煤矿井下巡检机器人的换电方法、装置、系统及控制模块与流程

1.本技术属于煤矿安全技术领域，尤其涉及一种煤矿井下巡检机器人的换电方法、装置、系统及控制模块。


背景技术：

2.煤矿机器人是构建智能煤矿的重要组成部分，是提升煤矿智能装备水平的重要体现，是实现煤矿“少人、无人”的有效支撑。随着国家相关行业主管部门的不断推动，以及煤炭生产企业的高度重视，以巡检机器人为代表的各类机器人已成井下智能化建设的重要装备。目前已经下井的防爆巡检机器人根据动力源的不同，主要有锂电池供电、钢丝绳牵引两种方式。钢丝绳牵引机器人由于外部装置需求高、工程施工难度大、使用场所受限等问题，应用较少，因此井下防爆巡检机器人大多采用锂电池作为动力来源。《煤矿安全规程》对使用蓄电池设备的充电场所有明确的要求：机车等移动设备在专用充电硐室或者地面充电；监控、通信、避险等设备的备用电源可以就地充电，并有防过充等保护措施。规程相关要求不适合于井下巡检机器人，巡检机器人井下充电缺乏依据。
3.锂电池属于高能化学电池，当误用滥用或者生产制造存在自身缺陷，有出现泄压、着火，甚至爆炸的可能性。据统计，超过80％以上的电动车着火安全事故都发生在充电环节。煤矿井下为具有瓦斯煤尘潜在性爆炸危险的特殊环境，目前机器人井下有线、无线充电方式均存在防爆安全难以保障、充电过程安全保护控制不可靠等多方面问题，解决井下机器人的充电难题已经迫在眉睫。
4.无线充电利用电磁场或电磁波实现电能非接触传输，依据gb/t3836.1《爆炸性环境第5部分：设备通用要求》标准中的电磁能功率阈值要求，煤矿井下9k～60ghz的射频电磁波阈功率不得超过6w，煤矿井下防爆无线充电功率受限，无法对机器人实现高效充电。国内相关企业将无线充电装备置于隔爆腔内，机器人进入隔爆腔内进行无线充电，用以突破标准中对电磁能功率阈值的限制。
5.上述无线充电方案在煤矿复杂环境中应用，隔爆充电腔内容易进入煤粉等异物，造成无线充电装置失效，无法实现换电和自动充电。


技术实现要素：

6.本技术的实施例提供了一种煤矿井下巡检机器人的换电方法、装置、系统及控制模块，进而能够减少因煤粉等异物造成无线充电装置失效，实现煤矿井下巡检机器人的换电和自动充电。
7.本技术的其它特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。
8.根据本技术实施例的第一方面，提供了一种煤矿井下巡检机器人的换电方法，应用于煤矿井下巡检机器人的换电装置，所述换电装置包括：第一正压腔、第一正压腔门、第二正压腔、第二正压腔门、第一进气阀、第一出气阀、第一甲烷浓度传感器、第一压力传感
器、换电模块、无线充电发射模块、满充储备电源、吹扫模块和控制模块，所述第一进气阀、第一出气阀、第一甲烷浓度传感器、第一压力传感器、换电模块均设置于所述第一正压腔内，所述无线充电发射模块和所述满充储备电源均设置于所述第二正压腔内，所述换电方法包括：
9.所述控制模块在巡检机器人驶入预设清扫位的情况下，控制所述吹扫模块对所述巡检机器人进行吹扫；
10.响应于所述吹扫模块返回的吹扫完成的信息，控制所述第一正压腔门打开；
11.在所述巡检机器人驶入所述第一正压腔的情况下，控制所述第一正压腔门关闭，并根据所述第一甲烷浓度传感器和所述第一压力传感器的第一检测结果控制所述第一进气阀和所述第一出气阀，以将所述第一正压腔内的气体置换为保护气体；
12.在气体置换完成的情况下，控制所述第二正压腔门打开，以使所述换电模块将所述巡检机器人的电源模块转移至所述无线充电发射模块充电；
13.在所述换电模块将所述满充储备电源转移至所述巡检机器人的情况下，控制所述第二正压腔门关闭，以及所述第一正压腔门打开；
14.在所述巡检机器人驶出所述第一正压腔的情况下，控制所述第一正压腔门关闭。
15.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述根据所述第一甲烷浓度传感器和所述第一压力传感器的第一检测结果控制所述第一进气阀和所述第一出气阀，包括：
16.控制所述第一进气阀和所述第一出气阀打开；
17.获取所述第一检测结果；
18.在所述第一检测结果达到预设条件的情况下，控制所述第一进气阀和所述第一出气阀关闭。
19.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述第一检测结果包括第一浓度和第一压力，所述预设条件为所述第一浓度小于0.1％，所述第一压力为高于外界大气压50pa至100pa。
20.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述换电方法还包括：
21.在所述第一浓度大于0.1％或所述第一压力高于外界大气压100pa的情况下，控制所述煤矿井下巡检机器人的换电装置停机。
22.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述换电装置还包括：均设置于所述第二正压腔内的第二进气阀、第二出气阀、第二甲烷浓度传感器和第二压力传感器，所述换电方法还包括：
23.在所述巡检机器人第一次驶入所述第一正压腔的情况下，根据所述第二甲烷浓度传感器和所述第二压力传感器的第二检测结果控制所述第二进气阀和所述第二出气阀，以将所述第二正压腔内的气体置换为保护气体。
24.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述根据所述第二甲烷浓度传感器和所述第二压力传感器的第二检测结果控制所述第二进气阀和所述第二出气阀，包括：
25.控制所述第二进气阀和所述第二出气阀打开；
26.获取所述第二检测结果；
27.在所述第二检测结果达到预设条件的情况下，控制所述第二进气阀和所述第二出气阀关闭。
28.在本技术的一些实施例中，基于前述方案，所述换电装置还包括：灭火模块，所述换电方法还包括：
29.响应于所述电源模块发送的热失控信息，控制所述无线充电模块停止充电，并控制所述灭火模块开启。
30.根据本技术实施例的第二方面，提供了一种控制模块，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。
31.根据本技术实施例的第三方面，提供了一种煤矿井下巡检机器人的换电装置，所述换电装置包括：壳体、第一正压腔、第一正压腔门、第二正压腔、第二正压腔门、第一进气阀、第一出气阀、第一甲烷浓度传感器、第一压力传感器、换电模块、无线充电发射模块、满充储备电源、第二进气阀、第二出气阀、第二甲烷浓度传感器、第二压力传感器、吹扫模块和根据权利要求8所述的控制模块，其中，
32.所述吹扫模块，在所述壳体外且靠近所述第一正压腔门的一侧设置；
33.所述第一正压腔门设置于所述壳体上，所述第一正压腔和所述第二正压腔通过所述第二正压腔门隔开，所述第一正压腔内设置有所述第一进气阀、所述第一出气阀、所述第一甲烷浓度传感器、所述第一压力传感器和所述换电模块；
34.所述第二正压腔内设置有所述第二进气阀、所述第二出气阀、所述第二甲烷浓度传感器、所述第二压力传感器、所述无线充电发射模块和所述满充储备电源。
35.根据本技术实施例的第四方面，提供了一种煤矿井下巡检机器人的换电系统，所述换电系统包括：
36.巡检机器人，内置有电源模块；以及
37.上述的煤矿井下巡检机器人的换电装置。
38.在本技术中，通过控制模块在巡检机器人驶入预设清扫位的情况下，控制所述吹扫模块对所述巡检机器人进行吹扫；响应于所述吹扫模块返回的吹扫完成的信息，控制所述第一正压腔门打开；在所述巡检机器人驶入所述第一正压腔的情况下，控制所述第一正压腔门关闭，并根据所述第一甲烷浓度传感器和所述第一压力传感器的第一检测结果控制所述第一进气阀和所述第一出气阀，以将所述第一正压腔内的气体置换为保护气体；在气体置换完成的情况下，控制所述第二正压腔门打开，以使所述换电模块将所述巡检机器人的电源模块转移至所述无线充电发射模块充电；在所述换电模块将满充储备电源转移至所述巡检机器人的情况下，控制所述第二正压腔门关闭，以及所述第一正压腔门打开；在所述巡检机器人驶出所述第一正压腔的情况下，控制所述第一正压腔门关闭。上述方案保障了巡检机器人的电源模块所在的充电环境的洁净度，避免了无线充电发射模块失效，实现了巡检机器人在煤矿井下的换电和自动充电。
39.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
40.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
这些附图获得其它的附图。在附图中：
41.图1为一个实施例中煤矿井下巡检机器人的换电装置的结构示意图；
42.图2为一个实施例中煤矿井下巡检机器人的换电方法的流程示意图；
43.图3为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第一状态示意图；
44.图4为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第二状态示意图；
45.图5为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第三状态示意图；
46.图6为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第四状态示意图；
47.图7为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第五状态示意图；
48.图8为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第六状态示意图；
49.图9为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第七状态示意图；
50.图10为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第八状态示意图；
51.图11为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第九状态示意图；
52.图12为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第十状态示意图；
53.图13为一个实施例中控制模块的内部结构图；
54.图14为一个实施例中煤矿井下巡检机器人的换电系统的结构示意图。
55.附图标号说明：
[0056][0057]
具体实施方式
[0058]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0059]
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本技术的实施例的充分理解。然而，
本领域技术人员将意识到，可以实践本技术的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本技术的各方面。
[0060]
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
[0061]
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
[0062]
需要注意的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的对象在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0063]
图1为一个实施例中煤矿井下巡检机器人的换电装置的结构示意图，图2为一个实施例中煤矿井下巡检机器人的换电方法的流程示意图，如图1所示，换电装置包括：第一正压腔11、第一正压腔门12、第二正压腔13、第二正压腔门14、第一进气阀15、第一出气阀16、第一甲烷浓度传感器17、第一压力传感器18、换电模块19、无线充电发射模块20、满充储备电源21、吹扫模块22和控制模块23，第一进气阀15、第一出气阀16、第一甲烷浓度传感器17、第一压力传感器18、换电模块19均设置于所述第一正压腔11内，无线充电发射模块20和满充储备电源21均设置于所述第二正压腔13内。以该换电方法应用于图1中的控制模块23为例，如图2所示，换电方法包括：
[0064]
步骤201，控制模块在巡检机器人驶入预设清扫位的情况下，控制吹扫模块对巡检机器人进行吹扫。
[0065]
可以理解的是，目前将无线充电装备置于隔爆腔内，机器人进入隔爆腔内进行无线充电的充电方案在实际应用中，充电腔内容易进入煤粉等异物，造成无线充电装备失效，并且隔爆门高频率启闭，隔爆间隙无法及时测量，无法保证隔爆面的有效性，导致隔爆型充电腔存在失爆风险。也就是说，目前相关研究人员提出的井下巡检机器人的充换电方案，都有一定的安全隐患，目前尚未有取得安标证的相关产品。
[0066]
爆炸三要素包括一定浓度的可燃性气体、一定量的氧气以及足够热量点燃气体的火源，本实施例在煤矿井下基于正压原理将煤矿井下的甲烷气体隔绝在正压腔外，破坏了爆炸条件之一，进而为巡检机器人的换电和电源模块的充电提供一个安全可靠的环境，实现了巡检机器人的快速动力源供应，有效解决巡检机器人安全续航方面的问题，显著提升了井下巡检机器人智能化装备的有效工作时间和使用效能，为井下巡检机器人充电提供可靠的技术方案，同时为其他智能化机器人井下安全充电提供借鉴。
[0067]
一并参照图3，图3为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第一状态示意图，巡检机器人进行电源模块的状态检测，当电源模块的电量低于设定值时，巡检机器人到达充电位置。
[0068]
一并参照图4，图4为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第二状态示意图，巡检机器人内可以设置距离测量传感器，距离测量传感器与控制模块通信，距离测量传感器
用于检测巡检机器人到换电装置的距离，并将距离信息反馈至控制模块，控制模块在根据距离信息判定巡检机器人驶入预设清扫位的情况下，控制吹扫模块开启，由吹扫模块对巡检机器人进行除尘工作，尽可能的保证巡检机器人的洁净性，减少巡检机器人将煤尘等污渍带入正压腔内。
[0069]
步骤202，响应于吹扫模块返回的吹扫完成的信息，控制第一正压腔门打开。
[0070]
一并参照图5，图5为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第三状态示意图，当吹扫模块对巡检机器人吹扫完成后，会向控制模块反馈吹扫完成的信息，控制模块响应于吹扫模块返回的吹扫完成的信息，控制第一正压腔门打开，等待巡检机器人驶入第一正压腔内。
[0071]
步骤203，在巡检机器人驶入第一正压腔的情况下，控制第一正压腔门关闭，并根据第一甲烷浓度传感器和第一压力传感器的第一检测结果控制第一进气阀和第一出气阀，以将第一正压腔内的气体置换为保护气体。
[0072]
一并参见图6，图6为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第四状态示意图，在巡检机器人驶入第一正压腔的情况下，控制第一正压腔门关闭，并根据第一甲烷浓度传感器和第一压力传感器的第一检测结果对第一进气阀和第一出气阀进行伺服控制，以将第一正压腔内的气体置换为保护气体。
[0073]
具体地，根据第一甲烷浓度传感器和第一压力传感器的第一检测结果控制第一进气阀和第一出气阀，可以包括以下步骤：控制第一进气阀和第一出气阀打开；获取第一检测结果；在第一检测结果达到预设条件的情况下，控制第一进气阀和第一出气阀关闭。
[0074]
其中，第一检测结果包括第一浓度和第一压力，预设条件为第一浓度小于0.1％，第一压力为高于外界大气压50pa至100pa。
[0075]
应当理解的是，第一正压腔上可以设置第一进气口和第一出气口，第一进气阀设置于第一进气口处，第一进气口通过煤矿井下通风管道接入保护气体，第一出气阀设置于第一出气口处，第一出气口通过出气管与回风巷相连，在巡检机器人驶入第一正压腔的情况下，同时控制第一进气阀和第一出气阀打开，可以将第一正压腔内的原有气体置换为保护气体，该保护气体可以是纯净空气、惰性气体等气体。
[0076]
通过根据第一检测结果对第一进气阀和第一出气阀进行伺服控制，可以保障第一正压腔内的压力始终高于外界大气压50pa至100pa，第一正压腔内的甲烷浓度始终低于0.1％。
[0077]
为了保障安全，在第一浓度大于0.1％或第一压力高于外界大气压100pa的情况下，控制煤矿井下巡检机器人的换电装置停机。
[0078]
一并参照图1，在一个实施例中，换电装置还可以包括：第二进气阀24、第二出气阀25、第二甲烷浓度传感器26和第二压力传感器27，第二进气阀24、第二出气阀25、第二甲烷浓度传感器26和第二压力传感器27均设置于第二正压腔13，换电方法还可以包括以下步骤：在巡检机器人第一次驶入第一正压腔的情况下，根据第二甲烷浓度传感器和第二压力传感器的第二检测结果控制第二进气阀和第二出气阀，以将第二正压腔内的气体置换为保护气体。
[0079]
其中，根据第二甲烷浓度传感器和第二压力传感器的第二检测结果控制第二进气阀和第二出气阀，包括：控制第二进气阀和第二出气阀打开；获取第二检测结果；在第二检
测结果达到预设条件的情况下，控制第二进气阀和第二出气阀关闭。
[0080]
应当理解的是，第二正压腔上设置有第二进气口和第二出气口，第二进气阀设置于第二进气口处，第二进气口通过煤矿井下通风管道接入保护气体，第二出气阀设置于第二出气口处，第二出气口通过出气管与回风巷相连，在巡检机器人驶入第一正压腔的情况下，同时控制第二进气阀和第二出气阀打开，可以将第二正压腔内的原有气体置换为保护气体，该保护气体可以是纯净空气、惰性气体等气体。
[0081]
需要说明的是，第二正压腔中的气体置换仅在巡检机器人第一次驶入第一正压腔的情况下进行，因为气体置换需要经历较长的时间，并且在之后使用过程中，第二正压腔不与外界危险气体直接接触，故一般不再需要经历完整的气体置换过程。气体置换完成后，第一正压腔和第二正压腔都需根据各自压力传感器和甲烷浓度传感器的检测结果，对进气电磁阀进行伺服控制，解决了换电装置密封不严造成的漏气问题，使第一正压腔内和第二正压腔内的压力始终高于外界大气压50pa～100pa，甲烷浓度始终低于0.1％。
[0082]
通过第一正压腔在巡检机器人每次驶入都进行气体置换，第二正压腔仅在巡检机器人第一次驶入时进行气体置换，减少了洗气容积，从而减少了气体置换时间，在保障换电安全的情况下有效减少换电时间。
[0083]
步骤204，在气体置换完成的情况下，控制第二正压腔门打开，以使换电模块将巡检机器人的电源模块转移至无线充电发射模块充电。
[0084]
一并参见图7，图7为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第五状态示意图，控制模块可以根据甲烷浓度传感器和压力传感器检测得到的检测结果是否满足预设条件，或者根据出气电磁阀和进气电磁阀是否关闭，确定气体置换是否完成。在气体置换完成后，控制第二正压腔门打开，换电模块开始工作。
[0085]
在具体实现中，电源模块除其必备的动力供应，还应具备无线充电功能、可靠机械或电气锁紧结构以及应具有快换结构设计，以实现换电模块对电源模块的快速安装与卸取。
[0086]
换电模块可以为机械臂或码垛机器人，以换电模块是机械臂为例，在机械臂上设置有视觉相机，无线充电发射模块和电源模块上设置有用于视觉相机进行视觉识别的标识点，如此可以实现机械臂对电源模块的精确卸取、安装、转移和充电。
[0087]
一并参见图8，图8为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第六状态示意图，第二正压腔内设置有两个无线充电发射模块，其中一个无线充电发射模块上放置有满充储备电源，另一个无线充电发射模块用于放置从巡检机器人上取下的电源模块。换电机械臂将巡检机器人上的电源模块取下并转移至无线充电发射模块，无线充电发射模块接收电源模块发送的信息，并在该信息满足条件后开始充电过程，在充电过程中实现对位保护、过热保护、异物保护等。
[0088]
步骤205，在换电模块将满充储备电源转移至巡检机器人的情况下，控制第二正压腔门关闭，以及第一正压腔门打开。
[0089]
一并参见图9至10，图9和图10分别为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第七状态和第八状态示意图，在充电完成后，机械臂抓取满充储备电源并安装在巡检机器人上，此时将第二正压腔门关闭，以及第一正压腔门打开，等待巡检机器人驶出第一正压腔。
[0090]
步骤206，在巡检机器人驶出第一正压腔的情况下，控制第一正压腔门关闭。
[0091]
一并参见图11至12，图11和图12分别为图1中煤矿井下巡检机器人的换电装置的第九状态和第十状态示意图，第一正压腔门打开后，巡检机器人驶出第一正压腔，第一正压腔门关闭，巡检机器人完成换电过程，通过上述方案整个换电流程(包含气体置换时间)不超过10分钟。
[0092]
一并参见图1，在一个实施例中，换电装置还可以包括：灭火模块28，换电方法还包括：响应于电源模块发送的热失控信息，控制无线充电模块停止充电，并控制灭火模块开启。
[0093]
其中，灭火模块中有灭火材料，灭火材料可以是全弗己酮等材料。
[0094]
可以理解的是，如果充电过程中，在无线充电发射模块的充电线圈和受电线圈中间存在煤尘，则可能引发电源模块的电池管理系统报热失控信息，从而导致系统关机断电，甚至引发危险，当电源模块反馈电源有热失控风险时，充电停止，并开启灭火模块，可以有效降低在充电过程中由于电源模块热失控带来的安全风险。
[0095]
本实施例通过吹扫模块、第一正压腔、第二正压腔和控制模块的设计，可以有效保障电源模块所在的充电环境的洁净度，使电源模块上附着的煤尘在进入无线充电发射模块前被处理干净，避免了无线充电发射模块失效，实现了巡检机器人在煤矿井下的换电和自动充电。
[0096]
应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0097]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种控制模块。图13为一个实施例中控制模块的内部结构图，如图13所示，控制模块包括一个或多个存储器1304、一个或多个处理器1302及存储在存储器1304上并可在处理器1302上运行的至少一条计算机程序(程序代码)，处理器1302执行计算机程序时实现如前的煤矿井下巡检机器人的换电方法。
[0098]
其中，在图13中，总线架构(用总线1300来代表)，总线1300可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线1300将包括由处理器1302代表的一个或多个处理器和存储器1304代表的存储器的各种电路链接在一起。总线1300还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其它电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口1305在总线1300和接收器1301和发送器1303之间提供接口。接收器1301和发送器1303可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其它装置通信的单元。处理器1302负责管理总线1300和通常的处理，而存储器1304可以被用于存储处理器1302在执行操作时所使用的数据。
[0099]
本领域技术人员可以理解，图13中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的控制模块的限定，具体的控制模块可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0100]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种煤矿井下巡检机器人的换电装
置，如图1所示，煤矿井下巡检机器人的换电装置包括：壳体10、第一正压腔11、第一正压腔门12、第二正压腔13、第二正压腔门14、第一进气阀15、第一出气阀16、第一甲烷浓度传感器17、第一压力传感器18、换电模块19、无线充电发射模块20、满充储备电源21、第二进气阀24、第二出气阀25、第二甲烷浓度传感器26、第二压力传感器27、吹扫模块22和上述的控制模块23，其中，吹扫模块22，在壳体10外且靠近第一正压腔门12的一侧设置；第一正压腔门12设置于壳体10上，第一正压腔11和第二正压腔13通过第二正压腔门14隔开，第一正压腔11内设置有第一进气阀15、第一出气阀16、第一甲烷浓度传感器17、第一压力传感器18和换电模块19；第二正压腔13内设置有第二进气阀24、第二出气阀25、第二甲烷浓度传感器26、第二压力传感器27、无线充电发射模块20和满充储备电源21。
[0101]
其中，第一进气阀15和第一出气阀16用于对第一正压腔11内的气体进行置换，换电模块19用于对巡检机器人的电源模块进行卸取和安装，第二进气阀24和第二出气阀25用于对第二正压腔13内的气体进行置换，无线充电发射模块20用于对电源模块进行无线充电，以及放置满充储备电源21。
[0102]
控制模块23分别与第一正压腔门12、第二正压腔门14、第一进气阀15、第一出气阀16、第二进气阀24、第二出气阀25、第一甲烷浓度传感器17、第一压力传感器18、第二甲烷浓度传感器26、第二压力传感器27、无线充电发射模块20和吹扫模块22连接，并进行相应的信息通讯和控制。
[0103]
其中，第一正压腔11上设置有第一进气口(未标示)和第一出气口(未标示)，第一进气阀15设置于第一进气口处，第一进气口通过煤矿井下通风管道接入保护气体，第一出气阀16设置于第一出气口处，第一出气口通过出气管与回风巷(图未示)相连。
[0104]
第二正压腔13上设置有第二进气口(未标示)和第二出气口(未标示)，第二进气阀24设置于第二进气口处，第二进气口通过煤矿井下通风管道接入保护气体，第二出气阀25设置于第二出气口处，第二出气口通过出气管与回风巷(图未示)相连。
[0105]
其中，第一进气口和第二进气口可以通过煤矿井下通风管道与煤矿通风系统相连，由煤矿通风系统提供保护气体，当然，第一进气口和第二进气口也可以通过煤矿井下通风管道与其它设备相连，由其它设备提供保护气体，本实施例对此不加以限制。
[0106]
第一甲烷浓度传感器17、第一压力传感器18、第二甲烷浓度传感器26和第二压力传感器27的数量可以为多个，以实现压力和甲烷浓度的精确检测。
[0107]
换电模块19为机械臂或码垛机器人，在换电模块19为机械臂时，机械臂上设置有视觉相机，无线充电发射模块20和电源模块上均设置有用于视觉相机进行视觉识别的标识点，以实现电源模块与无线充电发射模块20的精准对位。
[0108]
在一个实施例中，换电装置还包括：灭火模块28，设置于第二正压腔13内，灭火模块28与控制模块23连接。
[0109]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种煤矿井下巡检机器人的换电系统，如图14所示，换电系统包括：巡检机器人30，内置有电源模块29；以及上述的煤矿井下巡检机器人的换电装置。
[0110]
应当理解的是，为了方便电源模块29的快速卸取和安装，电源模块29上可以设置锁紧结构和快换结构。
[0111]
在一个实施例中，巡检机器人30中还可以设置距离测量传感器31，距离测量传感
器31与控制模块26通信，如此控制模块26可以根据距离测量传感器31返回的信息确定巡检机器人30与换电装置的距离。
[0112]
基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0113]
在巡检机器人驶入预设清扫位的情况下，控制吹扫模块对巡检机器人进行吹扫；
[0114]
响应于吹扫模块返回的吹扫完成的信息，控制第一正压腔门打开；
[0115]
在巡检机器人驶入第一正压腔的情况下，控制第一正压腔门关闭，并根据第一甲烷浓度传感器和第一压力传感器的第一检测结果控制第一进气阀和第一出气阀，以将第一正压腔内的气体置换为保护气体；
[0116]
在气体置换完成的情况下，控制第二正压腔门打开，以使换电模块将巡检机器人的电源模块转移至无线充电发射模块充电；
[0117]
在换电模块将充电完成的电源模块转移至巡检机器人的情况下，控制第二正压腔门关闭，以及第一正压腔门打开；
[0118]
在巡检机器人驶出第一正压腔的情况下，控制第一正压腔门关闭。
[0119]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
[0120]
控制第一进气阀和第一出气阀打开；获取第一检测结果；在第一检测结果达到预设条件的情况下，控制第一进气阀和第一出气阀关闭。
[0121]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
[0122]
在第一浓度大于0.1％或第一压力高于外界大气压100pa的情况下，控制煤矿井下巡检机器人的换电装置停机。
[0123]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
[0124]
在巡检机器人第一次驶入第一正压腔的情况下，根据第二甲烷浓度传感器和第二压力传感器的第二检测结果控制第二进气阀和第二出气阀，以将第二正压腔内的气体置换为保护气体。
[0125]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
[0126]
控制第二进气阀和第二出气阀打开；获取第二检测结果；在第二检测结果达到预设条件的情况下，控制第二进气阀和第二出气阀关闭。
[0127]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
[0128]
响应于电源模块发送的热失控信息，控制无线充电模块停止充电，并控制灭火模块开启。
[0129]
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本技术及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0130]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为
一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0131]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0132]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0133]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种煤矿井下巡检机器人的换电方法，其特征在于，应用于煤矿井下巡检机器人的换电装置，所述换电装置包括：第一正压腔、第一正压腔门、第二正压腔、第二正压腔门、第一进气阀、第一出气阀、第一甲烷浓度传感器、第一压力传感器、换电模块、无线充电发射模块、满充储备电源、吹扫模块和控制模块，所述第一进气阀、第一出气阀、第一甲烷浓度传感器、第一压力传感器、换电模块均设置于所述第一正压腔内，所述无线充电发射模块和所述满充储备电源均设置于所述第二正压腔内，所述换电方法包括：所述控制模块在巡检机器人驶入预设清扫位的情况下，控制所述吹扫模块对所述巡检机器人进行吹扫；响应于所述吹扫模块返回的吹扫完成的信息，控制所述第一正压腔门打开；在所述巡检机器人驶入所述第一正压腔的情况下，控制所述第一正压腔门关闭，并根据所述第一甲烷浓度传感器和所述第一压力传感器的第一检测结果控制所述第一进气阀和所述第一出气阀，以将所述第一正压腔内的气体置换为保护气体；在气体置换完成的情况下，控制所述第二正压腔门打开，以使所述换电模块将所述巡检机器人的电源模块转移至所述无线充电发射模块充电；在所述换电模块将所述满充储备电源转移至所述巡检机器人的情况下，控制所述第二正压腔门关闭，以及所述第一正压腔门打开；在所述巡检机器人驶出所述第一正压腔的情况下，控制所述第一正压腔门关闭。2.根据权利要求1所述的煤矿井下巡检机器人的换电方法，其特征在于，所述根据所述第一甲烷浓度传感器和所述第一压力传感器的第一检测结果控制所述第一进气阀和所述第一出气阀，包括：控制所述第一进气阀和所述第一出气阀打开；获取所述第一检测结果；在所述第一检测结果达到预设条件的情况下，控制所述第一进气阀和所述第一出气阀关闭。3.根据权利要求2所述的煤矿井下巡检机器人的换电方法，其特征在于，所述第一检测结果包括第一浓度和第一压力，所述预设条件为所述第一浓度小于0.1％，所述第一压力为高于外界大气压50pa至100pa。4.根据权利要求3所述的煤矿井下巡检机器人的换电方法，其特征在于，所述换电方法还包括：在所述第一浓度大于0.1％或所述第一压力高于外界大气压100pa的情况下，控制所述煤矿井下巡检机器人的换电装置停机。5.根据权利要求1所述的煤矿井下巡检机器人的换电方法，其特征在于，所述换电装置还包括：均设置于所述第二正压腔内的第二进气阀、第二出气阀、第二甲烷浓度传感器和第二压力传感器，所述换电方法还包括：在所述巡检机器人第一次驶入所述第一正压腔的情况下，根据所述第二甲烷浓度传感器和所述第二压力传感器的第二检测结果控制所述第二进气阀和所述第二出气阀，以将所述第二正压腔内的气体置换为保护气体。6.根据权利要求5所述的煤矿井下巡检机器人的换电方法，其特征在于，所述根据所述第二甲烷浓度传感器和所述第二压力传感器的第二检测结果控制所述第二进气阀和所述
第二出气阀，包括：控制所述第二进气阀和所述第二出气阀打开；获取所述第二检测结果；在所述第二检测结果达到预设条件的情况下，控制所述第二进气阀和所述第二出气阀关闭。7.根据权利要求5所述的煤矿井下巡检机器人的换电方法，其特征在于，所述换电装置还包括：灭火模块，所述换电方法还包括：响应于所述电源模块发送的热失控信息，控制所述无线充电模块停止充电，并控制所述灭火模块开启。8.一种控制模块，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。9.一种煤矿井下巡检机器人的换电装置，其特征在于，所述换电装置包括：壳体、第一正压腔、第一正压腔门、第二正压腔、第二正压腔门、第一进气阀、第一出气阀、第一甲烷浓度传感器、第一压力传感器、换电模块、无线充电发射模块、满充储备电源、第二进气阀、第二出气阀、第二甲烷浓度传感器、第二压力传感器、吹扫模块和根据权利要求8所述的控制模块，其中，所述吹扫模块，在所述壳体外且靠近所述第一正压腔门的一侧设置；所述第一正压腔门设置于所述壳体上，所述第一正压腔和所述第二正压腔通过所述第二正压腔门隔开，所述第一正压腔内设置有所述第一进气阀、所述第一出气阀、所述第一甲烷浓度传感器、所述第一压力传感器和所述换电模块；所述第二正压腔内设置有所述第二进气阀、所述第二出气阀、所述第二甲烷浓度传感器、所述第二压力传感器、所述无线充电发射模块和所述满充储备电源。10.一种煤矿井下巡检机器人的换电系统，其特征在于，所述换电系统包括：巡检机器人，内置有电源模块；以及根据权利要求9所述的煤矿井下巡检机器人的换电装置。

技术总结
本申请公开了一种煤矿井下巡检机器人的换电方法、装置、系统及控制模块，该换电方法包括：控制模块在巡检机器人驶入预设清扫位的情况下，控制吹扫模块开启；在吹扫完成后控制第一正压腔门打开；在巡检机器人驶入第一正压腔的情况下，控制第一正压腔门关闭，并根据第一甲烷浓度传感器和第一压力传感器的第一检测结果控制第一进气阀和第一出气阀；在气体置换完成后，控制第二正压腔门打开；在换电模块将满充储备电源转移至巡检机器人后，控制第二正压腔门关闭，以及第一正压腔门打开；在巡检机器人驶出第一正压腔后，控制第一正压腔门关闭，通过上述方案保障了电源模块所在的充电环境的洁净度，实现了巡检机器人在煤矿井下的换电和自动充电。电和自动充电。电和自动充电。


技术研发人员：郭子文 孟积渐 徐建文 李子涵 张勇 林俊 赵英 苏珂嘉
受保护的技术使用者：安标国家矿用产品安全标志中心有限公司
技术研发日：2023.03.08
技术公布日：2023/7/4