专利名称：煤矿救援运载机器人的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种煤矿救援用机器人，尤其是涉及一种煤矿救援运载机器人。
背景技术：
煤炭是我国主要的一次能源，长期以来煤炭在我国一次能源生产的消费构成中一 直占2/3以上，据中国可持续发展能源战略研究报告，预计到2050年中国一次能源消费中 煤炭的比重仍然占50%左右。因而可以断定，在今后较长时期内煤炭仍将是支撑我国国民 经济发展的主要能源和基础产业。但是，众所周知煤炭的开采又是一个高危行业，煤炭事故 屡见不鲜，我国尤为突出，以煤炭产量和矿难死亡人数相比较，中国的煤矿百万吨死亡率是 世界平均水平的100多倍。因此有必要研制一种用于井下发生瓦斯、粉尘爆炸、塌方等事故 后，能够代替人及时进入事故现场，获取事故现场场景以及瓦斯、粉尘浓度、温度、湿度等参 数的具有自主移动、智能控制的煤矿救援机器人系统，利用机器人采集的事故现场信息，及 时、准确地为地面救援人员提供事故现场的第一手资料，既可为有效地进行煤矿应急救援， 减少人员伤亡和财产损失提供可靠信息，又可为科学地分析瓦斯爆炸灾变时期火灾性混合 气体的蔓延规律、多种灾害耦合条件下灾害事故的转化及扩大的条件及因素等方面的研究 提供原始数据。现如今，国内外研究领域均已对煤矿救援机器人系统作了大量的深入研究，但由 于煤矿救援机器人是一个交叉的研究领域，其涉及机械、控制、传感检测、信息信号处理、模 式识别、人工智能和计算机等多门学科和技术。煤矿救援机器人应能深入事故现场，在结 构、半结构化的环境中连续运动，煤矿事故的种类有多种，应根据事故种类的不同，开展研 究。以煤矿发生的四种主要事故之一的瓦斯爆炸事故为例，其多发生在距井口较远的工作 面，煤矿事故发生后要求机器人必须快速、及时、准确地到达事故现场。目前国内外煤矿救 援机器人尚无应用于实际救援的相关报道，其研究主要集中在轮式或履带式单机器人的方 面，其中轮式机器人均为胶带式车轮，并不适用于发生爆炸后的高温有火的实际现状；履带 式移动机器人适应地形情况较强，但其运行速度较慢，功耗较大，其移动机构及自备的电源 都不适用于从井口快速运动到事故现场，并安全返回的救援需求。随着机器人应用领域的不断扩展，多机器人系统已经引起了学者们的普遍重视， 而构造多机器人系统一个重要的因素是体系结构设计，因为系统性能的优劣很大程度上取 决于结构是否合理。个体机器人的体系结构是多机器人系统的基本组成单位，因此，研究个 体机器人的体系结构是研究多机器人很重要的研究方向。将多机器人系统作为一个整体考 虑，多机器人系统的体系结构可以分为集中式和分散式，而分散式结构进一步分为分层式 和分布式两种。多机器人体系结构就是研究如何根据任务类型，机器人个体能力等确定机 器人群体模型以及恰当的相互关系；并且救援机器人体系结构应重点研究机器人系统中各 组成部分之间的相互关系和功能分配，确定机器人系统的信息流通关系和逻辑上的计算结 构，亦即机器人系统中信息处理和控制系统的总体结构，此为煤矿救援机器人能得到实际 有效应用的关键技术。
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煤矿事故以井下事故居多，大中型煤矿的平均开采深度已达到400米以上，开采 条件复杂。在这些矿井中从采煤工作面的下顺槽直至井底车场均使用不同方式的轨道运 输，轨道运输能充分适应运输距离的变化和巷道的弯曲，适用范围广，既能用于水平巷道， 也能用于倾斜巷道。随着煤矿开采技术的发展和开采强度的加大，新的井下运输方式不断 出现，但轨道运输在矿井运输中仍然大量存在，一是因为轨道运输是矿井水平运输巷道的 主要运输方式之一；二是因为即便是在全部使用运输机运输的采区内，材料及设备的运输 仍需要使用轨道运输，因此轨道运输目前仍是煤矿井下运输的主要方式，轨道运输的存在 也为本发明的运载机器人在井下的运行提供了基本条件。近年来，我国煤矿事故频发，煤矿救援水平相对落后，各种救援工作仍然以人工为 主。尽管许多单位开展了各种用于煤矿事故救援的机器人，研制了各种样机，但均未见过应 用于实际的报道，其主要原因是煤矿救援机器人的上述关键技术仍未得到较好的解决。另 外，煤矿井下条件恶劣，事故发生地距井口较远，也是制约机器人在井下应用的重要因素之 一。在煤矿井下发生爆炸事故后，井下轨道会受到不同程度的影响，轨道线路中的各种确 定性不平顺、非确定性不平顺和动力不平顺等因素都会不同程度地加剧轮轨间的相互作用 力，影响机器人运动性能。因此，要求运载机器人应具有一定的移动性、稳定性和曲线通过 能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤矿救援 运载机器人，其结构紧凑、设计合理、使用操作简便、智能化程度高且工作性能可靠、运行速 度快、运动能力强，在适应煤矿井下复杂地理环境的情况下，在煤矿井下发生爆炸事故后， 能充分利用井下已有的运输轨道，快速高效地将探测机器人运送到距事故现场最近处，并 能对巷道内的环境进行监测。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种煤矿救援运载机器人，其特 征在于包括机器人本体一、布设在机器人本体一内且供探测机器人存放的机器人存放仓、 安装在所述机器人存放仓的仓门上且带动所述仓门开关的仓门开关驱动机构、安装在机器 人本体一内且能沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道行走的行走机构一、对行走机构 一进行驱动的驱动机构一、环境信息监测单元一、自主导航单元一、测距单元一、安装在机 器人本体一上的自动排障机构以及分别与环境信息监测单元一、测距单元一和自主导航单 元一相接的控制系统一，所述仓门开关驱动机构、所述行走机构一、驱动机构一、环境信息 监测单元一、测距单元一、自主导航单元一和控制系统一均安装在机器人本体一内；所述仓 门开关驱动机构、自动排障机构和驱动机构一均由控制系统一进行控制且三者均与控制系 统一相接。上述煤矿救援运载机器人，其特征是所述已有运输通道为由两根平行布设的钢 轨组成的轨道；所述行走机构一包括一前一后安装在机器人本体一下方的前轴轮系和后轴 轮系，所述前轴轮系和所述后轴轮系之间通过链轮进行连接；所述前轴轮系包括前轮轴、分 别安装在前轮轴左右两端的左前轮和右前轮，所述后轴轮系包括与前轮轴平行布设的后轮 轴以及分别安装在后轮轴左右两端的左后轮和右后轮组成，所述左前轮、右前轮、左后轮和 右后轮均为结构与钢轨的结构相对应且能沿钢轨前后移动的轨道轮。
上述煤矿救援运载机器人，其特征是所述轨道轮包括轮圈和同轴布设在所述轮 圈内侧的轮缘，轮缘的踏面为锥形踏面且所述锥形踏面由外向内逐渐向下倾斜，所述锥形 踏面的斜度为1 20，所述轨道轮的横截面形状为T字形。上述煤矿救援运载机器人，其特征是所述前轮轴和后轮轴的左右端部分别安装 在安装于机器人本体一左右两侧下方的轴承座内。上述煤矿救援运载机器人，其特征是所述机器人本体一上设置有用于存放探测 机器人的机器人存放仓；所述机器人本体一的外部形状为长方体，所述机器人存放仓的形 状为长方体，且机器人本体一内设置有将所述仓门打开后将探测机器人由机器人存放仓内 移送至地面的起落架，所述起落架由布设在机器人本体一内的起落架驱动机构进行驱动， 所述起落架驱动机构由控制系统一进行控制且其与控制系统一相接。上述煤矿救援运载机器人，其特征是还包括安装在机器人本体一内的制动装置， 所述制动装置为电动式制动装置或气动式制动装置；所述电动式制动装置包括制动电机、与制动电机的动力输出轴相接且由制动电机 进行驱动的制动杆和制动状态下分别与左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的轮圈外侧紧贴 的四个轴瓦，四个所述轴瓦分别通过传动组件与制动杆相接且均由制动杆带动进行移动， 四个所述轴瓦分别为与左前轮、右前轮、左后轮和右后轮位置相对的左前轴瓦、左后轴瓦、 右前轴瓦和右后轴瓦；所述气动式制动装置包括左右两个制动气缸、由制动气缸进行驱动的前后两个横 向移动滑块和制动状态下分别与左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的轮圈外侧紧贴的四个 轴瓦，左右两个制动气缸分别为左侧气缸和右侧气缸，所述制动气缸为双向气缸且所述双 向气缸内布设有前后两个横向移动的活塞，前后两个活塞分别与前后两个横向移动滑块相 接且前后两个活塞分别带动前后两个横向移动滑块进行横向移动，四个所述轴瓦分别为与 左前轮、右前轮、左后轮和右后轮位置相对的左前轴瓦、左后轴瓦、右前轴瓦和右后轴瓦；左 前轴瓦和左后轴瓦分别通过纵向连杆与由左侧气缸进行驱动的前后两个横向移动滑块相 接，且右前轴瓦和右后轴瓦分别通过纵向连杆与由右侧气缸进行驱动的前后两个横向移动 滑块相接。上述煤矿救援运载机器人，其特征是所述机器人本体一与行走机构一之间安装 有将机器人本体一的重量均勻地弹性传递至钢轨上的连接缓冲装置。上述煤矿救援运载机器人，其特征是所述连接缓冲装置的数量为两个且两个连 接缓冲装置分别为布设在左前轮与左后轮外侧的连接缓冲装置一和布设在右前轮与右后 轮外侧的连接缓冲装置二，所述连接缓冲装置一和连接缓冲装置二的结构相同且二者呈左 右对称布设；所述连接缓冲装置一均包括前缓冲结构、后缓冲结构和由四根连杆组成的W 形连杆缓冲机构，所述前缓冲结构包括布设在机器人本体一下部的横向橡胶垫和垫装在所 述横向橡胶垫与左前轮中上部或左后轮中上部之间的纵向橡胶垫，所述后缓冲结构的结构 与前缓冲结构的结构相同；四根所述连杆由前至后分别为连杆一、连杆二、连杆三和连杆 四，连杆一的下部固定安装在左前轮的前侧中部且其上端部与机器人本体一之间安装有过 渡支座一，连杆二和连杆三的下部分别固定安装在左前轮的后侧中部和左后轮的前侧中部 且二者的上端部与机器人本体一之间安装有过渡支座二，连杆四的下部固定安装在左后轮 的后侧中部且其上端部与机器人本体一之间安装有过渡支座
上述煤矿救援运载机器人，其特征是还包括均与控制系统一相接的存储单元和 无线通信单元一，所述控制系统一通过无线通信单元一与位于地面上的远程遥控设备相 接。上述煤矿救援运载机器人，其特征是还包括与控制系统一相接且对机器人本体 一前后方的障碍物信息进行实时检测的内部检测系统，控制系统一对所述内部检测系统所 检测信息进行分析处理并将分析处理结果同步传送至自主导航单元一；所述内部检测系统 包括布设在机器人本体一前部的前部检测单元和布设在机器人本体一后部的后部检测单 元，所述前部检测单元和后部检测单元均包括对机器人本体一前方和后方是否存在障碍物 以及所存在障碍物距机器人本体一间的距离和所述障碍物的大小进行实时检测的多组检 测装置，且每一组所述检测装置均包括一个超声传感器和一个红外传感器，所述超声传感 器和红外传感器均与控制系统一相接。本发明与现有技术相比具有以下优点1、适用于煤矿井下的事故救援，其轨道轮式移动机构，能充分利用煤矿井下已有 运输轨道，使运载机器人具有移动速度快、耐高温、耐火等特点，且能适应轨道的具体情况， 如上坡、下坡、曲线、道岔等；其长方行箱体既能运载二级探测机器人，又可以装载较大容量 的电池，使其具有较长的工作时间，且易于实现防水、防尘和防爆。2、模块化设计，拆装方便，使得机器人结构紧凑且拆装方便，井下发生爆炸事故后 既可以从地面直接进入井下，也可以在井下停车场快速组装后使用。平时还可以作为一移 动设备，自主运行于煤矿井下，对井下状况进行监控。3、具有简单的排障功能，能清除轨道上散落的一定体积的障碍物。4、具有能让二级机器人离开和返回的起落架装置。5、具有制动装置，如遇特殊情况其能够准停在轨道上。6、设计合理，智能化程度高，运动能力强，在牵引力的作用下沿轨道运行时，不发 生脱轨和倾覆等非正常现象且其具有一定的移动性、稳定性和曲线通过能力。7、实用价值高，本发明针对煤矿事故多发生在距井口较远的工作面区域的现状， 创造性地提出了两级煤矿救援机器人系统的体系结构，本发明为第一级机器人且其采用车 轮式移动机构，第二级机器人即探测机器人采用多节履带式结构且其通过本发明移送至事 故发生处附近；当井下发生事故后，本发明载着第二级机器人沿井下已有的运输轨道运行 到所能运行的距事故地点最近处，当本发明被障碍物阻止或轨道受到破坏，不能继续前移， 则打开仓门，第二级探测机器人从一适宜方位离开本发明并利用其自身的自主导航、自主 移动等功能继续前行，运动到井下靠近事故发生的位置；两级机器人上均装有CXD摄像头、 超声测距仪和瓦斯、一氧化碳、氧气、温度、湿度测试仪等传感器，机器人从开始自主运行 起，利用其自身携带的传感器，能够随时检测周围的环境信息，并进行处理和记录。综上所述，本发明结构紧凑、设计合理、使用操作简便、智能化程度高且工作性能 可靠、运行速度快、运动能力强，在煤矿井下发生爆炸事故且井下轨道受到一定程度影响 后，仍能沿轨道线路运行。因而能有效解决煤矿井下条件恶劣、事故发生地距井口较远、履 带式救援机器人移动范围有限等缺陷和不足。实际使用过程中，在煤矿井下发生爆炸事故 后，能充分利用井下已有的运输轨道，快速高效地将探测机器人运送到距事故现场最近处， 并能对巷道内的环境进行监测；同时，本发明可以在轨道上往复多次运行，且井下轨道受到不同程度影响后，轨道线路中的各种确定性不平顺、非确定性不平顺和动力不平顺等因素 都不会影响本发明的运动性能。 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明的外部结构示意图。 图2为本发明的使用状态参考图。 图3为本发明的内部结构示意图。 图4为图3的左视图。 图5为图3的俯视图。 图6为本发明的电路框图。 图7为本发明所采用轨道轮的结构示意图。 图8为本发明所采用电动式制动装置的立体结构示意图。 图9为本发明所采用电动式制动装置的使用状态参考图。 图10为图9的俯视图。
图11为本发明所采用连接缓冲装置二的立体结构示意图( 图12为本发明所采用气动式制动装置的使用状态参考图, 图13为图12的俯视图。 附图标记说明
1-运载机器人； 1-3-仓门开关驱动机构 1-42-左前轮； 1-45-左后轮； 1-481-轴承座壳体； 1-5-驱动机构一；
1-8-自主导航单元一；
2-探测机器人； 5-轮缘；
8-制动电机；
10-2-左后轴瓦；
11-1-传动组件一；
11-13-横向伸缩连杆一 11-21-前纵向连杆二 ；
11-24-传动杆二；
12-3-连杆一； 12-6-连杆四；
1-1-机器人本体-1-4-行走机构一 1-43-右前轮； 1-46-右后轮；
1-2-机器人存放仓 1-41-前轮轴 1-44-后轮轴 1-48-轴承座
1-482-滚柱轴承；1-483-内座圈； 1-6-环境信息监测单1-7-控制系统-元一；
1-9-自动排障机构；1-10-测距单元-
3_钢轨 6-起落架
9-制动杆
10-3-右前轴瓦；
4_轮圈； 7-起落架驱动机构； 10-1-左前轴瓦； 10-4-右后轴瓦；
11-11-前纵向连杆11-12-后纵向连杆
；11-14-传动杆一 ；11-2-传动组件二 ；
11-22-后纵向连杆11-23-横向伸缩连 二 ；杆二 ；
12-1-前缓冲结构；12-2-后缓冲结构；
12-4-连杆二；12-5-连杆三；
13-1-过渡支座一；13-2-过渡支座二 ；
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13-3-过渡支座J
18-1-前链轮；
19-弹性支撑杆 21-水平向滑槽 24-超声传感器 27-横向移动滑块
14-存储单元；
18-2-后链轮； 20-1-安装座一 22-固定座； 25-红外传感器 28-纵向连杆；
15-无线通信单元
18-3-链条； 20-2-安装座 23-连接扣件 26-制动气缸 29-活塞。
具体实施例方式如图1、图2、图3、图4、图5及图6所示的一种煤矿救援运载机器人，包括机器人本 体一 1-1、布设在机器人本体一 1-1内且供探测机器人2存放的机器人存放仓1-2、安装在 所述机器人存放仓1-2的仓门上且带动所述仓门开关的仓门开关驱动机构1-3、安装在机 器人本体一 1-1内且能沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道行走的行走机构一 1-4、 对行走机构一 1-4进行驱动的驱动机构一 1-5、环境信息监测单元一 1-6、自主导航单元一 1-8、测距单元一 1-10、安装在机器人本体一 1-1上的自动排障机构1-9以及分别与环境信 息监测单元一 1-6、测距单元一 1-10和自主导航单元一 1-8相接的控制系统一 1-7，所述仓 门开关驱动机构1-3、所述行走机构一 1-4、驱动机构一 1-5、环境信息监测单元一 1-6、测距 单元一 1-10、自主导航单元一 1-8和控制系统一 1-7均安装在机器人本体一 1-1内。所述 仓门开关驱动机构1-3、自动排障机构1-9和驱动机构一 1-5均由控制系统一 1-7进行控制 且三者均与控制系统一 1-7相接。本实施例中，所述自主导航单元一 1-8内集成有煤矿井下GIS系统，基GIS的路径 搜索算法和自定位算法，本发明据此可以计算最佳行走路线，并确定自身位置。实际使用过程中，所述已有运输通道为由两根平行布设的钢轨3组成的轨道。所 述行走机构一 1-4包括一前一后安装在机器人本体一 1-1下方的前轴轮系和后轴轮系，所 述前轴轮系和所述后轴轮系之间通过链轮进行连接。所述前轴轮系包括前轮轴1-41、分别 安装在前轮轴1-41左右两端的左前轮1-42和右前轮1-43，所述后轴轮系包括与前轮轴 1-41平行布设的后轮轴1-44以及分别安装在后轮轴1-44左右两端的左后轮1_45和右后 轮1-46组成，所述左前轮1-42、右前轮1-43、左后轮1_45和右后轮1_46均为结构与钢轨 3的结构相对应且能沿钢轨3前后移动的轨道轮。本实施例中，所述链轮包括分别布设在链条18-3以及分别同轴套装在前轮轴 1-41和后轮轴1-44上的前链轮18-1和后链轮18-2，所述链条18_3缠绕在前链轮18_1和 后链轮18-2上。如图7所示，所述轨道轮包括轮圈4和同轴布设在所述轮圈4内侧的轮缘5， 轮缘5的踏面为锥形踏面且所述锥形踏面由外向内逐渐向下倾斜，所述锥形踏面的 斜度为1 20，所述轨道轮的横截面形状为T字形。实际操作时，所述轮圈4的直径 为Φ430πιπι 士 20mm，所述轮缘5的直径为Φ485πιπι 士 20mm，所述轮圈5的横向宽度为 32mm士3mm。本实施例中，所述钢轨3的规格为24kg/m。所述轮圈4的直径为Φ430mm，所 述轮缘5的直径为Φ485mm，所述轮圈5的横向宽度为32mm。本实施例中，所述前轴轮系为主动轮系且所述后轴轮系为从动轮系，所述前轮轴
101-41通过传动机构与驱动机构一 1-5相接，所述驱动机构一 1-5为防爆式串激直流电动机。所述前轮轴1-41和后轮轴1-44的左右端部分别安装在安装于机器人本体一 1_1 左右两侧下方的轴承座1-48内。本实施例中，所述轴承座1-48所述轴承座壳体1-481、安 装在轴承座壳体1-481内部的上下两列滚柱轴承1-482、同轴套装在轴承座壳体1-481内侧 的内座圈1-483，所述前轮轴1-41或后轮轴1-44的轴颈安装在内座圈1_483内。所述轴承 座壳体1-481的上部和外侧部与机器人本体一 1-1之间均垫装有橡胶减震垫。所述机器人本体一 1-1上设置有用于存放探测机器人2的机器人存放仓1-2。所 述机器人本体一 1-1的外部形状为长方体，所述机器人存放仓1-2的形状为长方体，且机器 人本体一 1-1内设置有将所述仓门打开后将探测机器人2由机器人存放仓1-2内移送至地 面的起落架6，所述起落架6由布设在机器人本体一 1-1内的起落架驱动机构7进行驱动， 所述起落架驱动机构7由控制系统一 1-7进行控制且其与控制系统一 1-7相接。实际加工制作时，所述机器人本体一 1-1和机器人存放仓1-2形成一个整体式立 方体车体，所述整体式立方体车体内部通过隔板分为上下两部分，且所述隔板上部为机器 人存放仓1-2且其下部为机器人本体一 1-1。本实施例中，所述测距单元一 1-10为激光测 距仪。所述探测机器人2包括机器人本体二、安装在机器人本体二内的行走机构二、对 行走机构二进行驱动的驱动机构二、环境信息监测单元二、自主导航单元二、测距单元二以 及分别与环境信息监测单元二、测距单元二和自主导航单元二相接的控制系统二，所述驱 动机构二、环境信息监测单元二、自主导航单元二、测距单元二和控制系统二均安装在机器 人本体二内，所述驱动机构二由控制系统二进行控制且其与控制系统二相接。另外，本发明还包括安装在机器人本体一 1-1内的制动装置，所述制动装置为电 动式制动装置或气动式制动装置。如图8、图9所示，本实施例中，所述电动式制动装置包括制动电机8、与制动电机8 的动力输出轴相接且由制动电机8进行驱动的制动杆9和制动状态下分别与左前轮1-42、 右前轮1-43、左后轮1-45和右后轮1-46的轮圈外侧紧贴的四个轴瓦，四个所述轴瓦分别通 过传动组件与制动杆9相接且均由制动杆9带动进行移动，四个所述轴瓦分别为与左前轮 1-42、右前轮1-43、左后轮1-45和右后轮1_46位置相对的左前轴瓦10_1、左后轴瓦10_2、 右前轴瓦10-3和右后轴瓦10-4。本实施例中，所述制动杆9呈水平向布设且制动杆9的中心轴线与机器人本体一 1-1的纵向中心线相垂直。所述传动组件的数量为两组且两组传动组件分别为布设在左前 轮1-42与左后轮1-45之间中部的传动组件一 11-1和布设在右前轮1-43与右后轮1_46之 间的传动组件二 11-2，所述传动组件一 11-1和传动组件二 11-2呈左右对称布设。所述传 动组件一 11-1包括前纵向连杆一 11-11、平行布设在前纵向连杆一 11-11后侧的后纵向连 杆一 11-12以及连接在前纵向连杆一 11-11和后纵向连杆一 11-12底部之间且能同步向前 后两侧伸缩的横向伸缩连杆一 11-13，所述前纵向连杆一 11-11的顶部与制动杆9的左端部 之间通过传动杆一 11-14相接，所述左前轴瓦10-1和左后轴瓦10-2分别安装在前纵向连 杆一 11-11和后纵向连杆一 11-12上。所述传动组件二 11-2包括前纵向连杆二 11-21、平 行布设在前纵向连杆二 11-21后侧的后纵向连杆二 11-22以及连接在前纵向连杆二 11-21 和后纵向连杆二 11-22底部之间且能同步向前后两侧伸缩的横向伸缩连杆二 11-23，所述
11前纵向连杆二 11-21的顶部与制动杆9的右端部之间通过传动杆二 11-24相接，所述右前 轴瓦10-3和右后轴瓦10-4分别安装在前纵向连杆二 11-21和后纵向连杆二 11-22上。所 述前纵向连杆一 11-11与后纵向连杆一 11-12之间以及前纵向连杆二 11-21与后纵向连杆 二 11-22之间均安装有弹性支撑杆19。本实施例中，所述前纵向连杆一 11-11与前纵向连杆二 11-21分别通过安装座一 20-1安装在机器人本体一 1-1下部，后纵向连杆一 11-12与后纵向连杆二 11-22分别通过 安装座二 20-2安装在机器人本体一 1-1下部，所述安装座一 20-1上开有水平向滑槽，前纵 向连杆一 11-11与前纵向连杆二 11-21的上端部扣装在所述水平向滑槽21上且前纵向连 杆一 11-11与前纵向连杆二 11-21的上端部能沿所述水平向滑槽21前后来回移动。所述 制动杆9通过固定座22安装在机器人本体一 1-1上，所述制动杆9与固定座22之间通过 连接扣件23进行连接。实际使用过程中，也可以采用气动式制动装置。结合图12、图13，所述气动式制动 装置包括左右两个制动气缸26、由制动气缸26进行驱动的前后两个横向移动滑块27和制 动状态下分别与左前轮1-42、右前轮1-43、左后轮1-45和右后轮1_46的轮圈外侧紧贴的 四个轴瓦，左右两个制动气缸26分别为左侧气缸和右侧气缸，所述制动气缸26为双向气缸 且所述双向气缸内布设有前后两个横向移动的活塞29，前后两个活塞29分别与前后两个 横向移动滑块27相接且前后两个活塞29分别带动前后两个横向移动滑块27进行横向移 动，四个所述轴瓦分别为与左前轮1-42、右前轮1-43、左后轮1-45和右后轮1_46位置相对 的左前轴瓦10-1、左后轴瓦10-2、右前轴瓦10-3和右后轴瓦10-4。所述左前轴瓦10_1和 左后轴瓦10-2分别通过纵向连杆28与由左侧气缸进行驱动的前后两个横向移动滑块27 相接，且右前轴瓦10-3和右后轴瓦10-4分别通过纵向连杆28与由右侧气缸进行驱动的前 后两个横向移动滑块27相接。结合图10和图11，所述机器人本体一 1-1与行走机构一 1-4之间安装有将机器人 本体一 1-1的重量均勻地弹性传递至钢轨3上的连接缓冲装置。本实施例中，所述连接缓冲装置的数量为两个且两个连接缓冲装置分别位布设在 分别为布设在左前轮1-42与左后轮1-45外侧的连接缓冲装置一 12-1和布设在右前轮 1-43与右后轮1-46外侧的连接缓冲装置二 12-2，所述连接缓冲装置一 12_1和连接缓冲装 置二 12-2的结构相同且二者呈左右对称布设。所述连接缓冲装置一 12-1均包括前缓冲结 构12-1、后缓冲结构12-2和由四根连杆组成的W形连杆缓冲机构，所述前缓冲结构12-1包 括布设在机器人本体一 1-1下部的横向橡胶垫和垫装在所述横向橡胶垫与左前轮1-42中 上部或左后轮1-45中上部之间的纵向橡胶垫，所述后缓冲结构12-2的结构与前缓冲结构 12-1的结构相同。四根所述连杆由前至后分别为连杆一 12-3、连杆二 12-4、连杆三12_5和 连杆四12-6，连杆一 12-3的下部固定安装在左前轮1-42的前侧中部且其上端部与机器人 本体一 1-1之间安装有过渡支座一 13-1，连杆二 12-4和连杆三12-5的下部分别固定安装 在左前轮1-42的后侧中部和左后轮1-45的前侧中部且二者的上端部与机器人本体一 1-1 之间安装有过渡支座二 13-2，连杆四12-6的下部固定安装在左后轮1-45的后侧中部且其 上端部与机器人本体一 1-1之间安装有过渡支座三13-3。综上，所述连接缓冲装置由连接 元件、缓冲元件(即前缓冲结构12-1与后缓冲结构12-2)和均载元件(即W形连杆缓冲机 构)组成。
同时，本发明还包括与控制系统一 1-7相接且对机器人本体一 1-1前后方的障碍 物信息进行实时检测的内部检测系统，控制系统一 1-7对所述内部检测系统所检测信息进 行分析处理并将分析处理结果同步传送至自主导航单元一 1-8 ；所述内部检测系统包括布 设在机器人本体一 1-1前部的前部检测单元和布设在机器人本体一 1-1后部的后部检测单 元，所述前部检测单元和后部检测单元均包括对机器人本体一 1-1前方和后方是否存在障 碍物以及所存在障碍物距机器人本体一 1-1间的距离和所述障碍物的大小进行实时检测 的多组检测装置，且每一组所述检测装置均包括一个超声传感器24和一个红外传感器25， 所述超声传感器24和红外传感器25均与控制系统一 1-7相接。实际使用过程中，所述前 部检测单元和后部检测单元中的多组检测装置均布设在同一水平线上且布设在机器人本 体一 1-1前部和后部的下侧，所述前部检测单元和后部检测单元中的多组检测装置呈均勻 布设。本实施例中，本发明还包括均与控制系统一 1-7相接的存储单元14和无线通信单 元一 15，实际操作过程中，位于地面上的工作人员可通过所述远程遥控设备与无线通信单 元一 15向控制系统一 1-7发送远程控制信号以对本发明进行遥控，同时本发明运行过程 中，通过无线通信单元一 15将其实时所检测信号同步传送至地面上的远程遥控设备。所述 探测机器人2还包括均与控制系统二相接的存储单元二和无线通信单元二。另外，实际使 用过程中，本发明与探测机器人2之间通过无线通信单元一 15和无线通信单元二 17进行 双向通信，即实现本发明对探测机器人2进行自动控制的功能，并且探测机器人2的控制系 统二将其工作状态及实时检测参数同步传送至本发明的控制系统一 1-7。本发明实际运行 过程中，对所运行煤矿巷道内的相关环境参数进行实时检测并进行同步记录，必要时将所 检测信息通过无线通信单元一 15传送至地面的远程遥控设备；当本发明被障碍物阻止或 轨道受到破坏不能继续前移时，则打开仓门，探测机器人2通过起落架6从一适宜方位离开 机器人本体一 1-1，利用其自身的自主导航、自主移动等功能继续前行，运动到井下靠近事 故发生的位置并对事故发生处的相关环境参数进行实时检测并进行同步记录，必要时将所 检测信息通过无线通信单元传送至地面。另外，实际运行过程中，本发明在牵引力的作用下 沿轨道运行时，不会发生脱轨和倾覆等非正常现象，则在煤矿井下发生爆炸事故后，井下轨 道会受到不同程度的影响，轨道线路中的各种确定性不平顺、非确定性不平顺和动力不平 顺等因素都会不同程度地加剧轮轨间的相互作用力，影响本发明的运动性能，则本发明具 有一定的移动性、稳定性和曲线通过能力。综上所述，本发明包括自主导航系统(即自主导航单元一 1-8)、遥操作系统(即分 别与控制系统一 1-7和控制系统二相接的无线通信单元一 15和无线通信单元二 17，以及 布设在地面上的程控设备)、运动控制系统(即对驱动机构一 1-5进行控制的控制系统一 1-7)和检测系统(即环境信息监测单元一 1-6和内部检测系统)。所述环境信息监测单元 一 1-6包括用于检测煤矿井下巷道内的一氧化碳、氧气、瓦斯、温度等信息进行实时检测的 检测装置和布设在所述机器人本体一 1-1上且对煤矿井下巷道内的图像信息进行实时采 集的图像采集装置，所述图像采集装置为CCD摄像机。所述自主导航单元一 1-8内存有煤 矿井下的地理系信系统以及最短路径和遍布路径的搜索算法，本发明实际运行过程中，所 述内部检测系统实时对机器人本体一 1-1前方和后方是否存在障碍物以及所存在障碍物 距机器人本体一 1-1间的距离和所述障碍物的大小进行实时检测，并将所检测信息同步传送至控制系统一 1-7进行分析处理，且控制系统一 1-7将分析处理结果同步传送至自主导 航单元一 1-8，再由自主导航单元一 1-8根据控制系统一 1-7的分析处理结果作出进行绕 路还是启动自动排障机构1-9进行排障的路径规划结果。所述控制系统一 1-7接收自主导 航单元一 1-8的路径规划结果和位于地面的远程程控设备的遥控指令，控制机器人本体一 1-1实现沿轨道前行、后退、停止、过道岔、打开仓门、升降起落架等运动，综上所述内部检测 系统用于检测本发明的行进方向路况信息。另外，本实施例中，所述机器人存放仓1-2、行走机构一 1-4、驱动机构一 1-5、起落 架6、所述制动装置和所述连接缓冲装置与机器人本体一 1-1之间均通过螺栓进行固定连 接，因而拆装方便，实际使用过程中，可以将本发明的各组件运至采煤井井下后，再对各组 件进行组装，也就是说，在井下完成本发明的组装过程。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
1权利要求
一种煤矿救援运载机器人，其特征在于包括机器人本体一(1 1)、布设在机器人本体一(1 1)内且供探测机器人(2)存放的机器人存放仓(1 2)、安装在所述机器人存放仓(1 2)的仓门上且带动所述仓门开关的仓门开关驱动机构(1 3)、安装在机器人本体一(1 1)内且能沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道行走的行走机构一(1 4)、对行走机构一(1 4)进行驱动的驱动机构一(1 5)、环境信息监测单元一(1 6)、自主导航单元一(1 8)、测距单元一(1 10)、安装在机器人本体一(1 1)上的自动排障机构(1 9)以及分别与环境信息监测单元一(1 6)、测距单元一(1 10)和自主导航单元一(1 8)相接的控制系统一(1 7)，所述仓门开关驱动机构(1 3)、所述行走机构一(1 4)、驱动机构一(1 5)、环境信息监测单元一(1 6)、测距单元一(1 10)、自主导航单元一(1 8)和控制系统一(1 7)均安装在机器人本体一(1 1)内；所述仓门开关驱动机构(1 3)、自动排障机构(1 9)和驱动机构一(1 5)均由控制系统一(1 7)进行控制且三者均与控制系统一(1 7)相接。
2.按照权利要求1所述的煤矿救援运载机器人，其特征在于所述已有运输通道为由 两根平行布设的钢轨(3)组成的轨道；所述行走机构一(1-4)包括一前一后安装在机器人 本体一(1-1)下方的前轴轮系和后轴轮系，所述前轴轮系和所述后轴轮系之间通过链轮进 行连接；所述前轴轮系包括前轮轴(1-41)、分别安装在前轮轴(1-41)左右两端的左前轮 (1-42)和右前轮(1-43)，所述后轴轮系包括与前轮轴(1-41)平行布设的后轮轴(1_44)以 及分别安装在后轮轴(1-44)左右两端的左后轮(1-45)和右后轮(1-46)组成，所述左前轮 (1-42)、右前轮(1-43)、左后轮(1-45)和右后轮(1_46)均为结构与钢轨(3)的结构相对应 且能沿钢轨(3)前后移动的轨道轮。
3.按照权利要求2所述的煤矿救援运载机器人，其特征在于所述轨道轮包括轮圈(4) 和同轴布设在所述轮圈(4)内侧的轮缘(5)，轮缘(5)的踏面为锥形踏面且所述锥形踏面由 外向内逐渐向下倾斜，所述锥形踏面的斜度为1 20，所述轨道轮的横截面形状为T字形。
4.按照权利要求2或3所述的煤矿救援运载机器人，其特征在于所述前轮轴(1-41) 和后轮轴(1-44)的左右端部分别安装在安装于机器人本体一(1-1)左右两侧下方的轴承 座(1-48)内。
5.按照权利要求2或3所述的煤矿救援运载机器人，其特征在于所述机器人本体一 (1-1)上设置有用于存放探测机器人(2)的机器人存放仓(1-2)；所述机器人本体一(1-1) 的外部形状为长方体，所述机器人存放仓(1-2)的形状为长方体，且机器人本体一(1-1)内 设置有将所述仓门打开后将探测机器人(2)由机器人存放仓(1-2)内移送至地面的起落架 (6)，所述起落架(6)由布设在机器人本体一(1-1)内的起落架驱动机构(7)进行驱动，所 述起落架驱动机构(7)由控制系统一(1-7)进行控制且其与控制系统一(1-7)相接。
6.按照权利要求2或3所述的煤矿救援运载机器人，其特征在于还包括安装在机器 人本体一(1-1)内的制动装置，所述制动装置为电动式制动装置或气动式制动装置；所述电动式制动装置包括制动电机(8)、与制动电机(8)的动力输出轴相接且由制动 电机(8)进行驱动的制动杆(9)和制动状态下分别与左前轮(1-42)、右前轮(1-43)、左后 轮(1-45)和右后轮(1-46)的轮圈外侧紧贴的四个轴瓦，四个所述轴瓦分别通过传动组件 与制动杆(9)相接且均由制动杆(9)带动进行移动，四个所述轴瓦分别为与左前轮(1-42)、 右前轮(1-43)、左后轮(1-45)和右后轮(1-46)位置相对的左前轴瓦(10_1)、左后轴瓦 (10-2)、右前轴瓦(10-3)和右后轴瓦(10-4)；所述气动式制动装置包括左右两个制动气缸(26)、由制动气缸(26)进行驱动的前后 两个横向移动滑块(27)和制动状态下分别与左前轮(1-42)、右前轮(1-43)、左后轮(1_45) 和右后轮(1-46)的轮圈外侧紧贴的四个轴瓦，左右两个制动气缸(26)分别为左侧气缸和 右侧气缸，所述制动气缸(26)为双向气缸且所述双向气缸内布设有前后两个横向移动的 活塞(29)，前后两个活塞(29)分别与前后两个横向移动滑块(27)相接且前后两个活塞 (29)分别带动前后两个横向移动滑块(27)进行横向移动，四个所述轴瓦分别为与左前轮 (1-42)、右前轮(1-43)、左后轮(1-45)和右后轮(1-46)位置相对的左前轴瓦(10-1)、左后 轴瓦(10-2)、右前轴瓦(10-3)和右后轴瓦(10-4)；左前轴瓦(10-1)和左后轴瓦(10_2)分 别通过纵向连杆(28)与由左侧气缸进行驱动的前后两个横向移动滑块(27)相接，且右前 轴瓦(10-3)和右后轴瓦(10-4)分别通过纵向连杆(28)与由右侧气缸进行驱动的前后两 个横向移动滑块(27)相接。
7.按照权利要求2或3所述的煤矿救援运载机器人，其特征在于所述机器人本体一 (1-1)与行走机构一(1-4)之间安装有将机器人本体一(1-1)的重量均勻地弹性传递至钢 轨(3)上的连接缓冲装置。
8.按照权利要求7所述的煤矿救援运载机器人，其特征在于所述连接缓冲装置的数 量为两个且两个连接缓冲装置分别为布设在左前轮(1-42)与左后轮(1-45)外侧的连接缓 冲装置一(12-1)和布设在右前轮(1-43)与右后轮(1-46)外侧的连接缓冲装置二(12_2)， 所述连接缓冲装置一(12-1)和连接缓冲装置二(12-2)的结构相同且二者呈左右对称布 设；所述连接缓冲装置一(12-1)均包括前缓冲结构(12-1)、后缓冲结构(12-2)和由四根 连杆组成的W形连杆缓冲机构，所述前缓冲结构(12-1)包括布设在机器人本体一(1-1)下 部的横向橡胶垫和垫装在所述横向橡胶垫与左前轮(1-42)中上部或左后轮(1-45)中上部 之间的纵向橡胶垫，所述后缓冲结构(12-2)的结构与前缓冲结构(12-1)的结构相同；四根 所述连杆由前至后分别为连杆一(12-3)、连杆二(12-4)、连杆三(12-5)和连杆四(12_6)， 连杆一(12-3)的下部固定安装在左前轮(1-42)的前侧中部且其上端部与机器人本体一 (1-1)之间安装有过渡支座一(13-1)，连杆二 (12-4)和连杆三(12-5)的下部分别固定安 装在左前轮(1-42)的后侧中部和左后轮(1-45)的前侧中部且二者的上端部与机器人本体 一 (1-1)之间安装有过渡支座二(13-2)，连杆四(12-6)的下部固定安装在左后轮(1-45) 的后侧中部且其上端部与机器人本体一(1-1)之间安装有过渡支座三(13-3)。
9.按照权利要求2或3所述的煤矿救援运载机器人，其特征在于还包括均与控制系 统一(1-7)相接的存储单元(14)和无线通信单元一(15)，所述控制系统一(1-7)通过无线 通信单元一(15)与位于地面上的远程遥控设备相接。
10.按照权利要求2或3所述的煤矿救援运载机器人，其特征在于还包括与控制系统 一 (1-7)相接且对机器人本体一(1-1)前后方的障碍物信息进行实时检测的内部检测系 统，控制系统一(1-7)对所述内部检测系统所检测信息进行分析处理并将分析处理结果同 步传送至自主导航单元一(1-8)；所述内部检测系统包括布设在机器人本体一(1-1)前部 的前部检测单元和布设在机器人本体一(1-1)后部的后部检测单元，所述前部检测单元和 后部检测单元均包括对机器人本体一(1-1)前方和后方是否存在障碍物以及所存在障碍 物距机器人本体一(1-1)间的距离和所述障碍物的大小进行实时检测的多组检测装置，且 每一组所述检测装置均包括一个超声传感器(24)和一个红外传感器(25)，所述超声传感器(24)和红外传感器(25)均与控制系统一(1-7)相接。
全文摘要
本发明公开了一种煤矿救援运载机器人，包括机器人本体一、机器人存放仓及仓门开关驱动机构、行走机构一及其驱动机构一、环境信息监测单元一、自主导航单元一、遥控单元一、测距单元一、安装在机器人本体一上的自动排障机构以及控制系统一，所述仓门开关驱动机构、自动排障机构和驱动机构一均由控制系统一进行控制且三者均与控制系统一相接。本发明结构紧凑、设计合理、拆装方便、使用操作简便且智能化程度高、工作性能可靠、运动能力强，在煤矿井下发生爆炸事故后，能自主或以人工遥控方式沿煤矿井下轨道行驶，该机器人适合于在煤矿井底车场与事故地点之间快速高效地运送探测机器人且对巷道内环境进行监测。
文档编号B60B37/00GK101975079SQ20101029591
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者马宏伟, 魏娟 申请人:西安科技大学