煤礦井下應急救援無線通信網絡搭建系統及方法

2023-05-14 13:21:36 1

專利名稱：煤礦井下應急救援無線通信網絡搭建系統及方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，尤其是涉及一種煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統及方法。
背景技術：
煤礦井下發生瓦斯爆炸等事故後，一般情況下，電力、通信系統將嚴重破壞，無法正常使用，給救援工作造成極大困難，也給煤礦救援機器人的研究和應用帶來嚴重瓶頸，致使救援機器人與救援指揮中心、救援機器人與救援機器人之間不能保持良好的通信。目前，已經使用的煤礦救援探測機器人和救援人員的通信大都採用有線通信方式，導致機器人的行為和深入事故現場的距離受限，更無法在多級救援機器人系統中應用。因此，解決救援機器人和救援指揮中心、救援機器人系統各機器人之間的通信問題，快速建立可靠的應急無線通信系統，已經成為煤礦救援機器人推廣應用的關鍵技術問題之一。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種結構緊湊、設計新穎合理，實現方便，智能化程度高的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於包括救援指揮中心計算機和與救援指揮中心計算機無線連接並通信的救援機器人系統，所述救援機器人系統包括沿煤礦井下巷道中所布設的已有運輸通道運行且運行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的運載機器人，所述運載機器人為車輪式機器人，所述運載機器人包括機器人本體一、設置在機器人本體一前側的機器人存放倉和設置在機器人本體一後側的布放系統存放倉，所述機器人存放倉和布放系統存放倉的底部均設置有支撐輪，所述機器人存放倉的倉門上安裝有用於帶動所述倉門開關的倉門開關驅動機構，所述機器人本體一內安裝有用於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、自主導航單元一和測距單元一，所述機器人本體一上安裝有自動排障機構、無線通信單元一以及與環境信息監測單元一、測距單元一和自主導航單元一均相接的控制系統一，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；所述機器人存放倉內存放有用於對煤礦井下相關環境信息進行實時檢測的探測機器人和用於跟隨探測機器人進行通信網絡搭建的布放通信網絡機器人，所述探測機器人為履帶式機器人，所述探測機器人包括機器人本體二，所述機器人本體二內安裝有行走機構二、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與環境信息監測單元二、自主導航單元二和測距單元二均相接的控制系統二，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，且所述控制系統一通過無線通信單元一與救援指揮中心計算機進行雙向通信，所述控制系統二通過無線通信單元二與救援指揮中心計算機進行雙向通信；所述布放通信網絡機器人包括第三機器人本體和設置在第三機器人本體上的中繼器出口二，所述第三機器人本體上安裝有行走機構三，所述第三機器人本體內安裝有對行走機構三進行驅動的驅動機構三、環境信息監測單元三、無線通信單元三和與環境信息監測單元三相接的控制系統三，所述驅動機構三由控制系統三進行控制且其與控制系統三相接，所述無線通信單元三與控制系統三相接，所述控制系統三通過無線通信單元三與救援指揮中心計算機進行雙向通信；所述布放通信網絡機器人上搭載有無線通信中繼器布放系統； 所述布放系統存放倉內存放有無線通信中繼器布放系統，所述無線通信中繼器布放系統包括無線通信中繼器布放裝置和存放在無線通信中繼器布放裝置上的無線通信中繼器，所述布放系統存放倉的一端為開口端且設置有供無線通信中繼器出倉的中繼器出口一；位於所述機器人存放倉內的無線通信中繼器布放裝置與所述控制系統一相接，位於所述布放系統存放倉內的無線通信中繼器布放裝置與所述控制系統三相接。上述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:所述行走機構三為履帶式行走機構，所述第三機器人本體包括內部設置有空腔且頂端敞口的底座和固定連接在底座頂端的頂蓋，所述底座上設置有第一凹陷部，所述頂蓋上設置有第二凹陷部，所述第一凹陷部與第二凹陷部相配合構成了中繼器出口二，所述履帶式行走機構的數量為兩個且兩個所述履帶式行走機構對稱設置在所述底座的兩側，所述底座連接履帶式行走機構的側壁上設置有多個通風孔，所述驅動機構三、環境信息監測單元三、無線通信單元三和控制系統三均設置在底座內部空腔中，所述頂蓋與底座之間設置有用於罩住所述驅動機構
二、環境 目息監測單兀二、無線通 目單兀二和控制系統二的防爆蓋。上述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:所述無線通信中繼器布放裝置包括布放裝置殼體以及設置在布放裝置殼體內且用於將布放裝置殼體內腔分隔成動力倉和無線通信中繼器存放倉的隔板一，所述布放裝置殼體的頂端安裝有上蓋板，所述布放裝置殼體的底部設置有中繼器出口三；所述無線通信中繼器存放倉內設置有與隔板一固定連接的滑動軌和與滑動軌相平行的支撐軌，所述滑動軌與所述支撐軌之間的空間為無線通信中繼器存放軌道，所述動力倉內一端設置有布放電機，所述布放電機與所述控制系統一或所述控制系統三相接，所述布放電機的輸出軸穿過所述隔板一和滑動軌伸入到了所述無線通信中繼器存放倉中，位於所述無線通信中繼器存放倉中的布放電機的輸出軸上安裝有第一帶輪，所述動力倉內另一端設置有從動軸固定臺，所述從動軸固定臺上轉動連接有從動軸，所述從動軸穿過所述隔板一和滑動軌伸入到了所述無線通信中繼器存放倉中，位於所述無線通信中繼器存放倉中的從動軸上安裝有第二帶輪，所述無線通信中繼器存放倉內設置有無線通信中繼器推放組件，所述無線通信中繼器推放組件包括滑動連接在滑動軌上的滑動套頭、轉動連接在滑動套頭上的滑動軸、安裝在滑動軸上的第三帶輪和固定連接在滑動軸上的布放推板，所述滑動軸與所述支撐軌滑動連接，所述第一帶輪、第二帶輪和第三帶輪上連接有同步齒形帶。上述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:所述隔板一的數量為兩塊，相應所述動力倉的數量為兩個且所述無線通信中繼器存放倉的數量為一個，兩個所述動力倉分別位於所述無線通信中繼器存放倉的兩側，所述滑動軌、支撐軌和無線通信中繼器存放軌道的數量均為兩條，所述無線通信中繼器推放組件的數量為兩組。上述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於所述動力倉內設置有布放電機的一端設置有布放電機安裝臺，所述布放電機安裝臺上固定連接有電機安裝夾，所述布放電機通過電機安裝夾安裝在布放電機安裝臺上；所述隔板一和滑動軌上設置有用於安裝支撐布放電機的輸出軸的布放電機軸承和用於安裝支撐從動軸的從動軸承；所述滑動軌上固定連接有用於固定布放電機軸承的布放電機軸承蓋板和用於固定從動軸承的從動軸承蓋板；所述滑動套頭上設置有用於轉動連接所述滑動軸的滑動軸承。上述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於所述無線通信中繼器包括不倒翁底座和連接在不倒翁底座頂端的不倒翁殼體，所述不倒翁底座內設置有重力塊，所述不倒翁殼體內設置有無線通信模塊和用於給無線通信模塊供電的電源模塊，所述不倒翁殼體頂端連接有天線夾持頭，所述天線夾持頭上夾持有通過天線連接導線與無線通信模塊相接的天線。上述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於所述不倒翁底座的形狀為半球形；所述不倒翁殼體由與不倒翁底座連接的通信倉殼體和與通信倉殼體連接的天線連接倉殼體構成，所述天線夾持頭連接在天線連接倉殼體的頂端；所述通信倉殼體的形狀為喇叭狀，所述天線連接倉殼體的形狀為圓柱狀。上述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於所述通信倉殼體內設置有礦用本安接線盒，所述無線通信模塊和電源模塊均安裝在礦用本安接線盒內，所述礦用本安接線盒上設置有供天線連接導線穿過的天線連接孔；所述不倒翁底座的頂部固定連接有隔板二，所述隔板二上設置有減震橡膠墊，所述礦用本安接線盒設置在所述減震橡膠墊上且與所述減震橡膠墊上一起固定連接在所述隔板二上。上述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於所述礦用本安接線盒由底板、固定連接在底板上的盒體和活動連接在盒體上的盒蓋構成，所述底板上設置有螺紋孔，所述天線連接孔設置在盒體側壁上。本發明還提供了一種數據處理速度快、數據處理能力強，實時性好，工作可靠性高，實現方便的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建方法，其特徵在於該方法包括以下步驟步驟一、運載機器人攜帶所述機器人存放倉內的探測機器人和布放通信網絡機器人，以及所述布放系統存放倉內的無線通信中繼器布放系統進入煤礦事故井下，其中，布放通信網絡機器人上搭載有無線通信中繼器布放系統；步驟二、煤礦井下環境信息、通信信號強度和地理信息的檢測及上傳運載機器人沿煤礦井下巷道中所布設的已有運輸通道運行且運行過程中，通過環境信息監測單元一對煤礦井下環境信息進行實時檢測，並通過無線通信單元一對煤礦井下通信信號強度進行實時檢測，同時，通過自主導航單元一和測距單元一對運載機器人所處位置處的地理信息進行實時檢測，控制系統一採集環境信息監測單元一所檢測到的煤礦井下環境信息和無線通信單元一所檢測到的煤礦井下通信信號強度a，以及自主導航單元一和測距單元一所檢測到的煤礦井下地理信息，並通過無線通信單元一傳輸給救援指揮中心計算機；
步驟三、煤礦井下環境信息及通信信號強度的分析處理控制系統一調用環境信息及通信信號強度數據處理模塊對煤礦井下環境信息和煤礦井下通信信號強度a進行分析處理，先將煤礦井下通信信號強度a與預先設定的設備正常運行通信信號強度b相比較，當a〈b，再判斷煤礦井下環境信息是否能夠達到無線通信中繼器正常工作要求，當煤礦井下環境信息能夠達到無線通信中繼器正常工作要求時，控制系統一控制位於所述布放系統存放倉內的無線通信中繼器布放裝置布放一個無線通信中繼器到煤礦井下，同時，無線通信中繼器布放裝置反饋其運行信號給控制系統一，控制系統一將無線通信中繼器布放裝置的運行信號通過無線通信單元一傳輸給救援指揮中心計算機；反之，當a > 13時，或a〈b但是煤礦井下環境信息不能達到無線通信中繼器正常工作要求時，均返回步驟二 ；步驟四、布放的無線通信中繼器所處位置處無線通信信號強度及其自身信息的檢測及上傳布放到煤礦井下的無線通信中繼器對其所處位置處的無線通信信號強度進行實時檢測，並將其檢測到的無線通信信號強度以及其MAC地址、IP位址和通信信息量實時傳輸給救援指揮中心計算機；步驟五、煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖的繪製首先，救援指揮中心計算機接收控制系統一傳輸的煤礦井下環境信息、煤礦井下通信信號強度a、煤礦井下地理信息和無線通信中繼器布放裝置的運行信號，以及無線通信中繼器傳輸的無線通信信號強度、MAC地址、IP位址和通信信息量並進行存儲；然後，救援指揮中心計算機調用煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖繪製模塊，將以上接收並存儲的信息繪製到預先存儲在救援指揮中心計算機中的礦井巷道地圖上，繪製出的地圖即為煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖；步驟六、循環步驟一到步驟四，直至救援指揮中心計算機根據控制系統一傳輸的無線通信中繼器布放裝置的運行信號判斷出布放系統存放倉內攜帶的無線通信中繼器的剩餘數量為零，或根據控制系統一傳輸的煤礦井下地理信息判斷出運載機器人的運輸通道發生了中斷，此時，通過救援指揮中心計算機發出示警信號，工作人員看到示警信號後通過救援指揮中心計算機輸入所述機器人存放倉的倉門打開的控制信號和探測機器人出倉的控制信號，所述控制系統一通過無線通信單元一接收救援指揮中心計算機發送的倉門打開的控制信號並控制倉門開關驅動機構帶動所述機器人存放倉的倉門打開，所述控制系統二通過無線通信單元二接收救援指揮中心計算機發送的探測機器人出倉的控制信號並通過驅動機構二驅動行走機構二帶動所述探測機器人出倉進入煤礦井下巷道，控制系統三通過環境信息監測單元三檢測到探測機器人已出倉的信號並通過無線通信單元三將環境信息監測單元三檢測到的信號實時傳輸給救援指揮中心計算機，工作人員根據顯示在所述救援指揮中心計算機上的環境信息監測單元三上傳的數據，輸出相應的行走控制信號給所述布放通信網絡機器人，所述布放通信網絡機器人中的控制系統三通過無線通信單元三接收救援指揮中心計算機發送的行走控制信號並通過驅動機構三驅動行走機構三，使得布放通信網絡機器人跟隨探測機器人的行走路逕行走；步驟七、煤礦井下通信信號強度的二次檢測及上傳所述布放通信網絡機器人行走過程中，通過無線通信單元三對煤礦井下通信信號強度進行實時檢測，控制系統三採集無線通信單元三所檢測到的煤礦井下通信信號強度C，並通過無線通信單元三傳輸給救援指揮中心計算機；
步驟八、二次檢測的煤礦井下通信信號強度的分析處理控制系統三通信信號強度數據處理模塊對二次檢測的煤礦井下通信信號強度c進行分析處理，將二次檢測的煤礦井下通信信號強度C與預先設定的設備正常運行通信信號強度b相比較，當c〈b，控制系統三控制搭載在所述布放通信網絡機器人上的無線通信中繼器布放裝置布放一個無線通信中繼器到煤礦井下，同時，無線通信中繼器布放裝置反饋其運行信號給控制系統三，控制系統三將無線通信中繼器布放裝置的運行信號通過無線通信單元三傳輸給救援指揮中心計算機；反之，當C>b時,返回步驟七；步驟九、布放的無線通信中繼器所處位置處無線通信信號強度及其自身信息的檢測及上傳布放到煤礦井下的無線通信中繼器對其所處位置處的無線通信信號強度進行實時檢測，並將其檢測到的無線通信信號強度以及其MAC地址、IP位址和通信信息量實時傳輸給救援指揮中心計算機；步驟十、煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖的更新首先，救援指揮中心計算機接收控制系統三傳輸的煤礦井下通信信號強度c和無線通信中繼器布放裝置的運行信號，以及無線通信中繼器傳輸的無線通信信號強度、MAC地址、IP位址和通信信息量並進行存儲；然後，救援指揮中心計算機調用煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖更新模塊，將以上接收並存儲的信息繪製到步驟四所繪製的煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖上，完成煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖的更新；步驟十一、循環步驟七到步驟十，直至完成煤礦井下應急救援無線通信網絡的搭建。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明設計新穎合理，實現方便，使用操作便捷。2、本發明能夠使得救援機器人系統中的各機器人與地面人員進行可靠事實通信，將探測機器人快速、準確的運送到指定位置，並將井下環境信息、機器人工作狀態信息、井下通信系統運行狀態信息等重要的救援信息數據安全穩定傳輸至救援指揮中心。3、本發明能夠實現無線通信系統中無線通信中繼器在複雜環境中便攜、易投擲，易保持最佳通信姿態。4、本發明是在兩級機器人系統基礎上，自主搭建針對兩級機器人系統在井下無人環境中的應急救援無線通信網絡系統，通過無線通信技術在井下的應用以及針對兩級機器人系統應用無線通信網絡監控，確定井下通信網絡運行現狀，將運行狀態信息應用於無線通信中繼器布放分析，自主制定布放無線通信中繼器方案，驅動無線通信中繼器布放裝置或布放通信網絡機器人，將攜帶的無線通信中繼器按照布放節點方案放置於指定位置，完成通信網絡的覆蓋和延伸，並實時監控監測搭建通信系統，將兩級機器人系統在井下工作過程中通信系統出現的問題，通過應用煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖及井下路徑規劃共享方法(即布放通信網絡機器人實際運行時，是通過地面控制中心計算機的操控，沿著探測機器人之前行走過的路線進行行走)，驅動布放通信網絡機器人進行自主規劃恢復井下通信網絡，從而無死角的保證兩級機器人在井下的正常工作。5、本發明實現了井下探測機器人在無人環境中，實時監控監測井下通信環境變化情況，自主規劃通信網絡搭建決策，克服了目前井下應急有線通信和局部無線通信的局限性，對於實現可靠、穩定的井下網際網路通信，以及快速、準確搭建兩級機器人系統的應急救援無線通信網絡系統具有重要意義。6、本發明提出了兩級救援機器人系統(運載機器人和探測機器人)在井下無人環境中的自主搭建無線通信系統的方法，即運載機器人在運送探測機器人的過程中，邊行進邊布放通信中繼，與救援指揮中心保持良好的無線通信；探測機器人在離開運載機器人後，布放通信網絡機器人跟隨探測機器人邊行進邊布放無線通信中繼器，與運載機器人保持良好的無線通信，從而構建運載機器人與救援指揮中心、運載機器人與探測機器人的應急救援通訊系統，實施對井下事故現場的有效探測，為救援指揮中心開展科學有效的救援提供第一手資料。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發明的結構示意圖。圖2為本發明的電路框圖。圖3為本發明兩級煤礦救援機器人的內部結構示意圖。圖4為本發明布放通信網絡機器人的立體圖。圖5為本發明第三機器人本體的整體結構示意圖。圖6為本發明第三機器人本體的分解結構示意圖。圖7為本發明無線通 信中繼器布放裝置的結構示意圖。圖8為圖7的A-A視圖。圖9為本發明同步齒形帶與其它各部件的連接關係示意圖。圖10為本發明無線通信中繼器推放組件的結構示意圖。圖11為本發明無線通信中繼器的立體圖。圖12為本發明無線通信中繼器的內部結構示意圖。圖13為本發明礦用本安接線盒的結構示意圖。圖14為本發明煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建方法的方法流程圖。附圖標記說明:1-1一機器人本體一 ；1-2—機器人存放倉； 1-3—布放系統存放倉；1-4 一倉門開關驅動機構；1-5—行走機構一；1-6—驅動機構一；1-7—環境信息監測單元一 ；1-8—自主導航單元一；1-9 一測距單元一；1-10—自動排障機構；1-11 一無線通信單元一；1-12—控制系統一；1-13—支撐輪；2-1—機器人本體二 ；2-2—行走機構二 ；2-3—驅動機構二 ；2-4—環境信息監測單元二 ；2_5—自主導航單元二 ；2-6-測距單元二 ；2-7-無線通信單元二 ； 2_8_控制系統二 ；3-1—底座；3-2—頂蓋；3-3—通風孔；3_4_防爆蓋；3_5_履帶式行走機構； 3_6_驅動機構二；3-7—環境信息監測單元三；3_8—控制系統三；3-9一無線通/[目單兀二 ； 4-1一布放裝置殼體； 4-2—隔板一；4-3—滑動軌；4-4一支撐軌；4-5—無線通信中繼器存放軌道；4-6一布放電機；4_7—第一帶輪；4_8—從動軸固定臺；4-9—從動軸；4-10—第二帶輪；4-11 一滑動套頭；4-12—滑動軸；13—第三帶輪；4-14一布放推板；4-15—同步齒形帶；4-16—布放電機安裝臺；4_17—布放電機軸承；4-18一從動軸承；4_19一布放電機軸承蓋板；4-20—從動軸承蓋板；4-21—滑動軸承；4_22—上蓋板；4-23—電機安裝夾；4-24—動力倉；4_25—無線通信中繼器存放倉；5-1—不倒翁底座；5-2—通信倉殼體；5-3—天線連接倉殼體；5-4—天線夾持頭；5-5—天線；5-6—重力塊；5-7一無線通信模塊；5_8—電源模塊；5_9—礦用本安接線盒；5-91—天線連接孔；5-92—底板；5-93—盒體；5-94—盒蓋；5-95—螺紋孔；5-10—隔板二 ；5-11—減震橡膠墊；5-12—天線連接導線；5-13—第一螺栓；5-14一第一螺母；5-15—第二螺檢；5-16—第二螺母；6—救援指揮中心計算機；7-1—中繼器出口一 ；7-2—中繼器出口二；7-3—中繼器出口三；8— U型箍筋。
具體實施例方式如圖1、圖2和圖3所示，本發明所述的煤礦井下無線通信網絡自主搭建系統，包括救援指揮中心計算機6和與救援指揮中心計算機6無線連接並通信的救援機器人系統，所述救援機器人系統包括沿煤礦井下巷道中所布設的已有運輸通道運行且運行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的運載機器人，所述運載機器人為車輪式機器人，所述運載機器人包括機器人本體一 1-1、設置在機器人本體一 1-1前側的機器人存放倉1-2和設置在機器人本體一 1-1後側的布放系統存放倉1-3,所述機器人存放倉
1-2和布放系統存放倉1-3的底部均設置有支撐輪1-13，所述機器人存放倉1-2的倉門上安裝有用於帶動所述倉門開關的倉門開關驅動機構1-4，所述機器人本體一 1-1內安裝有用於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 1-5、對行走機構一 1-5進行驅動的驅動機構一 1-6、環境信息監測單元一 1-7、自主導航單元一 1-8和測距單元一
1-9，所述機器人本體一 1-1上安裝有自動排障機構1-10、無線通信單元一 1-11以及與環境信息監測單元一 1-7、測距單元一 1-9和自主導航單元一 1-8均相接的控制系統一 1-12，所述倉門開關驅動機構1-4、自動排障機構1-10和驅動機構一 1-6均由控制系統一 1-12進行控制且三者均與控制系統一 1-12相接，所述無線通信單元一 1-11與控制系統一 1-12相接；

具體實施時，所述運載機器人中採用了申請日為2010年09月27日、申請號為201010295904.3的中國專利公開的兩級煤礦救援機器人系統中的運載機器人，除了將機器人存放倉1-2改設在了機器人本體一 1-1前側，在機器人本體一 1-1後側增設了布放系統存放倉1-3，且機器人存放倉1-2和布放系統存放倉1-3的底部均設置有支撐輪1-13，布放系統存放倉1-3的一端為開口端並設置有供無線通信中繼器5出倉的中繼器出口一 7-1夕卜，其餘結構、形狀、連接關係和工作原理均與已公開的運載機器人相同。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組成的軌道。所述布放系統存放倉1-3、機器人本體一 1-1和機器人存放倉1-2從後到前形成了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後、中、前三部分，其後部為機器人存放倉1-2、中部為機器人本體
一1_1、前部為布放系統存放倉1-3。所述機器人存放倉1-2內存放有用於對煤礦井下相關環境信息進行實時檢測的探測機器人和用於跟隨探測機器人進行通信網絡搭建的布放通信網絡機器人，所述探測機器人為履帶式機器人，所述探測機器人包括機器人本體二 2-1，所述機器人本體二 2-1內安裝有行走機構二 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 2-7以及與環境信息監測單元
二2-4、自主導航單元二 2-5和測距單元二 2-6均相接的控制系統二 2-8，所述驅動機構二
2-3由控制系統二2-8進行控制且其與控制系統二 2-8相接，所述無線通信單元二 2-7與控制系統二 2-8相接，所述控制系統一 1-12與控制系統二 2-8之間通過無線通信單元一 1-11和無線通信單元二 2-7進行雙向通信，且所述控制系統一 1-12通過無線通信單元一 1-11與救援指揮中心計算機6進行雙向通信，所述控制系統二 2-8通過無線通信單元二 2-7與救援指揮中心計算機6進行雙向通信；具體實施時，所述探測機器人採用了申請日為2010年09月27日、申請號為201010295904. 3的中國專利公開的兩級煤礦救援機器人系統中的探測機器人，且其結構、形狀、連接關係和工作原理均與已公開的探測機器人完全相同。結合圖4，所述布放通信網絡機器人包括第三機器人本體和設置在第三機器人本體上的中繼器出口二 7-2，所述第三機器人本體上安裝有行走機構三，所述第三機器人本體內安裝有對行走機構三進行驅動的驅動機構三3-6、環境信息監測單元三3-7、無線通信單元三3-9和與環境信息監測單元三3-7相接的控制系統三3-8，所述驅動機構三3-6由控制系統三3-8進行控制且其與控制系統三3-8相接，所述無線通信單元三3-9與控制系統三3-8相接，所述控制系統三3-8通過無線通信單元三3-9與救援指揮中心計算機6進行雙向通信；所述布放通信網絡機器人上搭載有無線通信中繼器布放系統；所述布放系統存放倉1-3內存放有無線通信中繼器布放系統，所述無線通信中繼器布放系統包括無線通信中繼器布放裝置4和存放在無線通信中繼器布放裝置4上的無線通信中繼器5，所述布放系統存放倉1-3的一端為開口端且設置有供無線通信中繼器5出倉的中繼器出口一 7-1 ;位於所述機器人存放倉1-2內的無線通信中繼器布放裝置4與所述控制系統一 1-12相接，位於所述布放系統存放倉1-3內的無線通信中繼器布放裝置4與所述控制系統三3-8相接。結合圖5和圖6，本實施例中，所述行走機構三為履帶式行走機構3-5，所述第三機器人本體包括內部設置有空腔且頂端敞口的底座3-1和固定連接在底座3-1頂端的頂蓋
3-2，所述底座3-1上設置有第一凹陷部，所述頂蓋3-2上設置有第二凹陷部，所述第一凹陷部與第二凹陷部相配合構成了中繼器出口二 7-2，所述履帶式行走機構3-5的數量為兩個且兩個所述履帶式行走機構3-5對稱設置在所述底座3-1的兩側，所述底座3-1連接履帶式行走機構3-5的側壁上設置有多個通風孔3-3，所述驅動機構三3-6、環境信息監測單元三3-7、無線通信單元三3-9和控制系統三3-8均設置在底座3-1內部空腔中，所述頂蓋3_2與底座3-1之間設置有用於罩住所述驅動機構三3-6、環境信息監測單元三3-7、無線通信單元三3-9和控制系統三3-8的防爆蓋3-4。本實施例中，所述行走機構三為履帶式行走機構3-5，能夠適應煤礦井下顛簸不平的路面，使得所述布放通信網絡機器人具有較強的運動穩定性、機動性、靈活性和對環境的適應性。實際使用過程中，根據煤礦井下路面的實際狀況，所述行走機構三也可以採用輪式行走機構。所述環境信息監測單元3-7包括用於對環境中一氧化碳氣體濃度進行實時檢測的一氧化碳傳感器、用於對環境中氧氣濃度進行實時檢測的氧氣濃度傳感器、用於對環境中瓦斯濃度進行實時檢測的瓦斯傳感器、用於對環境中溫度進行實時檢測的溫度傳感器和用於對圖像信息進行實時採集的攝像機。實際操作過程中，位於地面上的工作人員可以通過所述地面控制中心計算機6與無線通信單元一 1-11向控制系統一 1-12發送遠程控制信號以對運載機器人進行遙控，同時運載機器人運行過程中，通過無線通信單元一 1-11將其實時所檢測信號同步傳至所述地面控制中心計算機6。並且，實際使用過程中，運載機器人與探測機器人之間通過無線通信單元一 1-11和無線通信單元二 2-7進行雙向通信，實現運載機器人對探測機器人進行自動控制的功能，並且探測機器人的控制系統二 2-8將其工作狀態及實時檢測參數同步傳送至運載機器人的控制系統一 1-12。另外，探測機器人離開運載機器人進行自主運行後，位於地面上的工作人員可以通過所述地面控制中心計算機6與無線通信單元二 2-7向控制系統
二2-8發送遠程控制信號以對探測機器人進行遙控；同時，探測機器人運行過程中，通過無線通信單元二 2-7將其實時所檢測信號同步傳送至所述地面控制中心計算機6。另外，位於地面上的工作人員還可以通過所述地面控制中心計算機6與無線通信單元三3-9向控制系統三3-10發送遠程控制信號以對布放通信網絡機器人進行遙控，同時布放通信網絡機器人運行過程中，通過無線通信單元三3-9將其實時所檢測信號同步傳至所述地面控制中心計算機6。所述運載機器人實際運行過程中，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 1-11傳送至所述地面控制中心計算機6 ;當所述運載機器人被障礙物阻止或軌道收到破壞不能繼續前移時，則打開倉門，放下探測機器人和布放通信網絡機器人，探測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 2-7傳送至地面。所述布放通信網絡機器人實際運行時，是通過地面控制中心計算機6的操控，沿著探測機器人之前行走過的路線進行行走，簡化了運載機器人的路徑規劃問題。結合圖7、圖8、圖9和圖10，本實施例中，所述無線通信中繼器布放裝置4包括布放裝置殼體4-1以及設置在布放裝置殼體4-1內且用於將布放裝置殼體4-1內腔分隔成動力倉4-24和無線通信中繼器存放倉4-25的隔板一 4-2，所述布放裝置殼體4-1的頂端安裝有上蓋板4-22，所述布放裝置殼體4-1的底部設置有中繼器出口三7-3 ;所述無線通信中繼器存放倉4-25內設置有與隔板一 4-2固定連接的滑動軌4-3和與滑動軌4_3相平行的支撐軌4-4，所述滑動軌4-3與所述支撐軌4-4之間的空間為無線通信中繼器存放軌道4-5，所述動力倉4-24內一端設置有布放電機4-6,所述布放電機4-6與所述控制系統一 1_12或所述控制系統三3-8相接，所述布放電機4-6的輸出軸穿過所述隔板一 4-2和滑動軌4-3伸入到了所述無線通信中繼器存放倉4-25中，位於所述無線通信中繼器存放倉4-25中的布放電機4-6的輸出軸上安裝有第一帶輪4-7，所述動力倉4-24內另一端設置有從動軸固定臺4-8,所述從動軸固定臺4-8上轉動連接有從動軸4-9,所述從動軸4-9穿過所述隔板一 4-2和滑動軌4-3伸入到了所述無線通信中繼器存放倉4-25中，位於所述無線通信中繼器存放倉4-25中的從動軸4-9上安裝有第二帶輪4-10，所述無線通信中繼器存放倉4_25內設置有無線通信中繼器5推放組件，所述無線通信中繼器5推放組件包括滑動連接在滑動軌4-3上的滑動套頭4-11、轉動連接在滑動套頭4-11上的滑動軸4-12、安裝在滑動軸
4-12上的第三帶輪4-13和固定連接在滑動軸4-12上的布放推板4_14，所述滑動軸4_12與所述支撐軌4-4滑動連接，所述第一帶輪4-7、第二帶輪4-10和第三帶輪4-13上連接有同步齒形帶4-15。結合圖7、圖8、圖9和圖10，本實施例中，所述隔板一 4_2的數量為兩塊，相應所述動力倉4-24的數量為兩個且所述無線通信中繼器存放倉4-25的數量為一個，兩個所述動力倉4-24分別位於所述無線通信中繼器存放倉4-25的兩側，所述滑動軌4-3、支撐軌4_4和無線通信中繼器存放軌道4-5的數量均為兩條，所述無線通信中繼器5推放組件的數量為兩組。所述動力倉4-24內設置有布放電機4-6的一端設置有布放電機安裝臺4-16,所述布放電機安裝臺4-16上固定連接有電機安裝夾4-23，所述布放電機4-6通過電機安裝夾
4-23安裝在布放電機安裝臺4-16上；所述隔板一4-2和滑動軌4_3上設置有用於安裝支撐布放電機4-6的輸出軸的布放電機軸承4-17和用於安裝支撐從動軸4-9的從動軸承4-18 ；所述滑動軌4-3上固定連接有用於固定布放電機軸承4-17的布放電機軸承蓋板4-19和用於固定從動軸承4-18的從動軸承蓋板4-20 ;所述滑動套頭4-11上設置有用於轉動連接所述滑動軸4-12的滑動軸承4-21。本實施例中，所述布放電機4-6為自帶驅動器的直流電機，通過控制系統一 1-12或控制系統三3-10就可以直接進行控制，且所帶的驅動器能夠將布放電機4-6的運行信號反饋給控制系統一 1-12或控制系統三3-10。所述上蓋板4-22由內層的橡膠板和外層的壓板構成。具體實施時，將無線通信中繼器布放裝置4通過U型箍筋8固定連接在所述第三機器人本體上，具體而言，是將U型箍筋8通過螺栓與所述頂蓋3-2固定連接。當需要布放無線通信中繼器時，控制系統一 1-12或控制系統三3-10控制布放電機4-6旋轉過合適的角度,布放電機4-6帶動第一帶輪4-7旋轉,第一帶輪4-7通過同步齒形帶4-15帶動第二帶輪4-10和第三帶輪4-13旋轉，第三帶輪4_13帶動滑動軸4_12旋轉，使得滑動套頭4-11沿滑動軌4-3滑動，從而使得布放推板4-14前進，推動無線通信中繼器5，使得原來位於中繼器出口三7-3附近的無線通信中繼器5從中繼器出口三7-3中落下。結合圖11和圖12，本實施例中，所述無線通信中繼器5包括不倒翁底座5-1和連接在不倒翁底座5-1頂端的不倒翁殼體，所述不倒翁底座5-1內設置有重力塊5-6，所述不倒翁殼體內設置有無線通信模塊5-7和用於給無線通信模塊5-7供電的電源模塊5-8，所述不倒翁殼體頂端連接有天線夾持頭5-4，所述天線夾持頭5-4上夾持有通過天線連接導線
5-12與無線通信模塊5-7相接的天線5-5。結合圖11和圖12，本實施例中，所述不倒翁底座5-1的形狀為半球形；所述不倒翁殼體由與不倒翁底座5-1連接的通信倉殼體5-2和與通信倉殼體5-2連接的天線5-5連接倉殼體5-3構成,所述天線夾持頭5-4連接在天線5-5連接倉殼體5-3的頂端；所述通信倉殼體5-2的形狀為喇叭狀，所述天線5-5連接倉殼體5-3的形狀為圓柱狀。所述通信倉殼體5-2內設置有礦用本安接線盒5-9，所述無線通信模塊5-7和電源模塊5-8均安裝在礦用本安接線盒5-9內，所述礦用本安接線盒5-9上設置有供天線連接導線5-12穿過的天線連接孔5-91 ;所述不倒翁底座5-1的頂部固定連接有隔板二 5-10，所述隔板二 5-10上設置有減震橡膠墊5-11，所述礦用本安接線盒5-9設置在所述減震橡膠墊5-11上且與所述減震橡膠墊5-11上一起固定連接在所述隔板二 5-10上。具體地，所述隔板二 5-10通過第一螺栓5-13和第一螺母5-14固定連接在所述不倒翁底座5-1的頂部，所述礦用本安接線盒5-9和減震橡膠墊5-11通過第二螺栓5-15和第二螺母5-16固定連接在所述隔板二 5_10上。結合圖13，本實施例中，所述礦用本安接線盒5-9由底板5-92、固定連接在底板5-92上的盒體5-93和活動連接在盒體5-93上的盒蓋5_94構成，所述底板5_92上設置有螺紋孔5-95，所述天線連接孔5-91設置在盒體5-93側壁上。結合圖14，本發明所述的煤礦井下無線通信網絡自主搭建方法，包括以下步驟步驟一、運載機器人攜帶所述機器人存放倉1-2內的探測機器人和布放通信網絡機器人，以及所述布放系統存放倉1-3內的無線通信中繼器布放系統進入煤礦事故井下，其中，布放通信網絡機器人上搭載有無線通信中繼器布放系統；步驟二、煤礦井下環境信息、通信信號強度和地理信息的檢測及上傳運載機器人沿煤礦井下巷道中所布設的已有運輸通道運行且運行過程中，通過環境信息監測單元一1-7對煤礦井下環境信息進行實時檢測，並通過無線通信單元一 1-11對煤礦井下通信信號強度進行實時檢測，同時，通過自主導航單元一 1-8和測距單元一 1-9對運載機器人所處位置處的地理信息進行實時檢測，控制系統一 1-12採集環境信息監測單元一 1-7所檢測到的煤礦井下環境信息和無線通信單元一 1-11所檢測到的煤礦井下通信信號強度a，以及自主導航單元一 1-8和測距單元一 1-9所檢測到的煤礦井下地理信息，並通過無線通信單元一1-11傳輸給救援指揮中心計算機6 ；步驟三、煤礦井下環境信息及通信信號強度的分析處理控制系統一 1-12調用環境信息及通信信號強度數據處理模塊對煤礦井下環境信息和煤礦井下通信信號強度a進行分析處理，先將煤礦井下通信信號強度a與預先設定的設備正常運行通信信號強度b相比較，當a〈b，再判斷煤礦井下環境信息是否能夠達到無線通信中繼器5正常工作要求，當煤礦井下環境信息能夠達到無線通信中繼器5正常工作要求時，控制系統一 1-12控制位於所述布放系統存放倉1-3內的無線通信中繼器布放裝置4布放一個無線通信中繼器5到煤礦井下，同時，無線通信中繼器布放裝置4反饋其運行信號給控制系統一 1-12，控制系統一
1-12將無線通信中繼器布放裝置4的運行信號通過無線通信單元一 1-11傳輸給救援指揮中心計算機6;反之，當a > b時，或a〈b但是煤礦井下環境信息不能達到無線通信中繼器5正常工作要求時，均返回步驟二 ；步驟四、布放的無線通信中繼器5所處位置處無線通信信號強度及其自身信息的檢測及上傳布放到煤礦井下的無線通信中繼器5對其所處位置處的無線通信信號強度進行實時檢測，並將其檢測到的無線通信信號強度以及其MAC地址、IP位址和通信信息量實時傳輸給救援指揮中心計算機6 ；步驟五、煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖的繪製首先，救援指揮中心計算機6接收控制系統一 1-12傳輸的煤礦井下環境信息、煤礦井下通信信號強度a、煤礦井下地理信息和無線通信中繼器布放裝置4的運行信號，以及無線通信中繼器5傳輸的無線通信信號強度、MAC地址、I P地址和通信信息量並進行存儲；然後，救援指揮中心計算機6調用煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖繪製模塊，將以上接收並存儲的信息繪製到預先存儲在救援指揮中心計算機6中的礦井巷道地圖上，繪製出的地圖即為煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖；步驟六、循環步驟一到步驟四，直至救援指揮中心計算機6根據控制系統一 1-12傳輸的無線通信中繼器布放裝置4的運行信號判斷出布放系統存放倉1-3內攜帶的無線通信中繼器5的剩餘數量為零，或根據控制系統一 1-12傳輸的煤礦井下地理信息判斷出運載機器人的運輸通道發生了中斷，此時，通過救援指揮中心計算機6發出示警信號，工作人員看到示警信號後通過救援指揮中心計算機6輸入所述機器人存放倉1-2的倉門打開的控制信號和探測機器人出倉的控制信號，所述控制系統一 1-12通過無線通信單元一 1-11接收救援指揮中心計算機6發送的倉門打開的控制信號並控制倉門開關驅動機構1-4帶動所述機器人存放倉1-2的倉門打開，所述控制系統二 2-8通過無線通信單元二 2-7接收救援指揮中心計算機6發送的探測機器人出倉的控制信號並通過驅動機構二 2-3驅動行走機構二
2-2帶動所述探測機器人出倉進入煤礦井下巷道，控制系統三3-8通過環境信息監測單元三3-7檢測到探測機器人已出倉的信號並通過無線通信單元三3-9將環境信息監測單元三
3-7檢測到的信號實時傳輸給救援指揮中心計算機6，工作人員根據顯示在所述救援指揮中心計算機6上的環境信息監測單元三3-7上傳的數據，輸出相應的行走控制信號給所述布放通信網絡機器人，所述布放通信網絡機器人中的控制系統三3-8通過無線通信單元三3-9接收救援指揮中心計算機6發送的行走控制信號並通過驅動機構三3-6驅動行走機構三，使得布放通信網絡機器人跟隨探測機器人的行走路逕行走；步驟七、煤礦井下通信信號強度的二次檢測及上傳所述布放通信網絡機器人行走過程中，通過無線通信單元三3-9對煤礦井下通信信號強度進行實時檢測，控制系統三3-8採集無線通信單元三3-9所檢測到的煤礦井下通信信號強度C，並通過無線通信單元三
3-9傳輸給救援指揮中心計算機6 ；步驟八、二次檢測的煤礦井下通信信號強度的分析處理控制系統三3-8通信信號強度數據處理模塊對二次檢測的煤礦井下通信信號強度c進行分析處理，將二次檢測的煤礦井下通信信號強度C與預先設定的設備正常運行通信信號強度b相比較，當c〈b，控制系統三3-8控制搭載在所述布放通信網絡機器人上的無線通信中繼器布放裝置4布放一個無線通信中繼器5到煤礦井下，同時，無線通信中繼器布放裝置4反饋其運行信號給控制系統三3-8，控制系統三3-8將無線通信中繼器布放裝置4的運行信號通過無線通信單元三
3-9傳輸給救援指揮中心計算機6 ;反之，當c>b時,返回步驟七；步驟九、布放的無線通信中繼器5所處位置處無線通信信號強度及其自身信息的檢測及上傳布放到煤礦井下的無線通信中繼器5對其所處位置處的無線通信信號強度進行實時檢測，並將其檢測到的無線通信信號強度以及其MAC地址、IP位址和通信信息量實時傳輸給救援指揮中心計算機6 ；步驟十、煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖的更新首先，救援指揮中心計算機6接收控制系統三3-8傳輸的煤礦井下通信信號強度c和無線通信中繼器布放裝置4的運行信號，以及無線通信中繼器5傳輸的無線通信信號強度、MAC地址、IP位址和通信信息量並進行存儲；然後，救援指揮中心計算機6調用煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖更新模塊，將以上接收並存儲的信息繪製到步驟四所繪製的煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖上，完成煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖的更新；步驟十一、循環步驟七到步驟十，直至完成煤礦井下應急救援無線通信網絡的搭建。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:包括救援指揮中心計算機(6)和與救援指揮中心計算機(6)無線連接並通信的救援機器人系統，所述救援機器人系統包括沿煤礦井下巷道中所布設的已有運輸通道運行且運行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的運載機器人，所述運載機器人為車輪式機器人，所述運載機器人包括機器人本體一(1-1 )、設置在機器人本體一(1-1)前側的機器人存放倉(1-2)和設置在機器人本體一(1-1)後側的布放系統存放倉(1-3)，所述機器人存放倉(1-2)和布放系統存放倉(1-3)的底部均設置有支撐輪(1-13)，所述機器人存放倉(1-2)的倉門上安裝有用於帶動所述倉門開關的倉門開關驅動機構(1-4)，所述機器人本體一(1-1)內安裝有用於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(1-5)、對行走機構一(1-5)進行驅動的驅動機構一(1-6)、環境信息監測單元一(1-7)、自主導航單元一(1-8 )和測距單元一(1-9 )，所述機器人本體一(1-1)上安裝有自動排障機構(1-10)、無線通信單元一(1-11)以及與環境信息監測單元一(1-7)、測距單元一(1-9)和自主導航單元一(1-8)均相接的控制系統一(1-12)，所述倉門開關驅動機構(1-4)、自動排障機構(1-10)和驅動機構一(1-6)均由控制系統一(1-12)進行控制且三者均與控制系統一(1-12)相接，所述無線通信單元一(1-11)與控制系統一(1-12)相接； 所述機器人存放倉(1-2)內存放有用於對煤礦井下相關環境信息進行實時檢測的探測機器人和用於跟隨探測機器人進行通信網絡搭建的布放通信網絡機器人，所述探測機器人為履帶式機器人，所述探測機器人包括機器人本體二( 2-1 )，所述機器人本體二( 2-1)內安裝有行走機構二(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(2-7)以及與環境信息監測單元二( 2-4)、自主導航單元二( 2-5 )和測距單元二( 2-6 )均相接的控制系統二(2-8)，所述驅動機構二(2-3)由控制系統二(2-8)進行控制且其與控制系統二(2-8)相接，所述無線通信單元二(2-7)與控制系統二(2-8)相接，所述控制系統一(1-12)與控制系統二( 2-8 )之間通過無線通信單元一(1-11)和無線通信單元二( 2-7 )進行雙向通信，且所述控制系統一(1-12)通過無線通信單元一(1-11)與救援指揮中心計算機(6)進行雙向通信，所述控制系統二(2-8)通過無線通信單元二(2-7)與救援指揮中心計算機(6)進行雙向通信；所述布放通 信網絡機器人包括第三機器人本體和設置在第三機器人本體上的中繼器出口二( 7-2 )，所述第三機器人本體上安裝有行走機構三，所述第三機器人本體內安裝有對行走機構三進行驅動的驅動機構三(3-6)、環境信息監測單元三(3-7)、無線通信單元三(3-9)和與環境信息監測單元三(3-7)相接的控制系統三(3-8)，所述驅動機構三(3-6)由控制系統三(3-8 )進行控制且其與控制系統三(3-8 )相接，所述無線通信單元三(3-9 )與控制系統三(3-8 )相接，所述控制系統三(3-8 )通過無線通信單元三(3-9 )與救援指揮中心計算機(6)進行雙向通信；所述布放通信網絡機器人上搭載有無線通信中繼器布放系統；所述布放系統存放倉(1-3)內存放有無線通信中繼器布放系統，所述無線通信中繼器布放系統包括無線通信中繼器布放裝置(4)和存放在無線通信中繼器布放裝置(4)上的無線通信中繼器(5)，所述布放系統存放倉(1-3)的一端為開口端且設置有供無線通信中繼器(5)出倉的中繼器出口一(7-1);位於所述機器人存放倉(1-2)內的無線通信中繼器布放裝置(4)與所述控制系統一(1-12)相接，位於所述布放系統存放倉(1-3)內的無線通信中繼器布放裝置(4)與所述控制系統三(3-8)相接。
2.按照權利要求1所述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:所述行走機構三為履帶式行走機構(3-5)，所述第三機器人本體包括內部設置有空腔且頂端敞口的底座(3-1)和固定連接在底座(3-1)頂端的頂蓋(3-2 )，所述底座(3-1)上設置有第一凹陷部，所述頂蓋(3-2)上設置有第二凹陷部，所述第一凹陷部與第二凹陷部相配合構成了中繼器出口二(7-2)，所述履帶式行走機構(3-5)的數量為兩個且兩個所述履帶式行走機構(3-5)對稱設置在所述底座(3-1)的兩側，所述底座(3-1)連接履帶式行走機構(3-5)的側壁上設置有多個通風孔(3-3)，所述驅動機構三(3-6)、環境信息監測單元三(3-7)、無線通信單元三(3-9)和控制系統三(3-8)均設置在底座(3-1)內部空腔中，所述頂蓋(3-2 )與底座(3-1)之間設置有用於罩住所述驅動機構三(3-6 )、環境信息監測單元三(3-7)、無線通信單元三(3-9)和控制系統三(3-8)的防爆蓋(3-4)。
3.按照權利要求1或2所述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:所述無線通信中繼器布放裝置(4)包括布放裝置殼體(4-1)以及設置在布放裝置殼體(4-1)內且用於將布放裝置殼體(4-1)內腔分隔成動力倉(4-24)和無線通信中繼器存放倉(4-25)的隔板一(4-2)，所述布放裝置殼體(4-1)的頂端安裝有上蓋板(4-22)，所述布放裝置殼體(4-1)的底部設置有中繼器出口三(7-3);所述無線通信中繼器存放倉(4-25)內設置有與隔板一(4-2)固定連接的滑動軌(4-3)和與滑動軌(4-3)相平行的支撐軌(4-4)，所述滑動軌(4-3)與所述支撐軌(4-4)之間的空間為無線通信中繼器存放軌道(4-5),所述動力倉(4-24)內一端設置有布放電機(4-6),所述布放電機(4-6)與所述控制系統一(1-12)或所述控制系統三(3-8)相 接，所述布放電機(4-6)的輸出軸穿過所述隔板一(4-2)和滑動軌(4-3)伸入到了所述無線通信中繼器存放倉(4-25)中，位於所述無線通信中繼器存放倉(4-25)中的布放電機(4-6)的輸出軸上安裝有第一帶輪(4-7)，所述動力倉(4-24)內另一端設置有從動軸固定臺(4-8)，所述從動軸固定臺(4-8)上轉動連接有從動軸(4-9 )，所述從動軸(4-9 )穿過所述隔板一(4-2 )和滑動軌(4-3 )伸入到了所述無線通信中繼器存放倉(4-25)中，位於所述無線通信中繼器存放倉(4-25)中的從動軸(4-9)上安裝有第二帶輪(4-10)，所述無線通信中繼器存放倉(4-25)內設置有無線通信中繼器(5)推放組件，所述無線通信中繼器(5)推放組件包括滑動連接在滑動軌(4-3)上的滑動套頭(4-11)、轉動連接在滑動套頭(4-11)上的滑動軸(4-12)、安裝在滑動軸(4-12)上的第三帶輪(4-13 )和固定連接在滑動軸(4-12 )上的布放推板(4-14 )，所述滑動軸(4_12 )與所述支撐軌(4-4)滑動連接，所述第一帶輪(4-7)、第二帶輪(4-10)和第三帶輪(4-13)上連接有同步齒形帶(4-15)。
4.按照權利要求3所述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:所述隔板一(4-2)的數量為兩塊，相應所述動力倉(4-24)的數量為兩個且所述無線通信中繼器存放倉(4-25)的數量為一個，兩個所述動力倉(4-24)分別位於所述無線通信中繼器存放倉(4-25)的兩側，所述滑動軌(4-3)、支撐軌(4-4)和無線通信中繼器存放軌道(4-5)的數量均為兩條，所述無線通信中繼器(5)推放組件的數量為兩組。
5.按照權利要求3所述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:所述動力倉(4-24)內設置有布放電機(4-6)的一端設置有布放電機安裝臺(4-16),所述布放電機安裝臺(4-16 )上固定連接有電機安裝夾(4-23 )，所述布放電機(4-6 )通過電機安裝夾(4-23)安裝在布放電機安裝臺(4-16)上；所述隔板一(4-2)和滑動軌(4-3)上設置有用於安裝支撐布放電機(4-6)的輸出軸的布放電機軸承(4-17)和用於安裝支撐從動軸(4-9)的從動軸承(4-18);所述滑動軌(4-3)上固定連接有用於固定布放電機軸承(4-17)的布放電機軸承蓋板(4-19)和用於固定從動軸承(4-18)的從動軸承蓋板(4-20);所述滑動套頭(4-11)上設置有用於轉動連接所述滑動軸(4-12)的滑動軸承(4-21)。
6.按照權利要求1所述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:所述無線通信中繼器(5)包括不倒翁底座(5-1)和連接在不倒翁底座(5-1)頂端的不倒翁殼體，所述不倒翁底座(5-1)內設置有重力塊(5-6)，所述不倒翁殼體內設置有無線通信模塊(5-7 )和用於給無線通信模塊(5-7 )供電的電源模塊(5-8 )，所述不倒翁殼體頂端連接有天線夾持頭(5-4)，所述天線夾持頭(5-4)上夾持有通過天線連接導線(5-12)與無線通信模塊(5-7 )相接的天線(5-5 )。
7.按照權利要求6所述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:所述不倒翁底座(5-1)的形狀為半球形；所述不倒翁殼體由與不倒翁底座(5-1)連接的通信倉殼體(5-2 )和與通信倉殼體(5-2 )連接的天線(5-5 )連接倉殼體(5-3 )構成，所述天線夾持頭(5-4)連接在天線(5-5 )連接倉殼體(5-3 )的頂端；所述通信倉殼體(5-2 )的形狀為喇叭狀，所述天線(5-5 )連接倉殼體(5-3 )的形狀為圓柱狀。
8.按照權利要求6所述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:所述通信倉殼體(5-2)內設置有礦用本安接線盒(5-9)，所述無線通信模塊(5-7)和電源模塊(5-8 )均安裝在礦用本安接線盒(5-9 )內，所述礦用本安接線盒(5-9 )上設置有供天線連接導線(5-12)穿過的天線連接孔(5-91);所述不倒翁底座(5-1)的頂部固定連接有隔板二(5-10)，所述隔板二(5-10)上設置有減震橡膠墊(5-11)，所述礦用本安接線盒(5-9)設置在所述減震橡膠墊(5-11)上且與所述減震橡膠墊(5-11)上一起固定連接在所述隔板二(5-10)上。
9.按照權利要求8所述的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統，其特徵在於:所述礦用本安接線盒(5-9)由底板(5-92)、固定連接在底板(5-92)上的盒體(5-93)和活動連接在盒體(5-93 )上的盒蓋(5-94 )構成，所述底板(5-92 )上設置有螺紋孔(5-95 )，所述天線連接孔(5-91)設 置在盒體(5-93 )側壁上。
10.一種利用如權利要求1所述系統的煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建方法，其特徵在於該方法包括以下步驟: 步驟一、運載機器人攜帶所述機器人存放倉(1-2)內的探測機器人和布放通信網絡機器人，以及所述布放系統存放倉(1-3)內的無線通信中繼器布放系統進入煤礦事故井下，其中，布放通信網絡機器人上搭載有無線通信中繼器布放系統； 步驟二、煤礦井下環境信息、通信信號強度和地理信息的檢測及上傳:運載機器人沿煤礦井下巷道中所布設的已有運輸通道運行且運行過程中，通過環境信息監測單元一(1-7)對煤礦井下環境信息進行實時檢測，並通過無線通信單元一(1-11)對煤礦井下通信信號強度進行實時檢測，同時，通過自主導航單元一(1-8)和測距單元一(1-9)對運載機器人所處位置處的地理信息進行實時檢測，控制系統一(1-12)採集環境信息監測單元一(1-7)所檢測到的煤礦井下環境信息和無線通信單元一(1-11)所檢測到的煤礦井下通信信號強度a，以及自主導航單元一(1-8)和測距單元一(1-9)所檢測到的煤礦井下地理信息，並通過無線通信單元一(1-11)傳輸給救援指揮中心計算機(6)；步驟三、煤礦井下環境信息及通信信號強度的分析處理:控制系統一(1-12)調用環境信息及通信信號強度數據處理模塊對煤礦井下環境信息和煤礦井下通信信號強度a進行分析處理，先將煤礦井下通信信號強度a與預先設定的設備正常運行通信信號強度b相比較，當a〈b，再判斷煤礦井下環境信息是否能夠達到無線通信中繼器(5)正常工作要求，當煤礦井下環境信息能夠達到無線通信中繼器(5)正常工作要求時，控制系統一(1-12)控制位於所述布放系統存放倉(1-3)內的無線通信中繼器布放裝置(4)布放一個無線通信中繼器(5)到煤礦井下，同時，無線通信中繼器布放裝置(4)反饋其運行信號給控制系統一(1-12)，控制系統一(1-12)將無線通信中繼器布放裝置(4)的運行信號通過無線通信單元一(1-11)傳輸給救援指揮中心計算機(6);反之，當a > b時，或a〈b但是煤礦井下環境信息不能達到無線通信中繼器(5)正常工作要求時，均返回步驟二 ； 步驟四、布放的無線通信中繼器(5)所處位置處無線通信信號強度及其自身信息的檢測及上傳:布放到煤礦井下的無線通信中繼器(5)對其所處位置處的無線通信信號強度進行實時檢測，並將其檢測到的無線通信信號強度以及其MAC地址、IP位址和通信信息量實時傳輸給救援指揮中心計算機(6)； 步驟五、煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖的繪製:首先，救援指揮中心計算機(6)接收控制系統一(1-12)傳輸的煤礦井下環境信息、煤礦井下通信信號強度a、煤礦井下地理信息和無線通信中繼器布放裝置(4)的運行信號，以及無線通信中繼器(5)傳輸的無線通信信號強度、MAC地址、IP位址和通信信息量並進行存儲；然後，救援指揮中心計算機(6)調用煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖繪製模塊，將以上接收並存儲的信息繪製到預先存儲在救援指揮中心計算機(6)中的礦井巷道地圖上，繪製出的地圖即為煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖； 步驟六、循環步驟一到步驟四，直至救援指揮中心計算機(6)根據控制系統一(1-12)傳輸的無線通信中繼器布放裝置(4)的運行信號判斷出布放系統存放倉(1-3)內攜帶的無線通信中繼器(5)的剩餘數量為零，或根據控制系統一(1-12)傳輸的煤礦井下地理信息判斷出運載機器人的運輸通道發生了中斷，`此時，通過救援指揮中心計算機(6)發出示警信號，工作人員看到示警信號後通過救援指揮中心計算機(6)輸入所述機器人存放倉(1-2)的倉門打開的控制信號和探測機器人出倉的控制信號，所述控制系統一(1-12)通過無線通信單元一(1-11)接收救援指揮中心計算機(6)發送的倉門打開的控制信號並控制倉門開關驅動機構(1-4)帶動所述機器人存放倉(1-2 )的倉門打開，所述控制系統二( 2-8 )通過無線通信單元二(2-7)接收救援指揮中心計算機(6)發送的探測機器人出倉的控制信號並通過驅動機構二(2-3)驅動行走機構二(2-2)帶動所述探測機器人出倉進入煤礦井下巷道，控制系統三(3-8)通過環境信息監測單元三(3-7)檢測到探測機器人已出倉的信號並通過無線通信單元三(3-9)將環境信息監測單元三(3-7)檢測到的信號實時傳輸給救援指揮中心計算機(6)，工作人員根據顯示在所述救援指揮中心計算機(6)上的環境信息監測單元三(3-7)上傳的數據，輸出相應的行走控制信號給所述布放通信網絡機器人，所述布放通信網絡機器人中的控制系統三(3-8)通過無線通信單元三(3-9)接收救援指揮中心計算機(6)發送的行走控制信號並通過驅動機構三(3-6)驅動行走機構三，使得布放通信網絡機器人跟隨探測機器人的行走路逕行走； 步驟七、煤礦井下通信信號強度的二次檢測及上傳:所述布放通信網絡機器人行走過程中，通過無線通信單元三(3-9)對煤礦井下通信信號強度進行實時檢測，控制系統三(3-8)採集無線通信單元三(3-9)所檢測到的煤礦井下通信信號強度C，並通過無線通信單元三(3-9)傳輸給救援指揮中心計算機(6)； 步驟八、二次檢測的煤礦井下通信信號強度的分析處理:控制系統三(3-8)通信信號強度數據處理模塊對二次檢測的煤礦井下通信信號強度c進行分析處理，將二次檢測的煤礦井下通信信號強度c與預先設定的設備正常運行通信信號強度b相比較，當c〈b，控制系統三(3-8)控制搭載在所述布放通信網絡機器人上的無線通信中繼器布放裝置(4)布放一個無線通信中繼器(5)到煤礦井下，同時，無線通信中繼器布放裝置(4)反饋其運行信號給控制系統三(3-8 )，控制系統三(3-8 )將無線通信中繼器布放裝置(4 )的運行信號通過無線通信單元三(3-9)傳輸給救援指揮中心計算機(6);反之，當c>b時，返回步驟七； 步驟九、布放的無線通信中繼器(5)所處位置處無線通信信號強度及其自身信息的檢測及上傳:布放到煤礦井下的無線通信中繼器(5)對其所處位置處的無線通信信號強度進行實時檢測，並將其檢測到的無線通信信號強度以及其MAC地址、IP位址和通信信息量實時傳輸給救援指揮中心計算機(6)； 步驟十、煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖的更新:首先，救援指揮中心計算機(6)接收控制系統三(3-8)傳輸的煤礦井下通信信號強度c和無線通信中繼器布放裝置(4)的運行信號，以及無線通信中繼器(5)傳輸的無線通信信號強度、MAC地址、IP位址和通信信息量並進行存儲；然後，救援指揮中心計算機(6)調用煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖更新模塊，將以上接收並存儲的信息繪製到步驟四所繪製的煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖上，完成煤礦井下應急救援無線通信網絡連結地圖的更新； 步驟十 一、循環步驟七到步驟十，直至完成煤礦井下應急救援無線通信網絡的搭建。
全文摘要
本發明公開了一種煤礦井下應急救援無線通信網絡自主搭建系統及方法，其系統包括救援指揮中心計算機和救援機器人系統，救援機器人系統包括運載機器人、存放在機器人存放倉內的探測機器人和布放通信網絡機器人以及存放在布放系統存放倉內的無線通信中繼器布放系統；無線通信中繼器布放系統包括無線通信中繼器布放裝置和無線通信中繼器；其方法包括步驟首先運載機器人進行信號檢測及處理，由布放系統存放倉內的布放裝置投放無線通信中繼器，繪製應急救援無線通信網絡連結地圖，然後布放通信網絡機器人進行信號檢測及處理並投放無線通信中繼器，進行地圖更新，直至完成井下應急救援無線通信網絡的搭建。本發明設計合理，實用性強，推廣應用價值高。
文檔編號B61L27/00GK103072600SQ20131001499
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月15日 優先權日2013年1月15日
發明者馬宏偉, 薛旭升, 魏娟, 李曉鵬, 毛清華, 黨林, 王川偉 申請人:西安科技大學