激光收发装置91的竖直自由转动。

[0054] 所述中间位置的变形扫描机构9还包括：水平旋转台93和升降柱94；所述升降柱94安装在环境监测机器人上，水平旋转台93安装在升降柱94上端，激光收发装置91和竖直转动装置92安装在水平旋转台93上。

[0055] 如图4所示，所述环境监测机器人包括自主导航及避障系统、自主定位系统、远程遥控系统和变形扫描机构9；所述自主导航及避障系统包括地图构建模块、路径规划模块、自主避障模块和运动控制模块。

[0056] 所述地图构建模块包括激光雷达6、TOF深度相机7、障碍物传感器8和主控制器2，激光雷达6、TOF深度相机7、障碍物传感器8的输出连接至主控制器(MIO-5251单板电脑)的输入，将采集到的环境监测机器人周围的环境信息和障碍物分布信息传输给主控制器2进行处理，构建环境地图，之后通过与主控制器相连接的ZigBee无线数传模块12经矿用无线通信网络传回环境监测机器人远程工作站。

[0057] 所述路径规划模块和自主避障模块采用路径规划及避障算法，根据环境地图，规划出一条全局最优路径。在环境监测机器人运动过程中，通过多传感器采集到的信息实时更新环境地图，使智能小车能够精准避开障碍物，到达目的地。

[0058] 一种环境监测机器人的路径规划及避障算法，采用栅格法、遗传算法、人工势场法结合的双层规划机制，具体步骤如下：

[0059] 步骤1，使用栅格法对环境监测机器人运动环境建模，按照障碍物分布情况进行标记，若有障碍物，则写入1，若无障碍物，则写入0；

[0060] 步骤2，确定起点和终点，使用遗传算法规划出一条全局最优路径，作为环境监测机器人的初始路径；

[0061] 步骤3，在环境监测机器人移动过程中，根据新的障碍物分布情况更新栅格，使用人工势场法进行局部路径变化，及时避开障碍物；

[0062] 步骤4，将环境监测机器人的局部路径的调整进行反馈，再次使用遗传算法规划出一条新的全局最优路径；

[0063] 步骤5，重复执行步骤1、2、3、4，直到顺利到达终点。

[0064] 所述运动控制模块包括驱动机构3和主控制器2，驱动电机的输入口、输出口分别与主控制器MIO-5251单板电脑的输出口、输入口相连接，当环境监测机器人匀速直线运动时，主控制器控制驱动电机同方向同速度转动；当环境监测机器人转弯时，主控制器改变驱动电机转动速度，使四个驱动电机转速各不相同，但保持相同转动方向。

[0065] 所述自主定位系统采用RFID定位方法，安装在小车车架1底部的RFID标签11实时发送环境监测机器人的位置信息，提前布置的RFID读卡分站接收位置信息并通过矿用无线通信网络传输回远程工作站，并在构建的环境地图上进行标记，实现环境监测机器人的实时精准定位。

[0066] 所述远程遥控系统用于特殊情况下环境监测机器人手动操作，远程工作站发送指令直接控制环境监测机器人的移动，如图5所示，所述远程遥控操作界面包括环境监测机器人直线前进按键J1、后退按键J2、左转弯按键J3、右转弯按键J4、加速按键J5、减速按键J6、急停按键J7和开启J8/关闭J9远程遥控操作按键。

[0067] 一种深部矿井环境监测机器人系统的工作过程是：首先由远程工作站通过控制软件给环境监测机器人发出控制命令，接收到指令后，启动环境监测机器人，利用环境监测机器人上安装的激光雷达6，TOF深度相机7，障碍物传感器8构建出当前区域环境地图，给出该区域的起点与终点，规划出一条当前全局最优路径，环境监测机器人开始运动，在运动过程中不断更新构建新的环境地图，进行局部路径变化，实现自主避障，直到顺利到达终点；在环境监测机器人自主运动过程中，温湿度传感器4、气体检测传感器5和变形扫描机构9实时采集信息，并通过主控制器2、ZigBee无线数传模块12和矿用无线通信网络将采集到的数据信息传输回远程工作站，并对传回的数据分析处理，进而实现对深部矿井环境参数和巷道、硐室变形情况的智能监测；在环境监测机器人自主运动过程中，同时通过RFID定位系统对环境监测机器人进行实时定位，保证智能环境监测机器人的行驶安全。

[0068] 本系统各部分均做防爆处理达到矿井防爆要求。

[0069] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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一种深部矿井环境监测机器人系统及监测方法

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