煤礦救援用多級機器人系統的製作方法

2023-12-02 02:08:06

專利名稱：煤礦救援用多級機器人系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種煤礦救援用機器人，尤其是涉及一種煤礦救援用多級機器人 系統。
背景技術：
煤炭是我國主要的一次能源，長期以來煤炭在我國一次能源生產的消費構成中一 直佔2/3以上，據中國可持續發展能源戰略研究報告，預計到2050年中國一次能源消費中 煤炭的比重仍然佔50%左右。因而可以斷定，在今後較長時期內煤炭仍將是支撐我國國民 經濟發展的主要能源和基礎產業。但是，眾所周知煤炭的開採又是一個高危行業，煤炭事故 屢見不鮮，我國 尤為突出，以煤炭產量和礦難死亡人數相比較，中國的煤礦百萬噸死亡率是 世界平均水平的100多倍。因此有必要研製一種用於井下發生瓦斯、粉塵爆炸、塌方等事故 後，能夠代替人及時進入事故現場，獲取事故現場場景以及瓦斯、粉塵濃度、溫度、溼度等參 數的具有自主移動、智能控制的煤礦救援機器人系統，利用機器人採集的事故現場信息，及 時、準確地為地面救援人員提供事故現場的第一手資料，既可為有效地進行煤礦應急救援， 減少人員傷亡和財產損失提供可靠信息，又可為科學地分析瓦斯爆炸災變時期火災性混合 氣體的蔓延規律、多種災害耦合條件下災害事故的轉化及擴大的條件及因素等方面的研究 提供原始數據。現如今，國內外研究領域均已對煤礦救援機器人系統作了大量的深入研究，但由 於煤礦救援機器人是一個交叉的研究領域，其涉及機械、控制、傳感檢測、信息信號處理、模 式識別、人工智慧和計算機等多門學科和技術。煤礦救援機器人應能深入事故現場，在結 構、半結構化的環境中連續運動，煤礦事故的種類有多種，應根據事故種類的不同，開展研 究。以煤礦發生的四種主要事故之一的瓦斯爆炸事故為例，其多發生在距井口較遠的工作 面，煤礦事故發生後要求機器人必須快速、及時、準確地到達事故現場。目前國內外煤礦救 援機器人尚無應用於實際救援的相關報導，其研究主要集中在輪式或履帶式單機器人的方 面，其中輪式機器人均為膠帶式車輪，並不適用於發生爆炸後的高溫有火的實際現狀；履帶 式移動機器人適應地形情況較強，但其運行速度較慢，功耗較大，其移動機構及自備的電源 都不適用於從井口快速運動到事故現場，並安全返回的救援需求。隨著機器人應用領域的不斷擴展，多機器人系統已經引起了學者們的普遍重視， 而構造多機器人系統一個重要的因素是體系結構設計，因為系統性能的優劣很大程度上取 決於結構是否合理。個體機器人的體系結構是多機器人系統的基本組成單位，因此，研究個 體機器人的體系結構是研究多機器人很重要的研究方向。將多機器人系統作為一個整體考 慮，多機器人系統的體系結構可以分為集中式和分散式，而分散式結構進一步分為分層式 和分布式兩種。多機器人體系結構就是研究如何根據任務類型，機器人個體能力等確定機 器人群體模型以及恰當的相互關係；並且救援機器人體系結構應重點研究機器人系統中各 組成部分之間的相互關係和功能分配，確定機器人系統的信息流通關係和邏輯上的計算結 構，亦即機器人系統中信息處理和控制系統的總體結構，此為煤礦救援機器人能得到實際有效應用的關鍵技術。煤礦事故以井下事故居多，大中型煤礦的平均開採深度已達到400米以上，開採 條件複雜。在這些礦井中從採煤工作面的下順槽直至井底車場均使用不同方式的軌道運 輸，軌道運輸能充分適應運輸距離的變化和巷道的彎曲，適用範圍廣，既能用於水平巷道， 也能用於傾斜巷道。隨著煤礦開採技術的發展和開採強度的加大，新的井下運輸方式不斷 出現，但軌道運輸在礦井運輸中仍然大量存在，一是因為軌道運輸是礦井水平運輸巷道的 主要運輸方式之一；二是因為即便是在全部使用運輸機運輸的採區內，材料及設備的運輸 仍需要使用軌道運輸，因此軌道運輸目前仍是煤礦井下運輸的主要方式，軌道運輸的存在 也為本實用新型的運載機器人在井下的運行提供了基本條件。近年來，我國煤礦事故頻發，煤礦救援水平相對落後，各 種救援工作仍然以人工為 主。儘管許多單位開展了各種用於煤礦事故救援的機器人，研製了各種樣機，但均未見過應 用於實際的報導，其主要原因是煤礦救援機器人的上述關鍵技術仍未得到較好的解決。另 夕卜，煤礦井下條件惡劣，事故發生地距井口較遠，也是制約機器人在井下應用的重要因素之 一。在煤礦井下發生爆炸事故後，井下軌道會受到不同程度的影響，軌道線路中的各種確 定性不平順、非確定性不平順和動力不平順等因素都會不同程度地加劇輪軌間的相互作用 力，影響機器人運動性能。因此，要求運載機器人應具有一定的移動性、穩定性和曲線通過 能力。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種煤礦 救援用多級機器人系統，其設計合理、使用操作簡便、智能化程度高且工作性能可靠，採用 運載機器人與探測機器人兩級機器人系統有效解決了煤礦井下條件惡劣、事故發生地距井 口較遠、履帶式救援機器人移動範圍有限不能對事故發生地環境信息進行有效監測等缺陷 和不足。為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種煤礦救援用多級機器 人系統，其特徵在於包括對煤礦事故發生處的相關環境信息進行實時檢測的探測機器人 和沿煤礦井下巷道中所布設的已有運輸通道將探測機器人由地面運送至煤礦事故發生處 附近且運送過程中同步對煤礦井下巷道中的相關環境信息進行實時檢測的運載機器人，所 述探測機器人與運載機器人之間以無線通信方式進行雙向通信，所述運載機器人為車輪式 機器人，所述探測機器人為履帶式機器人。上述煤礦救援用多級機器人系統，其特徵是所述運載機器人包括機器人本體一、 布設在機器人本體一內且供探測機器人存放的機器人存放倉、安裝在所述機器人存放倉 的倉門上且帶動所述倉門開關的倉門開關驅動機構、安裝在機器人本體一內且能沿煤礦井 下巷道中所布設的已有運輸通道行走的行走機構一、對行走機構一進行驅動的驅動機構 一、環境信息監測單元一、自主導航單元一、測距單元一、安裝在機器人本體一上的自動排 障機構、無線通信單元一以及分別與環境信息監測單元一、測距單元一和自主導航單元一 相接的控制系統一，所述倉門開關驅動機構、所述行走機構一、驅動機構一、環境信息監測 單元一、測距單元一、自主導航單元一和控制系統一均安裝在機器人本體一內；所述倉門開 關驅動機構、自動排障機構和驅動機構一均由控制系統一進行控制且三者均與控制系統一相接，所述無線通信單元一與控制系統一相接；所述探測機器人包括機器人本體二、安裝在機器人本體二內的行走機構二、對行 走機構二進行驅動的驅動機構二、環境信息監測單元二、自主導航單元二、測距單元二、無 線通信單元二以及分別與環境信息監測單元二、測距單元二和自主導航單元二相接的控制 系統二，所述驅動機構二、環境信息監測單元二、自主導航單元二、測距單元二和控制系統 二均安裝在機器人本體二內，所述驅動機構二由控制系統二進行控制且其與控制系統二相 接，所述無線通信單元二與控制系統二相接；所述控制系統一與控制系統二之間通過無線 通信單元一和無線通信單元二進行雙向通信，且所述控制系統一與控制系統二分別通過無 線通信單元一和無線通信單元二與地面上的遠程遙控設備進行雙向通信。 上述煤礦救援用多級機器人系統，其特徵是所述已有運輸通道為由兩根平行布 設的鋼軌組成的軌道；所述行走機構一包括一前一後安裝在機器人本體一下方的前軸輪系 和後軸輪系，所述前軸輪系和所述後軸輪系之間通過鏈輪進行連接；所述前軸輪系包括前 輪軸、分別安裝在前輪軸左右兩端的左前輪和右前輪，所述後軸輪系包括與前輪軸平行布 設的後輪軸以及分別安裝在後輪軸左右兩端的左後輪和右後輪組成，所述左前輪、右前輪、 左後輪和右後輪均為結構與鋼軌的結構相對應且能沿鋼軌前後移動的軌道輪。上述煤礦救援用多級機器人系統，其特徵是所述前輪軸和後輪軸的左右端部分 別安裝在安裝於機器人本體一左右兩側下方的軸承座內。上述煤礦救援用多級機器人系統，其特徵是所述機器人本體一上設置有用於存 放探測機器人的機器人存放倉；所述機器人本體一的外部形狀為長方體，所述機器人存放 倉的形狀為長方體，且機器人本體一內設置有將所述倉門打開後將探測機器人由機器人存 放倉內移送至地面的起落架，所述起落架由布設在機器人本體一內的起落架驅動機構進行 驅動，所述起落架驅動機構由控制系統一進行控制且其與控制系統一相接。上述煤礦救援用多級機器人系統，其特徵是所述探測機器人為六自由度機器人； 所述行走機構二包括分別安裝在機器人本體二左右兩側的左主履帶單元和右主履帶單元 以及分別布設在機器人本體二左前部、右前部、左後部和右後部的左前擺臂單元、右前擺臂 單元、左後擺臂單元和右後擺臂單元，所述左前擺臂單元和左後擺臂單元分別與右前擺臂 單元和右後擺臂單元呈左右對稱布設；所述左主履帶單元和右主履帶單元均與驅動機構二 相接；所述左前擺臂單元和左後擺臂單元均與左主履帶單元傳動連接且二者均由左主履帶 單元帶動進行移動；所述右前擺臂單元和右後擺臂單元均與右主履帶單元傳動連接且二者 均由右主履帶單元帶動進行移動；所述探測機器人還包括四臺分別與左前擺臂單元、右前 擺臂單元、左後擺臂單元和右後擺臂單元相接且帶動的擺臂驅動電機，四臺擺臂驅動電機 均與控制系統二相接且均由控制系統二進行控制，四臺擺臂驅動電機相應分別帶動左前擺 臂單元、右前擺臂單元、左後擺臂單元和右後擺臂單元繞各自中軸線進行360°擺動。上述煤礦救援用多級機器人系統，其特徵是所述運載機器人還包括安裝在機器 人本體一內的制動裝置，所述制動裝置為電動式制動裝置或氣動式制動裝置；所述電動式制動裝置包括制動電機、與制動電機的動力輸出軸相接且由制動電 機進行驅動的制動杆和制動狀態下分別與左前輪、右前輪、左後輪和右後輪的輪圈外側緊 貼的四個軸瓦，四個所述軸瓦分別通過傳動組件與制動杆相接且均由制動杆帶動進行移 動，四個所述軸瓦分別為與左前輪、右前輪、左後輪和右後輪位置相對的左前軸瓦、左後軸瓦、右前軸瓦和右後軸瓦所述氣動式制動裝置包括左右兩個制動氣缸、由制動氣缸進行驅動的前後兩個橫 向移動滑塊和制動狀態下分別與左前輪、右前輪、左後輪和右後輪的輪圈外側緊貼的四個 軸瓦，左右兩個制動氣缸分別為左側氣缸和右側氣缸，所述制動氣缸為雙向氣缸且所述雙 向氣缸內布設有前後兩個橫向移動的活塞，前後兩個活塞分別與前後兩個橫向移動滑塊相 接且前後兩個活塞分別帶動前後兩個橫向移動滑塊進行橫向移動，四個所述軸瓦分別為與 左前輪、右前輪、左後輪和右後輪位置相對的左前軸瓦、左後軸瓦、右前軸瓦和右後軸瓦；左 前軸瓦和左後軸瓦分別通過縱向連杆與由左側氣缸進行驅動的前後兩個橫向移動滑塊相 接，且右前軸瓦和右後軸瓦分別通過縱向連杆與由右側氣缸進行驅動的前後兩個橫向移動 滑塊相接。上述煤礦救援用多級機器人系統，其特徵是所述機器人本體一與行走機構一之 間安裝有將機器人本體一的重量均勻地彈性傳遞至鋼軌上的連接緩衝裝置。上述煤礦救援用多級機器人系統，其特徵是所述連接緩衝裝置的數量為兩個且 兩個連接緩衝裝置分別為布設在左前輪與左後輪外側的連接緩衝裝置一和布設在右前輪 與右後輪外側的連接緩衝裝置二，所述連接緩衝裝置一和連接緩衝裝置二的結構相同且二 者呈左右對稱布設；所述連接緩衝裝置一均包括前緩衝結構、後緩衝結構和由四根連杆組 成的W形連杆緩衝機構，所述前緩衝結構包括布設在機器人本體一下部的橫向橡膠墊和墊 裝在所述橫向橡膠墊與左前輪中上部或左後輪中上部之間的縱向橡膠墊，所述後緩衝結構 的結構與前緩衝結構的結構相同；四根所述連杆由前至後分別為連杆一、連杆二、連杆三和 連杆四，連杆一的下部固定安裝在左前輪的前側中部且其上端部與機器人本體一之間安 裝有過渡支座一，連杆二和連杆三的下部分別固定安裝在左前輪的後側中部和左後輪的前 側中部且二者的上端部與機器人本體一之間安裝有過渡支座二，連杆四的下部固定安裝在 左後輪的後側中部且其上端部與機器人本體一之間安裝有過渡支座三。上述煤礦救援用多級機器人系統，其特徵是所述運載機器人還包括與控制系統 一相接且對機器人本體一前後方的障礙物信息進行實時檢測的內部檢測系統一，控制系統 一對所述內部檢測系統一所檢測信息進行分析處理並將分析處理結果同步傳送至自主導 航單元一；所述內部檢測系統一包括布設在機器人本體一前部的前部檢測單元一和布設 在機器人本體一後部的後部檢測單元一，所述前部檢測單元一和後部檢測單元一均包括對 機器人本體一前方和後方是否存在障礙物以及所存在障礙物距機器人本體一間的距離和 所述障礙物的大小進行實時檢測的多組檢測裝置一，且每一組所述檢測裝置一均包括一個 超聲傳感器一和一個紅外傳感器一，所述超聲傳感器一和紅外傳感器一均與控制系統一相 接；所述探測機器人還包括與控制系統二相接且對機器人本體二前後方的障礙物信 息進行實時檢測的內部檢測系統二，控制系統二對所述內部檢測系統二所檢測信息進行分 析處理並將分析處理結果同步傳送至自主導航單元二 ；所述內部檢測系統二包括布設在機 器人本體二前部的前部檢測單元二和布設在機器人本體二後部的後部檢測單元二，所述前 部檢測單元二和後部檢測單元二均包括對機器人本體二前方和後方是否存在障礙物以及 所存在障礙物距機器人本體二間的距離和所述障礙物的大小進行實時檢測的多組檢測裝 置二，且每一組所述檢測裝置二均包括一個超聲傳感器二和一個紅外傳感器二，所述超聲傳感器二和紅外傳感器二均與控制系統二相接。本實用新型與現有技術相比具有以下優點1、設計合理且工作性能可靠，本實用新型針對煤礦事故多發生在距井口較遠的工作面區域的現狀，創造性地提出了煤礦救援用多級機器人系統的體系結構，第一級機器 人——運載機器人採用車輪式移動機構，第二級機器人——探測機器人採用多節履帶式結 構；當井下發生事故後，第一級機器人載著第二級機器人沿井下已有的運輸軌道運行到所 能運行的距事故地點最近處，第一級機器人若被障礙物阻止或軌道受到破壞，不能繼續前 移，則打開倉門，第二級機器人從一適宜方位離開第一級機器人，利用其自身的自主導航、 自主移動等功能繼續前行，運動到井下靠近事故發生的位置。兩級機器人上均裝有CXD攝 像頭、超聲測距儀和瓦斯、一氧化碳、氧氣、溫度、溼度測試儀等傳感器，機器人從開始自主 運行起，利用其自身攜帶的傳感器，能夠隨時檢測周圍的環境信息，並進行處理和記錄。2、運載機器人結構設計合理且使用效果好、運動能力強，運載機器人在牽引力的 作用下沿軌道運行時，不會發生脫軌和傾覆等非正常現象且其具有一定的移動性、穩定性 和曲線通過能力，因而在煤礦井下發生爆炸事故且井下軌道受到不同程度影響後，軌道線 路中的各種確定性不平順、非確定性不平順和動力不平順等因素都不會影響運載機器人的 運動性能。綜上，運載機器人適用於煤礦井下的事故救援，其軌道輪式移動機構，能充分利 用煤礦井下已有運輸軌道，使運載機器人具有移動速度快、耐高溫、耐火等特點，且能適應 軌道的具體情況，如上坡、下坡、曲線、道岔等；其長方行箱體既能運載二級探測機器人，又 可以裝載較大容量的電池，使其具有較長的工作時間，且易於實現防水、防塵和防爆。3、運載機器人的功能完善且工作性能可靠，其不僅能沿軌道以一定的速度平穩運 行，並且能適應軌道的具體情況，如上坡、下坡、曲線、道岔等，同時具有簡單的排障功能，能 清除軌道上散落的一定體積的障礙物，且具有能讓二級機器人離開和返回的起落架裝置。 另外，運載機器人具有制動裝置，如遇特殊情況其能夠準停在軌道上。因而，運載機器人的 設計合理，智能化程度高，運動能力強，在牽引力的作用下沿軌道運行時，不發生脫軌和傾 覆等非正常現象且其具有一定的移動性、穩定性和曲線通過能力。4、運載機器人採用模塊化設計，拆裝方便，使得機器人結構緊湊且拆裝方便，井下 發生爆炸事故後既可以從地面直接進入井下，也可以在井下停車場快速組裝後使用。平時 還可以作為一行動裝置，自主運行於煤礦井下，對井下狀況進行監控。5、運載機器人結構緊湊、操作簡便、智能化程度高且工作性能可靠、運行速度快、 運動能力強，在煤礦井下發生爆炸事故且井下軌道受到一定程度影響後，仍能沿軌道線路 運行。因而能有效解決煤礦井下條件惡劣、事故發生地距井口較遠、履帶式救援機器人移 動範圍有限等缺陷和不足。實際使用過程中，在煤礦井下發生爆炸事故後，能充分利用井下 已有的運輸軌道，快速高效地將探測機器人運送到距事故現場最近處，並能對巷道內的環 境進行監測；同時，本實用新型可以在軌道上往復多次運行，且井下軌道受到不同程度影響 後，軌道線路中的各種確定性不平順、非確定性不平順和動力不平順等因素都不會影響本 實用新型的運動性能。6、探測機器人設計為擺臂履帶式移動機器人，因而其在秉承了多種移動機器人優 點的同時，充分考慮到運動環境對運動的影響，對於不同的運動環境採用不同的運動方式， 不同運動方式具有不同的優點。探測機器人具有很強的運動穩定性、機動性、靈活性，同時還有很強的環境適應性等特點。可以根據周圍環境的變化調整運動姿態，達到最高的運動 的最佳選擇和工作效率。7、實用價值高且推廣應用前景廣泛，具有很高的經濟效益和社會效益，本實用新 型能充分利用煤礦井下已有的運輸軌道，充分發揮輪式移動機器人和履帶式移動機器人 的特點，較好地解決了事故地點距井口較遠，履帶式救援機器人移動範圍有限等缺陷和不 足。本實用新型針對煤礦事故多發生在距井口較遠的工作面區域的現狀，創造性地提出了 煤礦救援用多級機器人系統的體系結構，本實用新型為第一級機器人且其採用車輪式移動 機構，第二級機器人即探測機器人採用多節履帶式結構且其通過本實用新型移送至事故 發生處附近；當井下發生事故後，本實用新型載著第二級機器人沿井下已有的運輸軌道運 行到所能運行的距事故地點最近處，當本實用新型被障礙物阻止或軌道受到破壞，不能繼 續前移，則打開倉門，第二級探測機器人從一適宜方位離開本實用新型並利用其自身的自 主導航、自主移動等功能繼續前行，運動到井下靠近事故發生的位置；兩級機器人上均裝有 CCD攝像頭、超聲測距儀和瓦斯、一氧化碳、氧氣、溫度、溼度測試儀等傳感器，機器人從開 始自主運行起，利用其自身 攜帶的傳感器，能夠隨時檢測周圍的環境信息，並進行處理和記 錄。綜上所述，本實用新型設計合理、使用操作簡便、智能化程度高且工作性能可靠， 採用運載機器人與探測機器人兩級機器人系統有效解決了煤礦井下條件惡劣、事故發生地 距井口較遠、履帶式救援機器人移動範圍有限不能對事故發生地環境信息進行有效監測等 缺陷和不足。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本實用新型的立體結構示意圖。圖2為本實用新型的使用狀態參考圖。圖3為本實用新型運載機器人的內部結構示意圖。圖4為圖3的左視圖。圖5為圖3的俯視圖。圖6為本實用新型運載機器人的電路框圖。圖7為本實用新型運載機器人所採用軌道輪的結構示意圖。圖8為本實用新型運載機器人所採用電動式制動裝置的立體結構示意圖。圖9為本實用新型運載機器人所採用電動式制動裝置的使用狀態參考圖。圖10為圖9的俯視圖。圖11為本實用新型運載機器人所採用連接緩衝裝置二的立體結構示意圖。圖12為本實用新型探測機器人的立體結構示意圖。圖13為本實用新型探測機器人的側部結構示意圖。圖14為圖13的俯視圖。圖15為本實用新型探測機器人的電路框圖。圖16為本實用新型運載機器人所採用氣動式制動裝置的使用狀態參考圖。圖17為圖16的俯視圖。[0049]附圖標記說明1-運載機器人；1-1-機器人本體一 ；1-2-機器人存放倉；1-3-倉門開關驅動機構；1-4-行走機構一 ；1-41-前輪軸；1-42-左前輪；1-43-右前輪；1-44-後輪軸；1-45-左後輪；1-46-右後輪；1-48-軸承座；1-481-軸承座殼體；1-482-滾柱軸承；1-483-內座圈；1-5-驅動機構一；1-6-環境信息監測單1-7-控制系統一； 元一；1-8-自主導航單元一 ；1-9-自動排障機構；1-10-測距單元一；2-探測機器人；3-鋼軌；4-輪圈；5-輪緣；6-起落架；7-起落架驅動機構；8-制動電機；9-制動杆；10-1-左前軸瓦；10-2-左後軸瓦；10-3-右前軸瓦；10-4-右後軸瓦；11-1-傳動組件一；11-11-前縱向連杆 11-12-後縱向連杆一；一；11-13-橫向伸縮連杆一 ；11-14-傳動杆一 ；11-2-傳動組件二 ；11-21-前縱向連杆二；11-22-後縱向連杆 11_23_橫向伸縮連二 ；杆二 ；11-24-傳動杆二；12-1-前緩衝結構；12_2_後緩衝結構；12-3-連杆一；12-4-連杆二；12-5-連杆三；12-6-連杆四；13-1-過渡支座一；13-2-過渡支座二；13-3-過渡支座三；14-存儲單元；15-無線通信單元；18-1-前鏈輪；18-2-後鏈輪；18-3-鏈條；19-彈性支撐杆；20-1-安裝座一；20-2-安裝座二；21-水平向滑槽；22-固定座；23-連接扣件；24-超聲傳感器一；25-紅外傳感器一；27-超聲傳感器二；28-紅外傳感器二；29-制動氣缸；30-橫向移動滑塊；31-縱向連杆；32-活塞。
具體實施方式
如圖1、圖2所示的一種煤礦救援用多級機器人系統，包括對煤礦事故發生處的相 關環境信息進行實時檢測的探測機器人2和沿煤礦井下巷道中所布設的已有運輸通道將 探測機器人2由地面運送至煤礦事故發生處附近且運送過程中同步對煤礦井下巷道中的 相關環境信息進行實時檢測的運載機器人1，所述探測機器人2與運載機器人1之間以無線 通信方式進行雙向通信，所述運載機器人1為車輪式機器人，所述探測機器人2為履帶式機 器人。結合圖3、圖4、圖5和圖6，所述運載機器人1包括機器人本體一 1_1、布設在機器 人本體一 1-1內且供探測機器人2存放的機器人存放倉1-2、安裝在所述機器人存放倉1-2 的倉門上且帶動所述倉門開關的倉門開關驅動機構1-3、安裝在機器人本體一 1-1內且能沿煤礦井下巷道中所布設的已有運輸通道行走的行走機構一 1-4、對行走機構一 1-4進行 驅動的驅動機構一 1-5、環境信息監測單元一 1-6、自主導航單元一 1-8、測距單元一 1-10、 安裝在機器人本體一 1-1上的自動排障機構1-9、無線通信單元一 15以及分別與環境信息 監測單元一 1-6、測距單元一 1-10和自主導航單元一 1-8相接的控制系統一 1-7，所述倉 門開關驅動機構1-3、所述行走機構一 1-4、驅動機構一 1-5、環境信息監測單元一 1-6、測距 單元一 1-10、自主導航單元一 1-8和控制系統一 1-7均安裝在機器人本體一 1-1內。所述 倉門開關驅動機構1-3、自動排障機構1-9和驅動機構一 1-5均由控制系統一 1-7進行控制 且三者均與控制系統一 1-7相接，所述無線通信單元一 15與控制系統一 1-7相接。所述自 主導航單元一 1-8內集成有煤礦井下GIS系統，基於GIS的路徑搜索算法和自定位算法，運 載機器人據此可以計算最佳行走路線，並確定自身位置結合圖12、圖13、圖14和圖15，所述探測機器人2包括機器人本體二 2_1、安裝在 機器人本體二 2-1內的行走機構二 2-2、對行走機構二 2-2進行驅動的驅動機構二 2-3、環 境信息監測單元二 2-4、自主導航單元二 2-5、測距單元二 2-6、無線通信單元二 17以及分 別與環境信息監測單元二 2-4、測距單元二 2-6和自主導航單元二 2-5相接的控制系統二 2-7，所述驅動機構二 2-3、環境信息監測單元二 2-4、自主導航單元二 2-5、測距單元二 2_6 和控制系統二 2-7均安裝在機器人本體二 2-1內，所述驅動機構二 2-3由控制系統二 2-7 進行控制且其與控制系統二 2-7相接，所述無線通信單元二 17與控制系統二 2-7相接。所 述控制系統一 1-7與控制系統二 2-7之間通過無線通信單元一 15和無線通信單元二 17進 行雙向通信，且所述控制系統一 1-7與控制系統二 2-7分別通過無線通信單元一 15和無線 通信單元二 17與地面上的遠程遙控設備進行雙向通信。本實施例中，所述自主導航單元一 1-8和自主導航單元二 2-5內均集成有GPS定 位模塊，具有定位功能。本實施例中，所述探測機器人2為六自由度機器人。所述行走機構二 2-2包括分 別安裝在機器人本體二 2-1左右兩側的左主履帶單元2-21和右主履帶單元2-22以及分別 布設在機器人本體二 2-1左前部、右前部、左後部和右後部的左前擺臂單元2-23、右前擺臂 單元2-24、左後擺臂單元2-25和右後擺臂單元2-26，所述左前擺臂單元2_23和左後擺臂 單元2-25分別與右前擺臂單元2-24和右後擺臂單元2-26呈左右對稱布設。所述左主履 帶單元2-21和右主履帶單元2-22均與驅動機構二 2-3相接。所述左前擺臂單元2_23和 左後擺臂單元2-25均與左主履帶單元2-21傳動連接且二者均由左主履帶單元2-21帶動 進行移動；所述右前擺臂單元2-24和右後擺臂單元2-26均與右主履帶單元2-22傳動連接 且二者均由右主履帶單元2-22帶動進行移動。所述探測機器人2還包括四臺分別與左前 擺臂單元2-23、右前擺臂單元2-24、左後擺臂單元2-25和右後擺臂單元2_26相接且帶動 的擺臂驅動電機6，四臺擺臂驅動電機均與控制系統二 2-7相接且均由控制系統二 2-7進行 控制，四臺擺臂驅動電機相應分別帶動左前擺臂單元2-23、右前擺臂單元2-24、左後擺臂 單元2-25和右後擺臂單元2-26繞各自中軸線進行360°擺動。綜上，所述探測機器人2共有6個自由度，即兩個平動自由度和四個擺動自由度， 驅動機構二 2-3包括兩個分別對左主履帶單元2-21和右主履帶單元2-22進行驅動的主驅 動電機和四個分別對左前擺臂單元2-23、右前擺臂單元2-24、左後擺臂單元2-25和右後擺 臂單元2-26進行驅動的擺臂驅動電機，且兩個主驅動電機和四個擺臂驅動電機均布設在機器人本體二 2-1內。兩個主驅動電機分別經減速箱後與左主履帶單元2-21和右主履帶單 元2-22的傳動軸相接，相應地四個擺臂驅動電機分別經減速箱後與左前擺臂單元2-23、右 前擺臂單元2-24、左後擺臂單元2-25和右後擺臂單元2-26相接。實際使用過程中，探測機 器人2通過兩個主驅動電機和四個擺臂驅動電機經減速後直接驅動六個履帶(分別為左主 履帶單元2-21、右主履帶單元2-22、左前擺臂單元2-23、右前擺臂單元2_24、左後擺臂單元 2-25和右後擺臂單元2-26)進行卷繞運動，將履帶卷繞運動轉變為機器人的平移運動，產 生兩個平動自由度和一個迴轉自由度，實現探測機器人2在平面內運動。具體而言，四個擺 臂驅動電機分別 驅動四個擺臂，以各自迴轉中心軸為軸心實現轉動，產生四個旋轉自由度。因而，實際運行時，上述擺臂履帶式移動機器人即探測機器人2在秉承了多種移 動機器人優點的同時，充分考慮到運動環境對運動的影響，對於不同的運動環境採用不同 的運動方式，不同運動方式具有不同的優點。探測機器人具有很強的運動穩定性、機動性、 靈活性，同時還有很強的環境適應性等特點。可以根據周圍環境的變化調整運動姿態，達到 最高的運動的最佳選擇和工作效率。實際使用過程中，所述已有運輸通道為由兩根平行布設的鋼軌3組成的軌道。所 述行走機構一 1-4包括一前一後安裝在機器人本體一 1-1下方的前軸輪系和後軸輪系，所 述前軸輪系和所述後軸輪系之間通過鏈輪進行連接。所述前軸輪系包括前輪軸1-41、分別 安裝在前輪軸1-41左右兩端的左前輪1-42和右前輪1-43，所述後軸輪系包括與前輪軸 1-41平行布設的後輪軸1-44以及分別安裝在後輪軸1-44左右兩端的左後輪1_45和右後 輪1-46組成，所述左前輪1-42、右前輪1-43、左後輪1_45和右後輪1_46均為結構與鋼軌 3的結構相對應且能沿鋼軌3前後移動的軌道輪。本實施例中，所述鏈輪包括分別布設在鏈條18-3以及分別同軸套裝在前輪軸 1-41和後輪軸1-44上的前鏈輪18-1和後鏈輪18-2，所述鏈條18_3纏繞在前鏈輪18_1和 後鏈輪18-2上。如圖7所示，所述軌道輪包括輪圈4和同軸布設在所述輪圈4內側的輪緣5， 輪緣5的踏面為錐形踏面且所述錐形踏面由外向內逐漸向下傾斜，所述錐形踏面的 斜度為1 20，所述軌道輪的橫截面形狀為T字形。實際操作時，所述輪圈4的直徑 為Φ430πιπι 士 20mm，所述輪緣5的直徑為Φ485πιπι 士 20mm，所述輪圈5的橫向寬度為 32mm士3mm。本實施例中，所述鋼軌3的規格為24kg/m。所述輪圈4的直徑為Φ430mm，所 述輪緣5的直徑為Φ485mm，所述輪圈5的橫向寬度為32mm。本實施例中，所述前軸輪係為主動輪系且所述後軸輪係為從動輪系，所述前輪軸 1-41通過傳動機構與驅動機構一 1-5相接，所述驅動機構一 1-5為防爆式串激直流電動機。所述前輪軸1-41和後輪軸1-44的左右端部分別安裝在安裝於機器人本體一 1_1 左右兩側下方的軸承座1-48內。本實施例中，所述軸承座1-48所述軸承座殼體1-481、安 裝在軸承座殼體1-481內部的上下兩列滾柱軸承1-482、同軸套裝在軸承座殼體1-481內側 的內座圈1-483，所述前輪軸1-41或後輪軸1-44的軸頸安裝在內座圈1_483內。所述軸承 座殼體1-481的上部和外側部與機器人本體一 1-1之間均墊裝有橡膠減震墊。所述機器人本體一 1-1上設置有用於存放探測機器人2的機器人存放倉1-2。所 述機器人本體一 1-1的外部形狀為長方體，所述機器人存放倉1-2的形狀為長方體，且機器 人本體一 1-1內設置有將所述倉門打開後將探測機器人2由機器人存放倉1-2內移送至地面的起落架6，所述起落架6由布設在機器人本體一 1-1內的起落架驅動機構7進行驅動， 所述起落架驅動機構7由控制系統一 1-7進行控制且其與控制系統一 1-7相接。實際加工製作時，所述機器人本體一 1-1和機器人存放倉1-2形成一個整體式立 方體車體，所述整體式立方體車體內部通過隔板分為上下兩部分，且所述隔板上部 為機器 人存放倉1-2且其下部為機器人本體一 1-1。本實施例中，所述測距單元一 1-10和測距單 元二 2-6均為雷射測距儀。同時，所述運載機器人1還包括安裝在機器人本體一 1-1內的制動裝置，所述制動 裝置為電動式制動裝置或氣動式制動裝置。如圖8、圖9所示，本實施例中，所述電動式制動 裝置包括制動電機8、與制動電機8的動力輸出軸相接且由制動電機8進行驅動的制動杆9 和制動狀態下分別與左前輪1-42、右前輪1-43、左後輪1-45和右後輪1_46的輪圈外側緊 貼的四個軸瓦，四個所述軸瓦分別通過傳動組件與制動杆9相接且均由制動杆9帶動進行 移動，四個所述軸瓦分別為與左前輪1-42、右前輪1-43、左後輪1-45和右後輪1_46位置相 對的左前軸瓦10-1、左後軸瓦10-2、右前軸瓦10-3和右後軸瓦10-4。本實施例中，所述制動杆9呈水平向布設且制動杆9的中心軸線與機器人本體一 1-1的縱向中心線相垂直。所述傳動組件的數量為兩組且兩組傳動組件分別為布設在左前 輪1-42與左後輪1-45之間中部的傳動組件一 11-1和布設在右前輪1-43與右後輪1_46之 間的傳動組件二 11-2，所述傳動組件一 11-1和傳動組件二 11-2呈左右對稱布設。所述傳 動組件一 11-1包括前縱向連杆一 11-11、平行布設在前縱向連杆一 11-11後側的後縱向連 杆一 11-12以及連接在前縱向連杆一 11-11和後縱向連杆一 11-12底部之間且能同步向前 後兩側伸縮的橫向伸縮連杆一 11-13，所述前縱向連杆一 11-11的頂部與制動杆9的左端部 之間通過傳動杆一 11-14相接，所述左前軸瓦10-1和左後軸瓦10-2分別安裝在前縱向連 杆一 11-11和後縱向連杆一 11-12上。所述傳動組件二 11-2包括前縱向連杆二 11-21、平 行布設在前縱向連杆二 11-21後側的後縱向連杆二 11-22以及連接在前縱向連杆二 11-21 和後縱向連杆二 11-22底部之間且能同步向前後兩側伸縮的橫向伸縮連杆二 11-23，所述 前縱向連杆二 11-21的頂部與制動杆9的右端部之間通過傳動杆二 11-24相接，所述右前 軸瓦10-3和右後軸瓦10-4分別安裝在前縱向連杆二 11-21和後縱向連杆二 11-22上。所 述前縱向連杆一 11-11與後縱向連杆一 11-12之間以及前縱向連杆二 11-21與後縱向連杆 二 11-22之間均安裝有彈性支撐杆19。本實施例中，所述前縱向連杆一 11-11與前縱向連杆二 11-21分別通過安裝座一 20-1安裝在機器人本體一 1-1下部，後縱向連杆一 11-12與後縱向連杆二 11-22分別通過 安裝座二 20-2安裝在機器人本體一 1-1下部，所述安裝座一 20-1上開有水平向滑槽，前縱 向連杆一 11-11與前縱向連杆二 11-21的上端部扣裝在所述水平向滑槽21上且前縱向連 杆一 11-11與前縱向連杆二 11-21的上端部能沿所述水平向滑槽21前後來回移動。所述 制動杆9通過固定座22安裝在機器人本體一 1-1上，所述制動杆9與固定座22之間通過 連接扣件23進行連接。實際使用過程中，也可以採用氣動式制動裝置。結合圖16、圖17，所述氣動式制動 裝置包括左右兩個制動氣缸29、由制動氣缸29進行驅動的前後兩個橫向移動滑塊30和制 動狀態下分別與左前輪1-42、右前輪1-43、左後輪1-45和右後輪1_46的輪圈外側緊貼的 四個軸瓦，左右兩個制動氣缸29分別為左側氣缸和右側氣缸，所述制動氣缸29為雙向氣缸且所述雙向氣缸內布設有前後兩個橫向移動的活塞32，前後兩個活塞32分別與前後兩個橫向移動滑塊30相接且前後兩個活塞32分別帶動前後兩個橫向移動滑塊30進行橫向 移動，四個所述軸瓦分別為與左前輪1-42、右前輪1-43、左後輪1-45和右後輪1_46位置相 對的左前軸瓦10-1、左後軸瓦10-2、右前軸瓦10-3和右後軸瓦10-4。所述左前軸瓦10_1 和左後軸瓦10-2分別通過縱向連杆31與由左側氣缸進行驅動的前後兩個橫向移動滑塊30 相接，且右前軸瓦10-3和右後軸瓦10-4分別通過縱向連杆31與由右側氣缸進行驅動的前 後兩個橫向移動滑塊30相接。結合圖10和圖11，所述機器人本體一 1-1與行走機構一 1-4之間安裝有將機器人 本體一 1-1的重量均勻地彈性傳遞至鋼軌3上的連接緩衝裝置。本實施例中，所述連接緩衝裝置的數量為兩個且兩個連接緩衝裝置分別位布設在 分別為布設在左前輪1-42與左後輪1-45外側的連接緩衝裝置一 12-1和布設在右前輪 1-43與右後輪1-46外側的連接緩衝裝置二 12-2，所述連接緩衝裝置一 12_1和連接緩衝裝 置二 12-2的結構相同且二者呈左右對稱布設。所述連接緩衝裝置一 12-1均包括前緩衝結 構12-1、後緩衝結構12-2和由四根連杆組成的W形連杆緩衝機構，所述前緩衝結構12-1包 括布設在機器人本體一 1-1下部的橫向橡膠墊和墊裝在所述橫向橡膠墊與左前輪1-42中 上部或左後輪1-45中上部之間的縱向橡膠墊，所述後緩衝結構12-2的結構與前緩衝結構 12-1的結構相同。四根所述連杆由前至後分別為連杆一 12-3、連杆二 12-4、連杆三12_5和 連杆四12-6，連杆一 12-3的下部固定安裝在左前輪1-42的前側中部且其上端部與機器人 本體一 1-1之間安裝有過渡支座一 13-1，連杆二 12-4和連杆三12-5的下部分別固定安裝 在左前輪1-42的後側中部和左後輪1-45的前側中部且二者的上端部與機器人本體一 1-1 之間安裝有過渡支座二 13-2，連杆四12-6的下部固定安裝在左後輪1-45的後側中部且其 上端部與機器人本體一 1-1之間安裝有過渡支座三13-3。綜上，所述連接緩衝裝置由連接 元件、緩衝元件(即前緩衝結構12-1與後緩衝結構12-2)和均載元件(即W形連杆緩衝機 構)組成。同時，本實施例中，所述運載機器人1還包括與控制系統一 1-7相接且對機器人 本體一 1-1前後方的障礙物信息進行實時檢測的內部檢測系統一，控制系統一 1-7對所述 內部檢測系統一所檢測信息進行分析處理並將分析處理結果同步傳送至自主導航單元一 1-8。所述內部檢測系統一包括布設在機器人本體一 1-1前部的前部檢測單元一和布設在 機器人本體一 1-1後部的後部檢測單元一，所述前部檢測單元一和後部檢測單元一均包括 對機器人本體一 1-1前方和後方是否存在障礙物以及所存在障礙物距機器人本體一 1-1間 的距離和所述障礙物的大小進行實時檢測的多組檢測裝置一，且每一組所述檢測裝置一均 包括一個超聲傳感器一 24和一個紅外傳感器一 25，所述超聲傳感器一 24和紅外傳感器一 25均與控制系統一 1-7相接。實際使用過程中，所述前部檢測單元一和後部檢測單元一中 的多組檢測裝置一均布設在同一水平線上且布設在機器人本體一 1-1前部和後部的下側， 所述前部檢測單元一和後部檢測單元一中的多組檢測裝置一呈均勻布設。所述探測機器人2還包括與控制系統二 2-7相接且對機器人本體二 2-1前後方的 障礙物信息進行實時檢測的內部檢測系統二，控制系統二 2-7對所述內部檢測系統二所檢 測信息進行分析處理並將分析處理結果同步傳送至自主導航單元二 2-5。所述內部檢測系 統二包括布設在機器人本體二 2-1前部的前部檢測單元二和布設在機器人本體二 2-1後部的後部檢測單元二，所述前部檢測單元二和後部檢測單元二均包括對機器人本體二 2-1前 方和後方是否存在障礙物以及所存在障礙物距機器人本體二 2-1間的距離和所述障礙物 的大小進行實時檢測的多組檢測裝置二，且每一組所述檢測裝置二均包括一個超聲傳感器 二 27和一個紅外傳感器二 28，所述超聲傳感器二 27和紅外傳感器二 28均與控制系統二 2-7相接。實際使用過程中，所述前部檢測單元二和後部檢測單元二中的多組檢測裝置二 均布設在同一水平線上且布設在機器人本體二 2-1前部和後部的下側，所述前部檢測單元 二和後部檢測單元二中的多組檢測裝置二呈均勻布設。本實施例中，所述運載機器人1還包括與控制系統一 1-7相接的存儲單元一 14，所 述探測機器人2還包括與控制系統二 2-7相接的存儲單元二 16。實際操作過程中，位於地面上的工作人員可通過所述遠程遙控設備與無線通信單 元一 15向控制系統一 1-7發送遠程控制信號以對運載機器人1進行遙控，同時運載機器人 1運行過程中，通過無線通信單元一 15將其實時所檢測信號同步傳送至地面上的遠程遙控 設備。並且，實際使用過程中，運載機器人1與探測機器人2之間通過無線通信單元一 15 和無線通信單元二 17進行雙向通信，實現運載機器人1對探測機器人2進行自動控制的功 能，並且探測機器人2的控制系統二 2-7將其工作狀態及實時檢測參數同步傳送至運載機 器人1的控制系統一 1-7。另外，探測機器人2離開運載機器人1進行自主運行後，位於地 面上的工作人員可通過所述遠程遙控設備與無線通信單元二 17向控制系統二 2-7發送遠 程控 信號以對探測機器人2進行遙控；同時探測機器人2運行過程中，通過無線通信單元 二 17將其實時所檢測信號同步傳送至地面上的遠程遙控設備。所述運載機器人1實際運行過程中，對所運行煤礦巷道內的相關環境參數進行實 時檢測並進行同步記錄，必要時將所檢測信息通過無線通信單元一 15傳送至地面的遠程 程控設備；當本實用新型被障礙物阻止或軌道受到破壞不能繼續前移時，則打開倉門，探測 機器人2通過起落架6從一適宜方位離開機器人本體一 1-1，利用其自身的自主導航、自主 移動等功能繼續前行，運動到井下靠近事故發生的位置並對事故發生處的相關環境參數進 行實時檢測並進行同步記錄，必要時將所檢測信息通過無線通信單元傳送至地面。另外，實 際運行過程中，本實用新型在牽引力的作用下沿軌道運行時，不會發生脫軌和傾覆等非正 常現象，則在煤礦井下發生爆炸事故後，井下軌道會受到不同程度的影響，軌道線路中的 各種確定性不平順、非確定性不平順和動力不平順等因素都會不同程度地加劇輪軌間的相 互作用力，影響本實用新型的運動性能，則本實用新型具有一定的移動性、穩定性和曲線通 過能力。綜上所述，本實用新型的運載機器人1和探測機器人2均包括自主導航系統(即 自主導航單元一 1-8和自主導航單元二 2-5)、遙作業系統(即分別與控制系統一 1-7和控 制系統二2-7相接的無線通信單元一 15和無線通信單元二 17，以及布設在地面上的遠程程 控設備)、運動控制系統(即對驅動機構一 1-5進行控制的控制系統一 1-7和對驅動機構 二 2-3控制的控制系統二 2-7)和檢測系統(即環境信息監測單元一 1-6和內部檢測系統 一以及環境信息監測單元二 2-4和內部檢測系統二 )。所述環境信息監測單元一 1-6包括用於檢測煤礦井下巷道內的一氧化碳、氧氣、 瓦斯、溫度等信息進行實時檢測的檢測裝置和布設在所述機器人本體一 1-1上且對煤礦井 下巷道內的圖像信息進行實時採集的圖像採集裝置，所述圖像採集裝置為CCD攝像機。所述自主導航單元一 1-8內存有煤礦井下的地理系信系統以及最短路徑和遍布路徑的搜索 算法。運載機器人1實際運行過程中，所述內部檢測系統一實時對機器人本體一 1-1前方 和後方是否存在障礙物以及所存在障礙物距機器人本體一 1-1間的距離和所述障礙物的 大小進行實時檢測，並將所檢測信息同步傳送至控制系統一 1-7進行分析處理，且控制系 統一 1-7將分析處理結果同步傳送至自主導航單元一 1-8，再由自主導航單元一 1-8根據 控制系統一 1-7的分析處理結果作出進行繞路還是啟動自動排障機構1-9進行排障的路徑 規劃結果。所述控制系統一 1-7接收自主導航單元一 1-8的路徑規劃結果和位於地面的遠 程程控設備的遙控指令，控制機器人本體一 1-1實現沿軌道前行、後退、停止、過道岔、打開 倉門、升降起落架等運動。總之，內部檢測系統一用於檢測運載機器人1的行進方向路況信 肩、ο同樣，所述環境信息監測單元二 2-4包括用於檢測事故發生處的一氧化碳、氧 氣、瓦斯、溫度等信息進行實時檢測的檢測裝置和布設在所述機器人本體二 2-1上且對煤 礦井下巷道內事故發生處的圖像信息進行實時採集的圖像採集裝置，所述圖像採集裝置為 C⑶攝像機。所述自主導航單元二 2-5內存有煤礦井下的地理系信系統以及最短路徑和遍 布路徑的搜索算法。探測機器人2實際運行過程中，所述內部檢測系統二實時對機器人本 體二 2-1前方和後方是否存在障礙物以及所存在障礙物距機器人本體二 2-1間的距離和 所述障礙物的大小進行實時檢測，並將所檢測信息同步傳送至控制系統二 2-7進行分析處 理，且控制系統二 2-7將分析處理結果同步傳送至自主導航單元二 2-5，再由自主導航單元 二 2-5根據控制系統二 2-7的分析處理結果作出相應的路徑規劃結果。所述控制系統二 2-7 接收自主導航單元二 2-5的路徑規劃結果和位於地面的遠程程控設備的遙控指令，控制機 器人本體二 2-1實現沿軌道前行、後退、停止、過道岔等運動。總之，內部檢測系統二用於檢 測探測機器人2的行進方向路況信息。所述運載機器人1運行過程中，對所運行煤礦巷道內的相關環境參數進行實時檢 測並進行同步記錄，必要時將所檢測信息通過無線通信單元一 15傳送至地面；當運載機器 人1被障礙物阻止或軌道受到破壞不能繼續前移時，則打開倉門，探測機器人2通過起落架 6從一適宜方位離開運載機器人1，利用其自身的自主導航、自主移動等功能繼續前行，運 動到井下靠近事故發生的位置並對事故發生處的相關環境參數進行實時檢測並進行同步 記錄，必要時將所檢測信息通過無線通信單元二 17傳送至地面。例外，實際運行過程中，所 述運載機器人1在牽引力的作用下沿軌道運行時，不會發生脫軌和傾覆等非正常現象，則 在煤礦井下發生爆炸事故後，井下軌道會受到不同程度的影響，軌道線路中的各種確定性 不平順、非確定性不平順和動力不平順等因素都會不同程度地加劇輪軌間的相互作用力， 影響運載機器人1的運動性能，而運載機器人1具有一定的移動性、穩定性和曲線通過能 力。另外，本實施例中，所述機器人存放倉1-2、行走機構一 1-4、驅動機構一 1-5、起 落架6、所述制動裝置和所述連接緩衝裝置與機器人本體一 1-1之間均通過螺栓進行固定 連接，因而拆裝方便，實際使用過程中，可以將本實用新型的各組件運至採煤井井下後，再 對各組件進行組裝，也就是說，在井下完成運載機器人1的組裝過程。本實施例中，探測機器人2的機械系統性能指標如表1所示表2 探測機器人2的機械系統性能指標
權利要求一種煤礦救援用多級機器人系統，其特徵在於包括對煤礦事故發生處的相關環境信息進行實時檢測的探測機器人(2)和沿煤礦井下巷道中所布設的已有運輸通道將探測機器人(2)由地面運送至煤礦事故發生處附近且運送過程中同步對煤礦井下巷道中的相關環境信息進行實時檢測的運載機器人(1)，所述探測機器人(2)與運載機器人(1)之間以無線通信方式進行雙向通信，所述運載機器人(1)為車輪式機器人，所述探測機器人(2)為履帶式機器人。
2.按照權利要求1所述的煤礦救援用多級機器人系統，其特徵在於所述運載機器人 (1)包括機器人本體一(1-1)、布設在機器人本體一(1-1)內且供探測機器人(2)存放的機 器人存放倉(1-2)、安裝在所述機器人存放倉(1-2)的倉門上且帶動所述倉門開關的倉門 開關驅動機構(1-3)、安裝在機器人本體一(1-1)內且能沿煤礦井下巷道中所布設的已有 運輸通道行走的行走機構一(1-4)、對行走機構一(1-4)進行驅動的驅動機構一(1-5)、環 境信息監測單元一(1-6)、自主導航單元一(1-8)、測距單元一(1-10)、安裝在機器人本體 一 (1-1)上的自動排障機構(1-9)、無線通信單元一(15)以及分別與環境信息監測單元一 (1-6)、測距單元一 (1-10)和自主導航單元一 (1-8)相接的控制系統一(1-7)，所述倉門開 關驅動機構(1-3)、所述行走機構一(1-4)、驅動機構一(1-5)、環境信息監測單元一(1-6)、 測距單元一(1-10)、自主導航單元一(1-8)和控制系統一(1-7)均安裝在機器人本體一 (1-1)內；所述倉門開關驅動機構(1-3)、自動排障機構(1-9)和驅動機構一 (1-5)均由控 制系統一(1-7)進行控制且三者均與控制系統一(1-7)相接，所述無線通信單元一(15)與 控制系統一(1-7)相接；所述探測機器人(2)包括機器人本體二(2-1)、安裝在機器人本體二(2-1)內的行 走機構二(2-2)、對行走機構二(2-2)進行驅動的驅動機構二(2-3)、環境信息監測單元 二(2-4)、自主導航單元二(2-5)、測距單元二(2-6)、無線通信單元二(17)以及分別與環 境信息監測單元二(2-4)、測距單元二(2-6)和自主導航單元二(2-5)相接的控制系統二 (2-7)，所述驅動機構二(2-3)、環境信息監測單元二(2-4)、自主導航單元二(2-5)、測距單 元二(2-6)和控制系統二(2-7)均安裝在機器人本體二(2-1)內，所述驅動機構二(2-3) 由控制系統二(2-7)進行控制且其與控制系統二(2-7)相接，所述無線通信單元二(17)與 控制系統二(2-7)相接；所述控制系統一(1-7)與控制系統二(2-7)之間通過無線通信單 元一(15)和無線通信單元二(17)進行雙向通信，且所述控制系統一(1-7)與控制系統二 (2-7)分別通過無線通信單元一(15)和無線通信單元二(17)與地面上的遠程遙控設備進 行雙向通信。
3.按照權利要求2所述的煤礦救援用多級機器人系統，其特徵在於所述已有運輸通 道為由兩根平行布設的鋼軌(3)組成的軌道；所述行走機構一(1-4)包括一前一後安裝在 機器人本體一(1-1)下方的前軸輪系和後軸輪系，所述前軸輪系和所述後軸輪系之間通過 鏈輪進行連接；所述前軸輪系包括前輪軸(1-41)、分別安裝在前輪軸(1-41)左右兩端的 左前輪(1-42)和右前輪(1-43)，所述後軸輪系包括與前輪軸(1-41)平行布設的後輪軸 (1-44)以及分別安裝在後輪軸(1-44)左右兩端的左後輪(1-45)和右後輪(1-46)組成，所 述左前輪(1-42)、右前輪(1-43)、左後輪(1-45)和右後輪(1-46)均為結構與鋼軌(3)的 結構相對應且能沿鋼軌(3)前後移動的軌道輪。
4.按照權利要求3所述的煤礦救援用多級機器人系統，其特徵在於所述前輪軸(1-41)和後輪軸(1-44)的左右端部分別安裝在安裝於機器人本體一(1-1)左右兩側下方 的軸承座(1-48)內。
5.按照權利要求2、3或4所述的煤礦救援用多級機器人系統，其特徵在於所述機器 人本體一(1-1)上設置有用於存放探測機器人(2)的機器人存放倉(1-2)；所述機器人本 體一(1-1)的外部形狀為長方體，所述機器人存放倉(1-2)的形狀為長方體，且機器人本體 一 (1-1)內設置有將所述倉門打開後將探測機器人(2)由機器人存放倉(1-2)內移送至地 面的起落架(6)，所述起落架(6)由布設在機器人本體一(1-1)內的起落架驅動機構(7)進 行驅動，所述起落架驅動機構(7)由控制系統一(1-7)進行控制且其與控制系統一(1-7) 相接。
6.按照權利要求2、3或4所述的煤礦救援用多級機器人系統，其特徵在於所述探 測機器人(2)為六自由度機器人；所述行走機構二(2-2)包括分別安裝在機器人本體 二(2-1)左右兩側的左主履帶單元(2-21)和右主履帶單元(2-22)以及分別布設在機器 人本體二(2-1)左前部、右前部、左後部和右後部的左前擺臂單元(2-23)、右前擺臂單元 (2-24)、左後擺臂單元(2-25)和右後擺臂單元(2-26)，所述左前擺臂單元(2_23)和左後 擺臂單元(2-25)分別與右前擺臂單元(2-24)和右後擺臂單元(2-26)呈左右對稱布設；所 述左主履帶單元(2-21)和右主履帶單元(2-22)均與驅動機構二(2-3)相接；所述左前擺 臂單元(2-23)和左後擺臂單元(2-25)均與左主履帶單元(2-21)傳動連接且二者均由左 主履帶單元(2-21)帶動進行移動；所述右前擺臂單元(2-24)和右後擺臂單元(2-26)均與 右主履帶單元(2-22)傳動連接且二者均由右主履帶單元(2-22)帶動進行移動；所述探測 機器人(2)還包括四臺分別與左前擺臂單元(2-23)、右前擺臂單元(2-24)、左後擺臂單元 (2-25)和右後擺臂單元(2-26)相接且帶動的擺臂驅動電機，四臺擺臂驅動電機均與控制 系統二(2-7)相接且均由控制系統二(2-7)進行控制，四臺擺臂驅動電機相應分別帶動左 前擺臂單元(2-23)、右前擺臂單元(2-24)、左後擺臂單元(2-25)和右後擺臂單元(2_26) 繞各自中軸線進行360°擺動。
7.按照權利要求2、3或4所述的煤礦救援用多級機器人系統，其特徵在於所述運載 機器人(1)還包括安裝在機器人本體一(1-1)內的制動裝置，所述制動裝置為電動式制動 裝置或氣動式制動裝置；所述電動式制動裝置包括制動電機(8)、與制動電機(8)的動力輸出軸相接且由制動 電機(8)進行驅動的制動杆(9)和制動狀態下分別與左前輪(1-42)、右前輪(1-43)、左後 輪(1-45)和右後輪(1-46)的輪圈外側緊貼的四個軸瓦，四個所述軸瓦分別通過傳動組件 與制動杆(9)相接且均由制動杆(9)帶動進行移動，四個所述軸瓦分別為與左前輪(1-42)、 右前輪(1-43)、左後輪(1-45)和右後輪(1-46)位置相對的左前軸瓦(10-1)、左後軸瓦 (10-2)、右前軸瓦(10-3)和右後軸瓦(10-4)；所述氣動式制動裝置包括左右兩個制動氣缸(29)、由制動氣缸(29)進行驅動的前後 兩個橫向移動滑塊(30)和制動狀態下分別與左前輪(1-42)、右前輪(1-43)、左後輪(1-45) 和右後輪(1-46)的輪圈外側緊貼的四個軸瓦，左右兩個制動氣缸(29)分別為左側氣缸和 右側氣缸，所述制動氣缸(29)為雙向氣缸且所述雙向氣缸內布設有前後兩個橫向移動的 活塞(29)，前後兩個活塞(32)分別與前後兩個橫向移動滑塊(30)相接且前後兩個活塞 (32)分別帶動前後兩個橫向移動滑塊(30)進行橫向移動，四個所述軸瓦分別為與左前輪(1-42)、右前輪(1-43)、左後輪(1-45)和右後輪(1-46)位置相對的左前軸瓦(10-1)、左後 軸瓦(10-2)、右前軸瓦(10-3)和右後軸瓦(10-4)；左前軸瓦(10-1)和左後軸瓦(10-2)分 別通過縱向連杆(31)與由左側氣缸進行驅動的前後兩個橫向移動滑塊(30)相接，且右前 軸瓦(10-3)和右後軸瓦(10-4)分別通過縱向連杆(31)與由右側氣缸進行驅動的前後兩 個橫向移動滑塊(30)相接。
8.按照權利要求2、3或4所述的煤礦救援用多級機器人系統，其特徵在於所述機器 人本體一(1-1)與行走機構一(1-4)之間安裝有將機器人本體一(1-1)的重量均勻地彈性 傳遞至鋼軌(3)上的連接緩衝裝置。
9.按照權利要求8所述的煤礦救援用多級機器人系統，其特徵在於所述連接緩衝裝 置的數量為兩個且兩個連接緩衝裝置分別為布設在左前輪(1-42)與左後輪(1-45)外側 的連接緩衝裝置一(12-1)和布設在右前輪(1-43)與右後輪(1-46)外側的連接緩衝裝置 二(12-2)，所述連接緩衝裝置一(12-1)和連接緩衝裝置二(12-2)的結構相同且二者呈左 右對稱布設；所述連接緩衝裝置一(12-1)均包括前緩衝結構(12-1)、後緩衝結構(12-2) 和由四根連杆組成的W形連杆緩衝機構，所述前緩衝結構(12-1)包括布設在機器人本體 一 (1-1)下部的橫向橡膠墊和墊裝在所述橫向橡膠墊與左前輪(1-42)中上部或左後輪 (1-45)中上部之間的縱向橡膠墊，所述後緩衝結構(12-2)的結構與前緩衝結構(12-1)的 結構相同；四根所述連杆由前至後分別為連杆一(12-3)、連杆二(12-4)、連杆三(12-5)和 連杆四(12-6)，連杆一(12-3)的下部固定安裝在左前輪(1-42)的前側中部且其上端部與 機器人本體一(1-1)之間安裝有過渡支座一(13-1)，連杆二(12-4)和連杆三(12-5)的下 部分別固定安裝在左前輪(1-42)的後側中部和左後輪(1-45)的前側中部且二者的上端部 與機器人本體一(1-1)之間安裝有過渡支座二(13-2)，連杆四(12-6)的下部固定安裝在左 後輪(1-45)的後側中部且其上端部與機器人本體一(1-1)之間安裝有過渡支座三(13-3)。
10.按照權利要求2、3或4所述的煤礦救援用多級機器人系統，其特徵在於所述運載 機器人(1)還包括與控制系統一(1-7)相接且對機器人本體一(1-1)前後方的障礙物信息 進行實時檢測的內部檢測系統一，控制系統一(1-7)對所述內部檢測系統一所檢測信息進 行分析處理並將分析處理結果同步傳送至自主導航單元一(1-8)；所述內部檢測系統一包 括布設在機器人本體一(1-1)前部的前部檢測單元一和布設在機器人本體一(1-1)後部的 後部檢測單元一，所述前部檢測單元一和後部檢測單元一均包括對機器人本體一(1-1)前 方和後方是否存在障礙物以及所存在障礙物距機器人本體一(1-1)間的距離和所述障礙 物的大小進行實時檢測的多組檢測裝置一，且每一組所述檢測裝置一均包括一個超聲傳感 器一(24)和一個紅外傳感器一(25)，所述超聲傳感器一(24)和紅外傳感器一(25)均與控 制系統一(1-7)相接；所述探測機器人(2)還包括與控制系統二(2-7)相接且對機器人本體二(2-1)前後方 的障礙物信息進行實時檢測的內部檢測系統二，控制系統二(2-7)對所述內部檢測系統二 所檢測信息進行分析處理並將分析處理結果同步傳送至自主導航單元二(2-5)；所述內部 檢測系統二包括布設在機器人本體二(2-1)前部的前部檢測單元二和布設在機器人本體 二(2-1)後部的後部檢測單元二，所述前部檢測單元二和後部檢測單元二均包括對機器人 本體二(2-1)前方和後方是否存在障礙物以及所存在障礙物距機器人本體二(2-1)間的距 離和所述障礙物的大小進行實時檢測的多組檢測裝置二，且每一組所述檢測裝置二均包括一個超聲傳感器二(27)和一個紅外傳感器二(28)，所述超聲傳感器二(27)和紅外傳感器 二 (28)均與控制系統二 (2-7)相接。
專利摘要本實用新型公開了一種煤礦救援用多級機器人系統，包括對煤礦事故發生處的相關環境信息進行實時檢測的探測機器人和沿煤礦井下巷道中所布設的已有運輸通道將探測機器人由地面運送至煤礦事故發生處附近且運送過程中同步對煤礦井下巷道中的相關環境信息進行實時檢測的運載機器人，所述運載機器人為車輪式機器人，所述探測機器人為履帶式機器人。本實用新型設計合理、使用操作簡便、智能化程度高且工作性能可靠，採用運載機器人與探測機器人兩級機器人系統有效解決了煤礦井下條件惡劣、事故發生地距井口較遠、履帶式救援機器人移動範圍有限，不能對事故發生地環境信息進行有效監測等缺陷和不足。
文檔編號E21F11/00GK201763384SQ20102054631
公開日2011年3月16日 申請日期2010年9月27日 優先權日2010年9月27日
發明者于洋, 馬宏偉, 魏娟 申請人:西安科技大學