煤礦井下救援探測機器人的製作方法

2023-10-24 00:14:47 1

專利名稱：煤礦井下救援探測機器人的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於機器人技術領域，具體地說是一種煤礦井下救援 探測機器人。
背景技術：
當前，我國已成為世界煤炭生產和消耗的第一大國。同時，我國 也是發生煤礦安全事故最多的國家，煤礦安全事故造成了嚴重的財產 損失和惡劣的社會影響。由於礦難原因和礦難現場情況不明，救援人 員在搶險中遇難的情況時有發生。如果在救援前採用可替代人的自動 化設備深入礦井探測礦難位置和礦難現場情況，就能在確保救援人員 安全的前提下實施高效率救援，最大限度地減少人員和財產損失。因 此研製一種具有避障、越障、跨越溝渠、爬坡等能力，可以在爆炸性 氣體環境的l區工作，具有隔爆、防塵、防水的性能的探測機器人已 成為亟待解決的問題。

實用新型內容
本實用新型的目的在於提供一種煤礦井下救援探測機器人，可以 在爆炸性氣體環境的1區工作，具有隔爆、防塵、防水的性能以及避 障、越障、跨越溝渠、爬坡等能力。
本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的 本實用新型包括箱體、主動輪及光纖收放機構，主動輪對稱設置 在箱體的兩側，與箱體內的驅動裝置相連接；光纖收放機構安裝在箱 體內，光纖收入機構及驅動裝置中的驅動電機分別與控制系統電連 接。
其中所述驅動裝置有兩個、彼此反向安裝在箱體內，分別驅動 箱體兩側的主動輪；每一個驅動裝置均包括第一驅動電機、行星減速 機、第一驅動軸、主動鏈輪、從動鏈輪、傳動滾子鏈及輸出軸，第一 驅動軸通過行星減速機與第一驅動電機相連接，在第一驅動軸上套設 有主動鏈輪；輸出軸安裝在箱體上並由箱體穿出，穿出端設有主動輪， 在輸出軸上套設有從動鏈輪，通過傳動滾子鏈與主動鏈輪相連接；在主動輪與箱體之間設有安裝在箱體上的減震裝置；減震裝置包括固定 支架、活動支架、支柱及彈簧，固定支架安裝在箱體的外側面，固定 支架上均布有通孔；活動支架包括上、下臺板及軸，軸的兩端分別固 接在上、下臺板上，軸上設有隔板，帶有隔板的軸由通孔穿過，可在 通孔內往復運動；通孔內、隔板的上下兩側均設有抵接在隔板上的彈
簧；在活動支架的上、下臺板之間安裝有與輸出軸相連接的支柱；所 述光纖收放機構安裝在箱體內後部的獨立艙體，包括光纖纏繞輪盤、 連杆、曲軸、行星減速器、第二驅動電機、第二驅動軸、蝸杆、蝸輪、 正齒輪及擺爪，第二驅動軸的一端通過行星減速器與第二驅動電機相 連，另一端分別連接有蝸杆及第一正齒輪；蝸輪位於蝸杆的上方、與 蝸杆嚙合傳動，蝸輪上設有曲軸，曲軸通過連杆與擺爪相連；光纖纏 繞輪盤安裝在獨立艙體上，輪盤軸的端部套設有與蝸杆上第一正齒輪 嚙合傳動的第二正齒輪；獨立艙體上設有導軌，擺爪可往復移動地安 裝在導軌上；主動輪為四個，對稱設置在箱體的兩側；主動輪的直徑 大於箱體的高度。
本實用新型的優點與積極效果為
1. 結構簡單、靈活。本實用新型自身結構簡單，可以在惡劣的 環境中完成複雜的工作；兩個電機分別驅動左右兩個主動輪，相同的 速度實現前進和後退，差速實現轉彎。
2. 大直徑輪具有良好的爬坡和越障性能。本實用新型選用直徑 大於車箱體高度的大直徑主動輪，這樣的結構更有利於在複雜的地形
條件下行走，即使不慎發生傾翻，也不會影響其行走功能。
3. 在主動輪與箱體之間安裝了減震裝置，在不影響機器人工作 的同時，延長了機器人的使用壽命。
4. 由於無線通訊在井下巷道中會受到嚴重的回波幹擾，以及信 號的急劇衰減，本實用新型採用光纖傳輸替代無線通訊；本實用新型 自帶光纜及收放裝置，在行進過程中自主鋪設光纜；與控制平臺實現 數據傳輸的光纖可通過光纖收放機構控制收放，有效地控制了光纖回 收時的纏繞位置。
5. 車體釆取整體隔爆的設計形式，完全按照GB3836對爆炸性氣
體環境用電器設備的要求進行隔爆設計。本實用新型可以在煤礦井下 礦難現場的含有爆炸性氣體環境的1區工作，同時具有防塵、防水的性能。

圖l為本實用新型的整體裝配結構示意圖； 圖2為圖1的仰視圖； 圖3為本實用新型減震裝置的結構示意圖； 圖4為本實用新型光纖收入機構的結構示意圖； 圖5為本實用新型控制系統流程其中l為箱體，2為主動輪，3為第一驅動電機，4為行星減速 機，5為光纖收放機構，6為減震裝置，7為輸出軸，8為從動鏈輪， 9為傳動滾子鏈，IO為第一驅動軸，ll為主動鏈輪，12為固定支架， 13為活動支架，14為支柱，15為彈簧，16為光纖纏繞輪盤，17為 連杆，18為曲軸，19為行星減速器，20為第二驅動電機，21為第二 驅動軸，22為蝸杆，23為蝸輪，24為第一正齒輪，25為擺爪，26 為高能量密度鋰離子動力電池，27為控制系統，28為輪盤軸，29為 第二正齒輪，30為隔板，31為通孔，32為軸，33為上臺板，34為 下臺板，35為導軌。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述。 如圖l、圖2所示，本實用新型包括箱體l、主動輪2及光纖收 放機構5，主動輪2有四個，與箱體l內的驅動裝置相連接，四個主 動輪對稱設置在箱體l的兩側，每一側有兩個主動輪，主動輪2的直 徑大於箱體1的高度；在主動輪2與箱體1之間設有安裝在箱體1上 的減震裝置6。光纖收放機構5安裝在箱體1內，箱體1內還設有控 制系統27,光纖收放機構5和驅動裝置分別與控制系統27電連接。
驅動裝置有兩個、彼此反向安裝在箱體l內，分別驅動箱體l兩 側的主動輪；每一個驅動裝置均包括第一驅動電機3、行星減速機4、 第一驅動軸10、主動鏈輪11、從動鏈輪8、傳動滾子鏈9及輸出軸7， 行星減速機4的輸入軸與第一驅動電機3相連，行星減速機4的輸出 軸端開有內孔，與第一驅動軸10鍵連；在第一驅動軸IO上套設有主 動鏈輪ll,主動鏈輪11與第一驅動軸IO鍵連；輸出軸7通過軸承 與安裝在箱體1側面的減震裝置6相連，輸出軸7由箱體l穿出，穿 出端設有主動輪2，在輸出軸7上套設有從動鏈輪8,從動鏈輪8與 輸出軸7鍵連，主動鏈輪11通過傳動滾子鏈9與從動鏈輪8相連接； 第一驅動電機3與控制系統27電連接。
6如圖3所示，減震裝置6包括固定支架12、活動支架13、支柱 14及彈簧15,固定支架12安裝在箱體1的外惻面，固定支架12上 均布有兩個通孔31;活動支架13包括上、下臺板33、 34及兩個軸 32，軸32的兩端分別固接在上、下臺板33、 34上，軸32上設有隔 板30,帶有隔板30的軸32由通孔31穿過，可在通孔31內往復運 動；隔板30將通孔31分成兩部分，每一部分均設有抵接在隔板30 上的彈簧15,彈簧15共四個；在活動支架13的上、下臺板33、 34 之間安裝有支柱14,通過軸承與輸出軸7相連接，可帶動輸出軸相 對於箱體l移動。
如圖4所示，光纖收放機構5安裝在箱體1內後部的獨立艙體， 包括光纖纏繞輪盤16、連杆17、曲軸18、行星減速器19、第二驅動 電機20、第二驅動軸21、蝸杆22、蝸輪23、第一、二正齒輪24、 29及擺爪25,行星減速器19的輸入軸與第二驅動電機20相連，行 星減速器19的輸出軸端開有內孔，與第二驅動軸21鍵連，蝸杆22 和第一正齒輪24分別與第二驅動軸21鍵連；蝸輪23位於蝸杆22的 上方、與蝸杆22嚙合傳動，蝸輪23上設有與其鍵連的曲軸18，曲 軸18通過連杆17與擺爪25相連，連杆17—端與曲軸18鉸接，另 一端與擺爪25鉸接；光纖纏繞輪盤16通過軸承與固定在箱體1上的 獨立艙體側壁相連接，輪盤軸28的端部套設有與第二驅動軸21上第 一正齒輪24嚙合傳動的第二正齒輪29;獨立艙體上設有導軌35,擺 爪25作為滑塊可往復移動地安裝在導軌35上；第二驅動電機20與 控制系統27電連接。
本實用新型原理及工作過程為
本實用新型的控制部分由高能量密度鋰離子動力電池26和控制 系統27 (本實用新型的控制系統為現有技術)組成，能夠對煤礦井 下救援探測機器人進行運動控制，以及通過纏繞在光纖纏繞輪盤16 上的光纖與控制平臺實現數據傳輸。如圖5所示，煤礦井下救援探測 機器人工作時，控制系統27啟動，系統自檢，如果自檢發現異常， 則電機下電，停止工作；如果自檢正常，機器人在原地靜止，光端機 啟動，接收遙控指令，如果停止指令，則電機下電，工作結束；如果 不停止指令，根據遙控指令使機器人做前進、後退、轉彎等動作，並 通過光纖傳輸視頻、車體狀態等信息。煤礦井下救援探測機器人具體 工作過程為第一驅動電機3接收到遙控指令後工作，通過行星減速機4帶動第一驅動軸IO旋轉，與第一驅動軸IO鍵連的主動鏈輪11
在第一驅動軸10的帶動下一同旋轉，進而通過傳動滾子鏈9驅動從 動鏈輪8旋轉；輸出軸7與從動鏈輪8鍵連，在從動鏈輪8的帶動下， 輸出軸7旋轉，驅動主動輪2旋轉。當箱體l左右兩側的主動輪旋轉 速度相同時，機器人向前或向後移動；當箱體l左右兩側的主動輪旋 轉速度不同時，機器人轉彎。第二驅動電機20接收到遙控指令後工 作，通過行星減速器19帶動第二驅動軸21旋轉，與第二驅動軸21 鍵連的蝸杆22及第一正齒輪24在第二驅動軸21的帶動下同速旋轉， 蝸杆22與蝸輪23嚙合傳動，帶動蝸輪23旋轉，蝸輪23帶動一個曲 軸一連杆一滑塊機構，擺爪25作為滑塊在導軌35上往復運動，用以 限制回收光纖時光纖在光纖纏繞輪盤16上的纏繞位置；第一正齒輪 24通過與第二正齒輪29的嚙合傳動，帶動光纖纏繞輪盤16旋轉， 光纖纏繞輪盤16與曲軸18的轉速比由蝸輪23蝸杆22的傳動比和正 齒輪24的傳動比預先設定，以便有效地控制光纖回收時光纖在光纖 纏繞輪盤16上的纏繞位置。
本實用新型的四個主動輪的輪胎為巿購產品，購置於為焦作巿恆 成橡膠有限公司生產的礦用防爆輪胎，規格4. 00-12。
權利要求1. 一種煤礦井下救援探測機器人，其特徵在於包括箱體(1)、主動輪(2)及光纖收放機構(5)，主動輪(2)對稱設置在箱體(1)的兩側，與箱體(1)內的驅動裝置相連接；光纖收放機構(5)安裝在箱體(1)內，光纖收入機構(5)及驅動裝置中的驅動電機分別與控制系統(27)電連接。
2. 按權利要求l所述的煤礦井下救援探測機器人，其特徵在於 所述驅動裝置有兩個、彼此反向安裝在箱體(l)內，分別驅動箱體 兩側的主動輪；每一個驅動裝置均包括第一驅動電機(3)、行星減速 機(4)、第一驅動軸(10)、主動鏈輪(11)、從動鏈輪(8)、傳動滾 子鏈(9)及輸出軸(7),第一驅動軸(10)通過行星減速機(4)與 第一驅動電機(3)相連接，在第一驅動軸(10)上套設有主動鏈輪(11) ;輸出軸(7)安裝在箱體(1)上並由箱體(1)穿出，穿出端 設有主動輪(2),在輸出軸(7)上套設有從動鏈輪(8),通過傳動 滾子鏈(9)與主動鏈輪(11)相連接。
3. 按權利要求l所述的煤礦井下救援探測機器人，其特徵在於 在主動輪(2 )與箱體(1)之間設有安裝在箱體(1)上的減震裝置(6)。
4. 按權利要求3所述的煤礦井下救援探測機器人，其特徵在於 所述減震裝置(6 )包括固定支架(12 )、活動支架(13 )、支柱(l4 ) 及彈簧(15)，固定支架(12)安裝在箱體(1)的外側面，固定支架(12) 上均布有通孔(31);活動支架(13)包括上、下臺板(33、 34)及軸(32),軸(32)的兩端分別固接在上、下臺板(33、 34) 上，軸(3"上設有隔板(30),帶有隔板(30)的軸(32)由通孔(31)穿過，可在通孔(31)內往復運動；通孔(31)內、隔板(30) 的上下兩側均設有抵接在隔板(30 )上的彈簧(15 );在活動支架(13 ) 的上、下臺板(33、 34)之間安裝有與輸出軸(7)相連接的支柱(14)。
5. 按權利要求l所述的煤礦井下救援探測機器人，其特徵在於 所述光纖收放機構(5)安裝在箱體(1)內後部的獨立艙體，包括光 纖纏繞輪盤(16)、連杆(17)、曲軸(18)、行星減速器(19)、第二 驅動電機(20)、第二驅動軸(21)、蝸杆(22)、蝸輪(23)、正齒輪及擺爪(25),第二驅動軸(21)的一端通過行星減速器(19)與第 二驅動電機(20)相連，另一端分別連接有蝸杆(22)及第一正齒輪 (2鬥)；蝸輪(")位於蝸杆(")的上方、與蝸杆(")嚙合傳動， 蝸輪(23 )上設有曲軸(18 ),曲軸(18 )通過連杆(17 )與擺爪(25 ) 相連；光纖纏繞輪盤(16)安裝在獨立艙體上，輪盤軸(28)的端部 套設有與蝸杆(22 )上第一正齒輪(24 )嚙合傳動的第二正齒輪(29 ); 獨立艙體上設有導軌(35 ),擺爪(25 )可往復移動地安裝在導軌(35 ) 上。
6.按權利要求l所述的煤礦井下救援探測機器人，其特徵在於 主動輪(2)為四個，對稱設置在箱體(1)的兩側；主動輪(2)的 直徑大於箱體(1)的高度。
專利摘要本實用新型屬於機器人技術領域，具體地說是一種煤礦井下救援探測機器人。包括箱體、主動輪及光纖收放機構，主動輪對稱設置在箱體的兩側，與箱體內的驅動裝置相連接；光纖收放機構安裝在箱體內，光纖收入機構及驅動裝置中的驅動電機分別與控制系統電連接。本實用新型結構簡單、靈活；大直徑輪具有良好的爬坡和越障性能；在主動輪與箱體之間安裝了減震裝置，在不影響機器人工作的同時，延長了機器人的使用壽命；本實用新型與控制平臺實現數據傳輸的光纖可通過光纖收入機構控制收放，有效地控制了光纖回收時的纏繞位置；車體採取整體隔爆的設計形式，可以在煤礦井下礦難現場的含有爆炸性氣體環境的1區工作，同時具有防塵、防水的性能。
文檔編號B62D63/00GK201249820SQ200820014688
公開日2009年6月3日 申請日期2008年8月8日 優先權日2008年8月8日
發明者吳鎮煒, 郎智明, 華 鍾, 韓建達 申請人:中國科學院瀋陽自動化研究所