煤矿井下探测机器人远程控制系统

随着机器人技术的迅猛发展,在生产安全形势较为严峻的煤矿领域引入机器人进行井下探测成为一大研究热点。首先对煤矿井下探测机器人进行简单介绍,在此基础上分别从系统结构、软硬件设计以及系统功能等方面对煤矿井下探测机器人远程控制系统进行阐述。     

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。     

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。     

基于多传感器的煤矿探测机器人控制系统研究

针对煤矿探测机器人在煤矿井下事故现场未知环境中的控制需求,研究了基于多传感器的智能控制系统原理与构架方式,提出了煤矿探测机器人3层分布式模块化控制结构,其核心决策规划系统采用多智能体Agent原理进行设计,各个功能Agent按照机器人的行为决策过程递阶分布,各模块间按照反应式的行为准则相互协调配合,完成探测机器人的决策与控制过程。经试验验证,该系统可以使煤矿探测机器人具有处理复杂任务与应对煤矿井下地形环境的能力,实现了机器人的智能控制。     

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。     

可变径煤矿管道检测机器人的设计

在煤矿生产中使用大量的管道,其质量关系到整个煤矿的安全和高效生产。为提高管道寿命,预防管道老化、腐蚀及断裂等问题,并实现高效准确地故障诊断,笔者设计了一种可变径管道检测机器人,并建立了机器人三维模型,利用ADAMS对其进行运动仿真,从而验证了机器人在直径为220~300mm的管道中自由行走和检测的可行性。     

摇杆式四轮煤矿探测机器人行走机构研究

为研究能够适应煤矿井下复杂地形环境的探测机器人行走机构,分析了圆锥齿轮啮合型差动机构的工作原理并进行了详细的结构设计,采用摇杆悬架结构设计了摇杆式四轮煤矿探测机器人,并对该机器人进行了虚拟仿真和样机试验验证。     

煤矿井下搜救探测机器人结构设计

根据煤矿井下的环境特点,结合现有机器人结构组成,设计用于煤矿井下搜救探测机器人。该机器人由履带、摆臂复合式结构构成,分3段,具有良好的越障能力、地面适应能力和机械性能。其传感器支撑臂具有2个自由度,可以实现传感器的空间姿态调整。对其结构组成、运动原理、传动特点等进行了介绍和总结。为后续的动力学仿真、控制系统搭建和传感器选择等提供了工作平台。     

基于机器视觉和独立悬挂系统的煤矿特种机器人设计

由于煤矿井下煤尘存在爆炸性、煤层中溢出的瓦斯也具有威胁性,所以采煤工作环境十分恶劣和危险。为此利用Lab VIEW和IMAQ Vision构建了基于彩色图像二值化的机器视觉图像处理算法,提出了一种基于机器视觉和独立悬挂系统的煤矿特种机器人。该机器人四轮能够独立运动,同时兼备灵活的探测抓取和越障能力,应用于煤矿勘探以及利用视觉进行物体识别方面,并通过抓球和爬楼梯试验验证了该机构的可行性。     

基于WSN的矿井事故搜索探测多机器人系统

为解决煤矿井下事故中环境探测、人员搜索定位、远程通信等问题,建立了一种基于无线传感器网络的子母式多机器人系统,设计了子、母2种机器人构型并具体分析了其越障性能,提出了以子机器人为节点的链状冗余传感器网络结构,建立了一种基于FPGA软核的多传感器接口模块.初步实验证实,这种以移动机器人为节点,采用无线传感器网络技术将多机器人协调控制而实现的矿井搜索探测多机器人系统,能够在井下复杂地形中运动并配置多机器人节点,搭建无线多跳通讯网络,实现井下信息获取和多机器人控制.