基於無線網絡的礦井自主智能探測多機器人無線通訊系統的製作方法

2023-09-24 05:02:55

專利名稱：基於無線網絡的礦井自主智能探測多機器人無線通訊系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種由多個具有防爆能力的礦井自主移動智慧機器人組成的無線移 動通訊網絡系統，特別是公開一種基於無線網絡的礦井自主智能探測多機器人無線通訊系 統，解決煤礦災難發生後，礦井探測機器人的長距離通訊問題，屬於礦井探測機器人技術領 域。
背景技術：
煤礦作為高危行業之一，安全生產始終是頭等大事，歷來是國家關注的重點，據不 完全統計2006年初至2009年底，國內煤礦發生近千起礦難，導致大量礦工死亡。在煤礦事 故救援工作中，礦井自主智能探測機器人用於掌握事故現場第一手信息和資料，提高救援 效率，最大限度的減少傷亡和損失。當礦井自主智能探測機器人為探測環境信息超過某種 極限時，救援隊員就不能進入此環境中實施救援，以免引起二次爆炸，避免導致救援隊員的 傷亡。但是礦井巷道是一個特殊的環境，無線通訊信號容易被礦井巷道吸收。目前在礦井 正常工作情況下，主要安裝固定的無線通訊基站，拓展無線通訊的距離。但是煤礦出現瓦斯 或煤塵爆炸等災難之後，井下的電源全部切斷，無線基站無法正常工作。而當礦難發生時， 救援隊員無法進入巷道布置應急的無線通訊基站，因為環境信息不清楚，有很多大的危險， 需要礦井機器人先進入巷道進行探測，而礦井探測機器人要長距離深入礦井巷道探測，如 果採用無線通訊方式，必須要有無線基站。為了解決這個問題，目前已有專利CN201179899，CN101643096,CN201305046, CN201516604U都採用有線通訊方式，拓展機器人的通訊距離，但是在煤礦災難後，環境地 形非常複雜，拖線的礦井探測機器人無法在爆炸巷道下使用。

發明內容
本發明的目的是解決煤礦災難發生後，礦井探測機器人的長距離通訊問題，公開 一種基於無線網絡的礦井自主智能探測多機器人無線通訊系統，是一組由移動礦井探測機 器人組成的智能移動無線通訊網絡，為礦難救援提供有效保障。本發明是這樣實現的無線通訊系統由多個機器人和無線遙控智能終端組成，系 統最大擁有255個機器人，各機器人具有無線通訊模塊、智能通訊協調模塊、運動機構和自 主導航模塊，各機器人通過無線網絡進行通訊連接，組成自主移動的、柔性的通訊網，幫助 救援隊員探測到礦井巷道遠距離的環境信息；無線通訊模塊既作為路由器，也作為通訊終 端；礦井探測機器人通過自主導航模塊在礦井巷道中自主運行；無線通訊模塊接收來自無 線通訊系統的環境信息和圖像信息，並轉發給下個礦井探測機器人的無線通訊模塊，無線 通訊模塊將接收的運動信息轉發給智能通訊協調模塊；相鄰的兩個礦井探測機器人之間的 距離通過智能通訊協調模塊來確定，智能通訊協調模塊解析運動信息，發送給自主導航模 塊，作為自主導航模塊的期望速度，確保礦井探測機器人之間的距離保證同步協調，保證相 鄰的兩個礦井探測機器人的通信可靠、有效；自主導航模塊根據巷道情況，自主規劃在巷道中的行走路徑，最後將規劃的運動信息傳遞給運動機構。所述的各個機器人之間的距離是動態的，通過自主移動，保證各個礦井探測機器 人之間的距離在一個合理的範圍，以保證通訊的有效性，其調節是按照下面方式進行的第 2個礦井探測機器人根據收到的第1個礦井探測機器人的運動信息自主運行，並檢測與第 1個礦井探測機器人的通訊距離，當通訊距離太大時，第2個礦井探測機器人將以加速的方 式自主運行，縮短與第1個礦井探測機器人之間的距離；第3個礦井探測機器人根據收到的 第2個礦井探測機器人的運動信息自主運行，並檢測與第2個礦井探測機器人的通訊距離， 當通訊距離太大時，第3個礦井探測機器人將以加速的方式自主運行，縮短與第2個礦井探 測機器人之間的距離；其他的機器人也是以此類推。所述的智能通訊協調模塊是這樣工作的第1個礦井探測機器人進入巷道，將自 己的運動信息發送給第2個礦井探測機器人，第2個礦井探測機器人收到第1個礦井探測 機器人的運動信息，然後將運動信息發送給自主導航模塊，檢測與第1個礦井探測機器人 的通訊距離，當通訊距離大於某一設定值時，將發送加速信息給第2個礦井探測機器人；其 它的機器人都以同樣的方式進行相互間距離的協調。在礦井井下本發明無線通訊系統是一個自主智能移動的無線通訊網絡，對於遠程 無線遙控智能終端來說，就像操作一臺礦井探測機器人。無線通訊網絡中，礦井探測機器人之間的距離是通過下面的方式進行協調的在 開始情況下，救援隊員讓其中的第1個礦井探測機器人(即1號機器人)進入礦井巷道，通 過無線遙控智能終端可以實時監測到礦井巷道的環境信息如瓦斯、溫度等。當進入巷道的 距離增加時，智能通訊協調模塊監測到通訊距離太大，導致通訊帶寬降低，通訊不可靠時， 救援隊員將派第2個礦井探測機器人(即2號機器人)進入巷道。第2個礦井探測機器人 作為第1個礦井探測機器人的路由器，當第1個礦井探測機器人繼續進入巷道時，它將運動 信息發送給第2個礦井探測機器人，第2個礦井探測機器人根據收到的第1個礦井探測機 器人的運動信息自主運行。其它的礦井探測機器人也以同樣的方式進行工作。在礦井探測 機器人中，無需救援隊員的實時遙控，是自主實現的。對於遠程的救援隊員來說，通過無線 遙控智能終端能監控到遠距離巷道的環境信息，以判斷人員能否進入巷道實施救援。本發明的有益效果是本發明無線通訊系統是動態移動的，是一個實時、遠距離、 自主移動的智能無線網絡，能自主根據巷道的實際情況，自動調節各個路由器之間的距離， 無需救援隊員事先布網，也無需外部的電源供電。本發明系統主要用於礦井災難的應急場 合，可應用於任何複雜的礦井巷道的無線通訊。


圖1是本發明系統示意圖；圖2是本發明系統的自主智能礦井探測機器人框架示意圖；圖3是本發明系統的智能通訊協調模塊的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖用實施例來對本發明的具體實施方式
作出進一步的詳細說明。根據附圖1，本發明基於無線網絡的礦井自主智能探測多機器人無線通訊系統示
4意圖，無線通訊系統由第1個礦井探測機器人1、第2個礦井探測機器人2、第3個礦井探測 機器人3、第4個礦井探測機器人4……以及無線遙控智能終端9等組成，移動智能無線網絡 系統最大可以達到255個礦井探測機器人。在本無線通訊系統中，每個礦井探測機器人都 是自主移動的，第1個礦井探測機器人1與第2個礦井探測機器人2之間的距離S1 5 ；第2 個礦井探測機器人2與第3個礦井探測機器人3之間的距離S26 ；第3個礦井探測機器人3 與第4個礦井探測機器人4之間的距離S3 7……第254個礦井探測機器人254與第255個 礦井探測機器人255之間的距離S254 8，通過礦井探測機器人的自主移動，保證各個礦井探 測機器人之間的距離S1 5、S2 6、S3 7……S254 8在一個合理的範圍，以保證通訊的有效性。 例如第1個礦井探測機器人1將運動信息發送給第2個礦井探測機器人2，當第1個礦井 探測機器人1與第2個礦井探測機器人2之間的距離S1 5大於某一個距離，通訊不可靠、不 穩定時，第2個礦井探測機器人2將以大於第1個礦井探測機器人1的速度運行，縮短第1 個礦井探測機器人1與第2個礦井探測機器人2之間的距離S1 5，以保證可靠的通訊。無 線通訊系統的其它礦井探測機器人也以同樣的方式工作。根據附圖2，是本發明系統的自主智能礦井探測機器人框架示意圖，機器人主要包 括無線通訊模塊11，智能通訊協調模塊12，運動機構13，自主導航模塊14。無線通訊模塊 11既可以作為路由器，也可以作為通訊終端。礦井探測機器人通過自主導航模塊14在礦井 巷道中自主運行。智能通訊協調模塊12，確保礦井探測機器人之間的距離保證同步協調，即 相鄰的兩個礦井探測機器人之間的距離是通過智能通訊協調模塊12來確定的，其目的是 保證相鄰的兩個礦井探測機器人的通信可靠、有效。無線通訊模塊11接收來自無線通訊系 統的信息，如果是環境信息和圖像信息，無線通訊模塊11將轉發給下個礦井探測機器人的 無線通訊模塊11 ；如果是運動信息，無線通訊模塊將轉發給智能通訊協調模塊12。智能通 訊協調模塊解析運動信息，發送給自主導航模塊14，最為自主導航模塊14的期望速度。自 主導航模塊根據巷道情況，自主規劃在巷道中的行走路徑，最後將規劃的運動信息給運動 機構13。根據附圖3，本發明系統的智能通訊協調模塊的流程圖，第1個礦井探測機器人1 進入巷道，發送自己的運動信息給第2個礦井探測機器人2，延遲一定時間，再發送自己的 運動信息給第2個礦井探測機器人，如此循環。也就是說，第1個礦井探測機器人1以一定 的頻率發送運動信息給第2個礦井探測機器人。第2個礦井探測機器人收到第1個礦井探 測機器人的運動信息，然後將運動信息發送給自主導航模塊，檢測與第1個礦井探測機器 人的通訊距離，當通訊距離大於某一設定值時，將發送加速信息給自主導航模塊。其它的礦 井探測機器人都以同樣的方式進行協調。礦井自主智能探測機器人無線通訊系統實際的工作流程是1、第1個礦井探測機器人進入礦井巷道實施探測任務，並將環境信息發送到無線 遙控智能終端。當無線遙控智能終端顯示通訊距離不可靠時，救援隊員讓第2個礦井探測 機器人進入巷道工作。2、第2個礦井探測機器人根據收到的第1個礦井探測機器人的運動信息自主運 行，並檢測與第1個礦井探測機器人的通訊距離，當通訊距離太大時，第2個礦井探測機器 人將以加速的方式自主運行。3、當無線遙控智能終端顯示通訊距離不可靠時，救援隊員將第3個礦井探測機器人進入巷道工作。第3個礦井探測機器人根據收到的第2個礦井探測機器人的運動信息自 主運行，並檢測與第2個礦井探測機器人的通訊距離，當通訊距離太大時，第3個礦井探測 機器人將以加速的方式自主運行。4、根據實際要探測的巷道情況，救援隊員派出數量不同的機器人進入巷道，組成 無線通訊系統。5、由這些礦井探測機器人組成的無線通訊系統，救援隊員能夠探測到巷道遠距離 的環境信息。本發明無線通訊系統是智能移動通訊系統，能適應不同的巷道情況。當環境通訊 質量比較差時，礦井探測機器人將自動調整各個機器人之間的距離，以保證通訊的可靠性， 因此本無線通訊系統也是柔性的。
權利要求
一種基於無線網絡的礦井自主智能探測多機器人無線通訊系統，其特徵在於無線通訊系統由多個機器人和無線遙控智能終端組成，系統最大擁有255個機器人，各機器人具有無線通訊模塊、智能通訊協調模塊、運動機構和自主導航模塊，各機器人通過無線網絡進行通訊連接，組成自主移動的、柔性的通訊網，幫助救援隊員探測到礦井巷道遠距離的環境信息；無線通訊模塊既作為路由器，也作為通訊終端；礦井探測機器人通過自主導航模塊在礦井巷道中自主運行；無線通訊模塊接收來自無線通訊系統的環境信息和圖像信息，並轉發給下個礦井探測機器人的無線通訊模塊，無線通訊模塊將接收的運動信息轉發給智能通訊協調模塊；相鄰的兩個礦井探測機器人之間的距離通過智能通訊協調模塊來確定，智能通訊協調模塊解析運動信息，發送給自主導航模塊，作為自主導航模塊的期望速度，確保礦井探測機器人之間的距離保證同步協調，保證相鄰的兩個礦井探測機器人的通信可靠、有效；自主導航模塊根據巷道情況，自主規劃在巷道中的行走路徑，最後將規劃的運動信息傳遞給運動機構。
2.根據權利要求1所述的基於無線網絡的礦井自主智能探測多機器人無線通訊系統， 其特徵在於所述的各個機器人之間的距離是動態的，通過自主移動，保證各個礦井探測機 器人之間的距離在一個合理的範圍，以保證通訊的有效性，其調節是按照下面方式進行的 第2個礦井探測機器人根據收到的第1個礦井探測機器人的運動信息自主運行，並檢測與 第1個礦井探測機器人的通訊距離，當通訊距離太大時，第2個礦井探測機器人將以加速的 方式自主運行，縮短與第1個礦井探測機器人之間的距離；第3個礦井探測機器人根據收到 的第2個礦井探測機器人的運動信息自主運行，並檢測與第2個礦井探測機器人的通訊距 離，當通訊距離太大時，第3個礦井探測機器人將以加速的方式自主運行，縮短與第2個礦 井探測機器人之間的距離；其他的機器人也是以此類推。
3.根據權利要求1所述的基於無線網絡的礦井自主智能探測多機器人無線通訊系統， 其特徵在於所述的智能通訊協調模塊是這樣工作的第1個礦井探測機器人進入巷道，將 自己的運動信息發送給第2個礦井探測機器人，第2個礦井探測機器人收到第1個礦井探 測機器人的運動信息，然後將運動信息發送給自主導航模塊，檢測與第1個礦井探測機器 人的通訊距離，當通訊距離大於某一設定值時，將發送加速信息給第2個礦井探測機器人； 其它的機器人都以同樣的方式進行相互間距離的協調。全文摘要
本發明為一種基於無線網絡的礦井自主智能探測多機器人無線通訊系統，其特徵在於無線通訊系統由多個機器人和無線遙控智能終端組成，系統最大擁有255個機器人，各機器人具有無線通訊模塊、智能通訊協調模塊、運動機構和自主導航模塊，通過無線網絡進行通訊連接，組成自主移動的、柔性的通訊網。無線通訊模塊既作為路由器，也作為通訊終端；無線通訊模塊接收來自無線通訊系統的環境信息和圖像信息，並轉發給下個礦井探測機器人的無線通訊模塊，無線通訊模塊還將接收的運動信息轉發給智能通訊協調模塊；智能通訊協調模塊解析運動信息，發送給自主導航模塊；自主導航模塊根據巷道情況，規划行走路徑，並將規劃的運動信息傳遞給運動機構。
文檔編號H04W84/18GK101917776SQ20101023743
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月27日 優先權日2010年7月27日
發明者周勇, 楊伯群, 王宣, 蔣金鵬, 邱平平, 陳琳 申請人:上海中為智慧機器人有限公司