钻孔探测机器人的设计与实现

针对煤矿井下发生事故后,救援人员不能及时了解现场情况的问题,设计并研制了一种钻孔探测机器人,详细论述了钻孔探测机器人系统的结构组成,介绍了探测机器人控制系统的结构和程序设计方法。该探测机器人通过救援钻孔可及时采集井下事故现场的图像信息和各种环境信息,为制定救援方案提供决策依据,该装置也可用于其他地质钻井探测中。     

新型煤矿救援机器人研发与试验

煤矿救援机器人是一种在矿井发生灾害事故时,替代救护队员进入危险区域进行环境探测和对矿工实施救援的多功能智能救援装备,其应用对提升煤矿灾后救援效率、减少2次伤亡具有重要的意义。以中国矿业大学CUMT-V系列煤矿环境探测与救援机器人的研发为例,从行走机构、防爆设计、结构轻量化、通信方法、传感探测和智能化等方面进行了相关技术和理论研究。针对灾后煤矿的巷道环境特点,推演了机器人行走机构的基本构型,设计了地形适应性好、越障能力强的机器人行走机构;提出并采用基于短时防爆理论的本安兼隔爆的机器人防爆设计技术;提出了基于多腔体自加强结构的机器人轻量化优化设计方法;采用了有线和无线相结合的机器人通信方式;搭建了机器人传感探测与运动控制系统;研发了机器人井下地图构建和定位导航技术。从而研制了能够承载多种探测传感器和急救装备的煤矿灾后环境探测救援机器人,并取得了国家煤矿安全认证。井下应用试验及性能测试结果表明,机器人的行走能力强,能够适用于煤矿非结构复杂地形;机器人续航能力强,通信距离长,环境感知和信息传输的可靠性高;能够通过遥控方式实现机器人的灾后救援;采用有线和无线相结合的机器人通信技术可实现多台机器人的协同救援。通过对机器人进行智能化升级,提高了煤矿救援机器人的环境感知能力,并使其具备了实时定位与自主行走的功能。将上述技术的组合进一步完善,可研发出满足不同应用需求的煤矿环境探测、监控、救援机器人。     

救援机器人在煤矿事故中的应用研究

煤矿事故发生后井下环境异常复杂危险,勘测救援机器人能够在事故发生后迅速派到井下展开勘测和救援工作。多源信息融合技术应用于勘测救援机器人信息预处理中,能够提高机器人在未知复杂环境下工作的精准信息处理能力。提出了采用分散型多源信息融合方法,结合分布式控制系统结构,提高机器人信息处理,道路避障及智能控制能力,设计了系统的硬件结构,给出了机器人井下路径规划方法。现场作业表明,煤矿井下勘测救援机器人能够安全避障行驶,最终可靠灵活地完成预设的现场勘测救援任务,并向远程监控中心传回现场各种实时信息。     

煤矿灾害救援双级式信息探测机器人系统研制

针对煤矿灾害救援信息探测机器人难以到达井下灾害现场的现状,研制一种新的基于井下避难硐室的煤矿灾害救援双级式信息探测机器人系统。当发生煤矿灾害时,该系统一级运载机器人从避难硐室附近出发,沿煤矿巷道顶板预设的工字钢轨道行驶,直到无法继续前进时释放二级信息探测机器人进一步对灾害信息进行探测。该系统基于RSSI的改进路径损耗模型设计,解决了受限空间的无线通信不畅和中继设备安放间隔难以确定的问题。煤矿巷道仿真实验室对该系统测试结果表明,双级式煤矿信息探测机器人在井下通信顺畅,图像数据传输清晰连续,系统运行稳定。     

基于WIFI的井下救援机器人无线监测系统设计

设计了井下救援机器人无线监测系统。系统采用2.4 GHz的无线高频电波,利用无线网桥进行桥接,在井下和地面之间建立了一条无线通信链路,使得集成视频监控、远程遥控、数据采集功能于一体的救援机器人能够及时、准确地将灾害现场的环境信息传送给上位机。探究了无线通信信道在煤矿井下的传输特性,并利用MATLAB/Simulink对其进行了仿真分析。     

基于虚拟现实的煤矿救援机器人远程控制技术

针对当前煤矿井下救援机器人自主导航效率低下,难以满足矿难时效性的救援要求,提出了一种基于虚拟现实(VR)的煤矿救援机器人远程控制方案,以虚拟仿真技术、智能检测与控制、远程通信、环境动态建模等技术为基础,以煤矿救援机器人的远程控制为目标,建立了煤矿救援机器人虚拟仿真模型以及井下工作环境场景,对传感器数据进行解析动态建模,完成机器人井下的以巷道为基础的局部定位,并实时更新煤矿救援机器人井下作业场景,为机器人自主控制增加了判据。此方案定位于复杂工况下有效的人工远程干预,借助VR技术充分融合人、机和环境信息,可有效提升井下矿难救援效率。     

小口径深井落井救援机器人设计

针对小口径落井救援技术和设备落后的现状,研究了一种适用于小口径落井救援作业的救援机器人设计方案。该方案对救援机构进行了详细地描述,考虑到机器人井下作业环境空间的局限性,对井下作业救援机构进行了模块化设计,减小了机构的体积,同时对音频、视频、照明和通风等辅助救援系统进行了阐述。利用该落井救援机器人对落井人员进行救助,无需救助人员深入井下,仅在井上操作即可在较短时间内将落井人员救出井外,大大降低了传统救援方法因救助不及时而造成对被救人员的伤害,可节约大量人力、物力,并且缩短了救援时间,是一种针对小口径落井救援较为理想的救援装置。     

矿用探测机器人虚拟控制系统研究

针对当前煤矿井下事故频发,井下救援难度增大等问题,提出了一种虚拟控制系统,通过遥控虚拟机器人在井下进行环境信息采集以及障碍物信息提取,实现机器人的局部与全局导航定位,根据这些信息实现对机器人的人为决策以及干预。研究成果可使井下机器人的作业可控、可预知,且移植性较强,提高了救援机器人的作业效率。     

煤矿救援机器人无线通信系统及布放装置研究

针对井下救援时探测机器人与地面指挥中心之间通信无法快速建立的问题,提出了一种全新的自组网、高效率应急救援通信系统以及其组网方式.系统可以利用机器人运载系统,将通信中继设备放入井下关键位置,完成组网功能.对煤矿救援机器人无线通信系统及其搭建方式的研究,对实现井下远距离救援及应急通信都有很重要的价值.     

煤矿救援机器人及本安驱动系统的应用研究

介绍了国内外煤矿救援机器人研究现状,对救援机器人在煤矿井下实际应用情况进行了分析,指出了本安驱动条件下提升机器人动力性能是制约煤矿救援机器人实用化的关键,研究设计了基于液压合流的本安驱动系统,搭建了验证试验平台进行了在线测试。测试结果表明,该系统方法合理、可行,实现了本安条件下通过液压合流的方式进行功率合成,为进一步深入研究煤矿救援机器人提供了理论及参考依据。     

煤矿救援机器人系统运载车的设计与研究

煤矿救援机器人系统运载车设计是一个涉及多门学科的交叉研究领域。概述了煤矿救援机器人系统运载车设计中的关键技术要点,从运载车的车体设计、结构设计、关键部件设计、移动路径设计等方面探讨了煤矿救援机器人系统运载车的设计及应用开发前景。     

基于GIS的矿井救援机器人最佳路径设计与实现

为了实现矿井救援机器人进行及时准确的救援,利用Visual C#．NET结合ArcGIS Engine组件对救援机器人的最佳路径分析功能进行设计研究,以山东兖矿集团有限公司北宿煤矿实践应用为例,试验得到了一个有效的最佳路径分析系统。介绍了该系统的功能模块设计、空间数据库设计及系统开发方法,并对构建巷道网络、获取起止点信息、配置网络参数和调用分析函数等关键技术进行了研究,该系统可快速设定矿井救援机器人至事故地点的最佳路径,实现了矿井救援机器人寻找一条从起始点到目标点的最佳路径。     

煤矿救灾机器人自动充电系统的设计

为实现矿井救灾机器人长时间可靠稳定的工作,需要解决移动机器人自动充电的技术问题,对矿井救灾机器人自动充电技术进行研究,介绍了机器人自动充电定位技术的相关进展。提出了一种简单、可行的基于定位矫正功能的自动充电系统的设计方案。结果表明该方案对于机器人自动充电技术的研究具有一定的实际意义。     

履带式煤矿搜救机器人机构设计及越障性能分析

文章设计了一种用于煤矿搜救的关节式双履带移动机器人,机器人平台由前、后两壳体组成,当机器人在煤矿搜救过程中遇到障碍物时,前、后两壳体通过旋转关节的调节可形成一定的角度,能有效解决双履带机器人越障性能低的难题。被动调节装置的设计,可防止机器人越障时履带发生松弛或脱落。在此基础上,以攀越台阶为例对机器人的越障性能进行分析。最后通过实验验证了关节式双履带机器人机构设计的合理性和理论分析的正确性。     

煤矿救灾机器人隔爆壳体的设计与加工

用于煤矿井下灾后环境探测与救援工作的煤矿机器人必须进行防爆设计,在分析国内外煤矿机器人及其防爆设计现状的基础上,介绍了用于灾后煤矿井下环境探测的履带式煤矿救灾机器人的结构,重点探讨隔爆壳体的设计与加工,可为煤矿机器人的防爆设计提供参考。     

基于PLC的井下救援机械手的设计

采用德国西门子公司生产的S7-200型PLC对井下救援机械手进行控制,机械手机构设计运用仿生学原理,实现三自由度运动,并给出机械手的软、硬件设计;设计出的机械手具有动作灵活、操作方便、救援可靠,对保障人身安全、减轻劳动强度都有着十分重要的意义,具有很强的实用性。     

矿井救灾机器人运动学分析及避障策略研究

为了在发生矿难时准确地获取井下环境信息和搜救被困人员,建立了救灾机器人的运动学模型,并在此基础上对其运动姿态进行了分析;对救灾机器人的避障策略进行了研究,并提出了一种判断转弯方向和转弯角度的策略;通过实验验证了这种转向策略的可行性,这使得救灾机器人能够在井下实现智能自主的避障,从而完成救援任务。     

煤矿救援机器人路径规划的蚁群优化算法

煤矿救援机器人执行救援任务时,需躲避水、火、障碍物等危险区域,提升了路径规划的难度,为此提出了煤矿救援机器人路径规划的蚁群优化算法。充分考虑煤矿救援机器人运行过程中的水、火、障碍物等分布,采用栅格法建立机器人路径规划的环境模型,确定栅格环境模型内机器人路径规划问题的目标函数,采用蚁群优化算法求解机器人路径规划问题的目标函数,通过改进信息素规则、限制信息素阈值以及改进转移概率3个方面优化蚁群算法,避免蚁群算法求解全局最优解时陷入局部最优。实例分析结果表明,该算法在满足收敛速度条件下有效规划煤矿救援机器人行驶路径,所规划路径的路径长度、转角数量以及危险度均为最优,为机器人安全作业提供理论依据。     

轮履复合式煤矿井下环境探测机器人的结构设计及运动特性分析

针对矿难发生后煤矿井下环境的特点,结合目前轮式、履带式移动机器人运动机构的优点,设计一种8自由度用于煤矿井下环境探测的轮履复合式机器人。详细介绍了机器人的结构设计和运动特性。该机器人设计了四轮驱动装置以及三节式复合结构,具有较好的机动性能,较强的越障、跨沟能力和严格的防爆性能。