[0001] 本实用新型属于煤矿机器人管控技术领域，具体涉及一种面向煤矿机器人集群的综合管控平台。

[0002] 在电力、化工、运输、制造等产业已成熟应用的各类机器人及相关技术也逐渐在煤炭工业领域得以应用，例如电力园区巡检机器人、车间巡检机器人、化工安防机器人、生产
线工业机器人等，均在煤矿地面或井下承担着部分安全辅助作业任务。如针对矿井主运输
系统的巡检作业，一些煤矿采用轨道式巡检机器人、轮式巡检机器人代替作业人员完成日
常的皮带运输系统巡检作业；在井下固定场所如水泵房、变电所等，巡检机器人代替人工完
成仪器仪表的数据读取、设备状态监测、环境监测等任务。此外，在矿井地面，有的煤矿使用
安防巡逻机器人对厂区危险源进行检测，在地面厂房如变电所、物资车间等，也应用巡检机
器人、AGV来完成相应作业。

[0003] 由于越来越多的机器人产品在煤矿应用，而针对这些机器人的管控均是通过各厂家独立配套的上位机程序来实现，单独一台机器人配一台上位机程序，且不同机器人管控
程序实现的功能不一，主要包括了机器人设备本体状态监测、机器人设备远程控制、机器人
外部传感器监测、视频图像采集和搭配智能算法的应用(如人脸识别、图像识别等)。

[0004] 由于各厂家均有独立的产品及配套管控软件，在统一平台下对机器人集群进行综合管控具有多方面难度。

[0005] 现有的综合自动化系统存在以下问题：

[0006] 1、综合自动化系统未解决各系统间协同能力弱、信息融合差、相互联动少的现状；各类智能装备和机器人对外通信接口不统一、数据协议种类多，多网融合、节点交互方式有
待研究。

[0007] 2、井下机器人多为单一系统，种类较多，无法对机器人集群实行系统地一体化监控，且未能与位置服务、GIS巷道地图信息实现集成，数据无线传输能力偏弱；

[0008] 3、机器人缺少与环境、设备间的信息交互，同类机器人作业接续慢，不同机器人间协同作业能力差，缺少统一调度与管理，造成机器人集群整体作业效率低；

[0009] 4、采用电池供电和需要多机器人协同作业的机器人集群，未能形成有效地充电调度和任务分配策略；

[0010] 5、平台应用层无法实时可靠的对井下机器人进行远程控制，无法有效利用数据模型实现数据驱动下的机器人智能管控。
实用新型内容

[0011] 本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

[0012] 为此，本实用新型提出一种面向煤矿机器人集群的综合管控平台，该面向煤矿机器人集群的综合管控平台具有对煤矿机器人集群进行统一管控的优点。

[0013] 根据本实用新型实施例的面向煤矿机器人集群的综合管控平台，包括：煤矿机器人集群，所述煤矿机器人集群由多个煤矿机器人组成，每个所述煤矿机器人上均安装有一
煤矿机器人数据模块；数据编译模块，所述数据编译模块与所述煤矿机器人数据模块相连，
所述数据编译模块与所述煤矿机器人相连；控制模块，所述控制模块与所述数据编译模块
相连，人机交互模块，所述人机交互模块与所述控制模块相连。

[0014] 根据本实用新型一个实施例，所述煤矿机器人数据模块包括：定位导航装置、内部传感器和通讯模块，所述定位导航装置用于识别所述煤矿机器人的位置信息，所述内部传
感器用于监测所述煤矿机器人的运动信息，所述定位导航装置和所述内部传感器均与所述
通讯模块相连，所述通讯模块与所述数据编译模块相连。

[0015] 根据本实用新型一个实施例，所述煤矿机器人数据模块还包括：工业摄像头和外部传感器，所述工业摄像头用于观察所述煤矿机器人及周边环境，所述外部传感器用于监
测周边环境信息，所述工业摄像头和所述外部传感器均与所述通讯模块相连。

[0016] 根据本实用新型一个实施例，面向煤矿机器人集群的综合管控平台还包括建模模块，所述建模模块与所述控制模块相连，所述建模模块用于构建煤矿机器人虚拟实体和环
境虚拟实体。

[0017] 根据本实用新型一个实施例，所述人机交互模块包括：显示屏和输入装置，所述显示屏和所述输入装置均与所述控制模块相连，所述显示屏用于显示所述煤矿机器人虚拟实
体和所述环境虚拟实体。

[0018] 根据本实用新型一个实施例，所述数据编译模块与所述控制模块之间通过无线网或以太网连接。

[0019] 根据本实用新型一个实施例，所述煤矿机器人与对应的所述煤矿机器人虚拟实体保持同步运动。

[0020] 根据本实用新型一个实施例，所述输入装置为键盘、鼠标、手柄、控制开关、控制旋钮中的一种或多种。

[0021] 根据本实用新型一个实施例，所述通讯模块内设置有滤波单元，所述滤波单元用于滤除噪声数据。

[0022] 本实用新型的有益效果是，本实用新型通过接收煤矿机器人的运动信息和周边环境信息，并将信息映射到煤矿机器人虚拟实体和环境虚拟实体上，使煤矿机器人与对应的
煤矿机器人虚拟实体保持同步运动，从而形成数字孪生体，便于对煤矿机器人集群的各项
信息进行实时展现，可直观地反映矿井中各类煤矿机器人及其所处场景的实时工作环境、
工况状态和设备运行状态，便于进行统一作业调度和远程控制。

[0023] 本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

[0024] 为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

[0027] 下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参
考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的
限制。

[0028] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装
置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型
的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特
征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0029] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地
连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术
语在本实用新型中的具体含义。

[0030] 下面参考附图具体描述本实用新型实施例的面向煤矿机器人集群的综合管控平台。

[0031] 如图1所示，根据本实用新型实施例的面向煤矿机器人集群的综合管控平台，包括：煤矿机器人集群、数据编译模块、控制模块和人机交互模块，煤矿机器人集群由多个煤
矿机器人组成，每个煤矿机器人上均安装有一煤矿机器人数据模块；数据编译模块与煤矿
机器人数据模块相连，数据编译模块与煤矿机器人相连；控制模块与数据编译模块相连，人
机交互模块与控制模块相连。

[0032] 在本实施例中，煤矿机器人集群可以是采煤机器人、掘进机器人、皮带巡检机器人、变电所巡检机器人、安防巡逻机器人等组成。每个煤炭机器人上都有一个控制接口，并
对应有接口函数，将数据编译模块连接在控制接口上，通过调用接口函数实现对煤矿机器
人的通讯和控制。

[0033] 根据本实用新型一个实施例，煤矿机器人数据模块包括：定位导航装置、内部传感器和通讯模块，定位导航装置用于识别煤矿机器人的位置信息，内部传感器用于监测煤矿
机器人的运动信息，定位导航装置和内部传感器均与通讯模块相连，通讯模块与数据编译
模块相连。定位导航装置可以是GPS定位导航或北斗定位导航。内部传感器为设备开闭传感
器、转速传感器、运动传感器等等，例如对于采煤机器人而言，通过设备开闭传感器监测采
煤机器人是否开机，通过定位导航装置监测采煤机器人的采煤路径和采煤位置坐标，通过
转速传感器监测采煤机器人在采煤时钻头的转速，进而推断采煤速度、采煤过程是否受到
阻碍，通过运动传感器监测采煤机器人自身运动状态，便于判定采煤机器人各个机构是否
正常工作。

[0034] 在此基础上，煤矿机器人数据模块还包括：工业摄像头和外部传感器，工业摄像头用于观察煤矿机器人及周边环境，外部传感器用于监测周边环境信息，工业摄像头和外部
传感器均与通讯模块相连。外部传感器为温度传感器、有害气体传感器、风速气压传感器等
等，利用外部传感器可以实时监测煤矿机器人的周边环境信息，当有害气体传感器监测到
有害气体超标时，能够及时发出报警，提醒矿井内人员撤离，而对于皮带输送机器人而言，
在温度过高时，容易引起皮带自燃，温度传感器实时监测可以有效避免险情的发生。

[0035] 根据本实用新型一个实施例，面向煤矿机器人集群的综合管控平台还包括建模模块，建模模块与控制模块相连，建模模块用于构建煤矿机器人虚拟实体和环境虚拟实体。

[0036] 也就是说，建模模块利用3DMAX建模工具对煤矿机器人和周边环境进行建模，形成煤矿机器人虚拟实体和环境虚拟实体，利用Unity3D三维仿真引擎系统进行开发，包括底层
框架设计、流程节点控制、动作节点控制、仿真动画设计。具体地，底层框架设计采用
Unity3D自带的多种设计模型，如观察者设计模型、迭代器设计模式，能够在对象间创建依
赖关系、获取到序列中的所有元素，构建用于数据变化、过滤操作的数据处理通；流程节点
控制，利用PlayMaker插件管理分层逻辑框架中的各状态机；动作节点控制，采用XML配置文
件，实现煤矿机器人虚拟实体的动作效果；仿真动画设计包括编辑动画和动画控制，使煤矿
机器人虚拟实体控制更加稳定，提升动画过渡效果。煤矿机器人虚拟实体，是根据煤矿机器
人的物理实体利用3DMAX建模工具、Unity3D三维引擎实现虚拟映射的。具体地，将所搭建的
三维模型转化为FBX格式导入到Unity3D场景中，对煤矿机器人虚拟实体的各部位制作动
画，结合视角移动、动画效果生成XML配置并添加控制脚本。

[0037] 根据本实用新型一个实施例，人机交互模块包括：显示屏和输入装置，显示屏和输入装置均与控制模块相连，显示屏用于显示煤矿机器人虚拟实体和环境虚拟实体。换言之，
显示屏可以实时显示煤矿机器人虚拟实体和环境虚拟实体的状态，由于煤矿机器人虚拟实
体和环境虚拟实体是现实中煤矿机器人集群的映射，显示屏现实的信息就是矿井中煤矿机
器人实际的工作状态和环境状态。

[0038] 优选地，数据编译模块与控制模块之间通过无线网或以太网连接。

[0039] 根据本实用新型一个实施例，煤矿机器人与对应的煤矿机器人虚拟实体保持同步运动。也就是说，煤矿机器人本身及周围环境的信息会实时传输到控制模块中，并通过煤矿
机器人虚拟实体和环境虚拟实体显现出来，而当控制模块发出控制指令后，煤矿机器人本
身及周围环境的新的信息会再次传输到控制模块中，同时煤矿机器人虚拟实体和环境虚拟
实体会显现出新的信息所对应的状态。

[0040] 根据本实用新型一个实施例，输入装置为键盘、鼠标、手柄、控制开关、控制旋钮中的一种或多种。当然控制模块能够对煤炭机器人集群进行自动管控，也可以由操作人员通
过输入装置进行控制。

[0041] 在此基础上，通讯模块内设置有滤波单元，滤波单元用于滤除噪声数据。滤波单元可以对接收的信息进行滤波处理，从而剔除一些噪声数据，避免噪声数据产生干扰。

[0042] 在工作时，建模模块先构建煤矿机器人和周边环境的三维模型，利用Unity3D三维仿真引擎系统开发出三维运动环境，控制模块接收到煤矿机器人本身的运动信息和周边环
境信息后，使煤矿机器人虚拟实体和环境虚拟实体做出相同的运动。另一方面，显示屏上还
可以显示出每个煤炭机器人的充电调度，优先低电量设备充电，还可以通过配置不同类型
的煤矿机器人相互协调，从而达到生产协同。例如，一个采煤机器人满负载采煤时需要两个
皮带输送机器人将煤炭输送出去，而当内部传感器监测到采煤机器人负载低于一半时，则
可以只调动一个皮带输送机器人配合该采煤机器人工作。

[0043] 本实用新型的有益效果是，本实用新型通过接收煤矿机器人的运动信息和周边环境信息，并将信息映射到煤矿机器人虚拟实体和环境虚拟实体上，使煤矿机器人与对应的
煤矿机器人虚拟实体保持同步运动，从而形成数字孪生体，便于对煤矿机器人集群的各项
信息进行实时展现，可直观地反映矿井中各类煤矿机器人及其所处场景的实时工作环境、
工况状态和设备运行状态，便于进行统一作业调度和远程控制。

[0044] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结
构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术
语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或
者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0045] 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。