專利名稱：伴隨災(zāi)情機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，尤其是用于地質(zhì)條件復(fù)雜條件下的瓦斯爆炸、突水、頂板 垮塌等事故將要發(fā)生時(shí)，進(jìn)行災(zāi)害各項(xiàng)指標(biāo)預(yù)報(bào)的機(jī)器人。
背景技術(shù)：
在國(guó)外，救災(zāi)機(jī)器人發(fā)展迅速，技術(shù)日益成熟，并進(jìn)入實(shí)用化階段，日本、美國(guó)、英 國(guó)等已在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)中使用，救災(zāi)機(jī)器人能迅速找到幸存者的位置。日本大阪大學(xué)研制出蛇 形機(jī)器人，能在高低不平的模擬廢墟上前進(jìn)，其頂端帶有一部小型監(jiān)視器，身體部位安裝傳 感器，可以在地震后的廢墟里尋找幸存者。美國(guó)iRobot公司研制PackBot系列機(jī)器人，能 適應(yīng)崎嶇不平的地形環(huán)境和爬樓梯，主要執(zhí)行探測(cè)任務(wù)、尋找幸存者、勘探化學(xué)品泄漏等任 務(wù)，InuKtun公司研制了機(jī)器人MicroVGTV，機(jī)身可變位，采用電纜控制，含有直視的彩色攝 像頭，并帶有微型話筒和揚(yáng)聲器，可用于與災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)的幸存者通話，適用于在小的孔洞和空 間中執(zhí)行任務(wù)。除了中小型救災(zāi)機(jī)器人，微型救災(zāi)機(jī)器人也正在研究中，美國(guó)加州大學(xué)伯克 利分校研制出世界第一個(gè)蒼蠅機(jī)器人，通過(guò)裝在它腦袋上的微型傳感器與微型攝像機(jī)，可 以到倒塌的建筑物廢墟底下或其他災(zāi)難場(chǎng)所尋找幸存者；在國(guó)內(nèi)，探測(cè)救災(zāi)機(jī)器人的研究 剛剛起步，現(xiàn)在已經(jīng)有中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和唐山開(kāi)誠(chéng)電控設(shè)備集團(tuán)等多家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)，已 經(jīng)開(kāi)展了礦山救災(zāi)機(jī)器人的研制工作。目前全國(guó)共有高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井約9000多處，占礦井總數(shù)的30%左 右，每年因突出事故死亡人數(shù)近千人。突出礦井產(chǎn)量約占世界突出礦井總產(chǎn)量的24%，累計(jì) 突出次數(shù)約占世界總突出次數(shù)的40%以上。由于煤層地質(zhì)條件差，各種類型構(gòu)造、陷落住發(fā)育，在原有地應(yīng)力、采動(dòng)應(yīng)力的影 響下，在開(kāi)采過(guò)程中，巷道和采面發(fā)生瓦斯爆炸、涌水、頂板跨落等事故，由此造成重1大的 人員傷亡事故。之所以發(fā)生這些災(zāi)難，是因?yàn)樵诤簩拥某练e巖中，一般巖體都經(jīng)歷過(guò)自中 國(guó)大陸板塊形成以來(lái)的幾次大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造復(fù)雜、不均勻，圍巖很破碎強(qiáng)度低，松動(dòng)圖 擴(kuò)散速度大，頂板發(fā)生跨落的情況時(shí)有發(fā)生。根據(jù)勘察手段無(wú)法每個(gè)巷道完全清楚的查明， 沒(méi)有兩條巷道的地質(zhì)與生產(chǎn)條件完全相同，同一條巷道不同地段的地質(zhì)條件也不相同，生 產(chǎn)條件隨時(shí)面臨的危險(xiǎn)，特別是在新構(gòu)造影響強(qiáng)烈的地區(qū)，地應(yīng)力很大，煤與瓦斯突出比較 嚴(yán)重；在構(gòu)造發(fā)育礦區(qū)，奧灰水對(duì)煤礦的生產(chǎn)造成了很大隱患。因此，要實(shí)時(shí)對(duì)巷道和采面進(jìn)行檢測(cè)，隨時(shí)向地面報(bào)告地下不同部位瓦斯的濃度、 通風(fēng)情況，頂板支護(hù)變形情況，斷層、小構(gòu)造擴(kuò)展情況，是相當(dāng)重要的，如果在災(zāi)難發(fā)生之 前，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，停止生產(chǎn)，人員撤出，采取相應(yīng)的措施，避免災(zāi)難的發(fā)生。所以在災(zāi)難發(fā) 生之前進(jìn)行預(yù)報(bào)尤為重要，做到防患于未然。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種伴隨災(zāi)情機(jī)器人，包括總控平臺(tái)和設(shè)置在其上的升降 機(jī)械臂、及輸送驅(qū)動(dòng)電力的電力線，總控平臺(tái)上設(shè)置有車載綜合控制計(jì)算機(jī)和定位導(dǎo)航設(shè)備，機(jī)械臂上設(shè)置有環(huán)境氣體參數(shù)檢測(cè)傳感器、風(fēng)速風(fēng)向參數(shù)檢測(cè)傳感器、語(yǔ)音通訊設(shè)備、 溫度傳感器、導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)，電力線在輸送驅(qū)動(dòng)電力的同時(shí)進(jìn)行遙控信號(hào)和檢測(cè)數(shù)據(jù) 的傳輸，遙控端通過(guò)電力線向車載綜合控制計(jì)算機(jī)控制傳輸遙控信號(hào)，以控制機(jī)器人上設(shè) 置的各設(shè)備完成指令工作。進(jìn)一步，所述機(jī)器人上還設(shè)置有照明設(shè)備和電子調(diào)速器。進(jìn)一步，所述導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)包括若干方向上的監(jiān)控?cái)z像頭和多路視頻切換 器，該多路視頻切換器隨時(shí)控制所述導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)選擇前左視、前右視及后視圖像。進(jìn)一步，所述總控平臺(tái)上設(shè)置有電力線纜收放裝置，其上設(shè)置有自載電纜和拉力 傳感器，該拉力傳感器用于測(cè)量所述電力線拉力，以防止電力線被拉斷的。進(jìn)一步，所述電力線纜收放裝置上設(shè)置有電力線波動(dòng)機(jī)構(gòu)，以防止纜線被卡。進(jìn)一步，所述電力線上設(shè)置有標(biāo)尺標(biāo)識(shí)，為所述總控平臺(tái)運(yùn)行距離綜合計(jì)算提供 輔助信息。進(jìn)一步，所述車載綜合控制計(jì)算機(jī)采用一片基于ARM9架構(gòu)的AT91RM9200微處理 器及外圍元器件實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，所述總控平臺(tái)為遙控履帶式平臺(tái)。進(jìn)一步，所述機(jī)器人上設(shè)置的各種設(shè)備均采用密封防水設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，所述 機(jī)器人采用整體防爆設(shè)計(jì)。本發(fā)明伴隨災(zāi)情機(jī)器人可由人工遠(yuǎn)距離遙控行駛，將傳統(tǒng)需要由人員冒較大危險(xiǎn) 完成的任務(wù)交由機(jī)器人來(lái)完成。在礦難發(fā)生后，作為搶險(xiǎn)人員的開(kāi)路先鋒，機(jī)器人首先進(jìn)入 礦井，通過(guò)其載有多種傳感器，到井下收集瓦斯、氧氣、溫度、風(fēng)速、煤塵、水位、塌方等信息， 傳到地面，為搶險(xiǎn)方案決策提供重要依據(jù)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為總控平臺(tái)克服垂直障礙情況示意圖；圖3為機(jī)器人便攜式控制臺(tái)結(jié)構(gòu)圖；圖4為機(jī)器人車載部分電子設(shè)備連接結(jié)構(gòu)圖；圖5為雙功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1至圖4所示，本發(fā)明伴隨災(zāi)情機(jī)器人，包括總控平臺(tái)1和設(shè)置在其上的升降 機(jī)械臂2、及輸送驅(qū)動(dòng)電力的電力線3、照明設(shè)備，總控平臺(tái)1上設(shè)置有車載綜合控制計(jì)算機(jī) 7和定位導(dǎo)航設(shè)備，機(jī)械臂1上設(shè)置有環(huán)境氣體參數(shù)檢測(cè)傳感器4、風(fēng)速風(fēng)向參數(shù)檢測(cè)傳感 器5、語(yǔ)音通訊設(shè)備、溫度傳感器、導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)6、視音頻服務(wù)器8和擴(kuò)頻數(shù)傳電臺(tái)16?？偪仄脚_(tái)1為遙控履帶式平臺(tái)，其具有成本低、機(jī)動(dòng)性能好、通過(guò)性好、越障性好 的優(yōu)點(diǎn)，最高可翻越20cm的連續(xù)臺(tái)階。由于采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)材料使履帶式平臺(tái)的結(jié)構(gòu)重量 大大減輕，空載27kg的自重可方便運(yùn)輸與攜帶，這在同類小型機(jī)器人平臺(tái)中具有很大的先 進(jìn)性。本實(shí)施例中，總控平臺(tái)1尺寸為長(zhǎng)930*寬470*高254 (mm)，無(wú)負(fù)載時(shí)設(shè)計(jì)重量27公 斤。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用兩臺(tái)額定功率為250瓦，額定轉(zhuǎn)速3000rpm的直流電機(jī)，瞬間最大速度為9km/h，巡航速度7km/s。在無(wú)負(fù)載情況下，可爬45度坡。升降機(jī)械臂2在車載綜合控制計(jì)算機(jī)的指令控制下，按照采樣的要求，升降機(jī)械 臂2抬升到指定的高度，使相應(yīng)傳感器獲取探測(cè)參數(shù)。車載綜合控制計(jì)算機(jī)7采用嵌入式結(jié)構(gòu)，其嵌入安裝在總控平臺(tái)1上，其由一片 基于ARM9架構(gòu)的AT91RM9200微處理器及外圍元器件實(shí)現(xiàn)。車載綜合控制計(jì)算機(jī)7是整 個(gè)控制系統(tǒng)車載部分的核心，除接收數(shù)傳數(shù)據(jù)鏈路從遙控端傳輸過(guò)來(lái)的遙控信息并提取正 確的控制信號(hào)外，還完成對(duì)傳感器及導(dǎo)航設(shè)備采集的平臺(tái)行駛過(guò)程中的位置信息、速度、航 向、載荷設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)的接收，根據(jù)路線規(guī)劃任務(wù)進(jìn)行處理，并向執(zhí)行模塊發(fā)送指令執(zhí)行 相應(yīng)任務(wù)。另外，車載綜合控制計(jì)算機(jī)7還控制多路圖像的切換，使攝像頭能隨時(shí)選擇前左 視、前右視及后視圖像。導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)6包括前左視攝像頭11、前右視攝像頭12、后視攝像頭13和多 路視頻切換器10，多路視頻切換器10隨時(shí)控制各攝像頭選擇前左視、前右視及后視圖像。語(yǔ)音通訊設(shè)備包括高靈敏話筒14和大功率喇叭15，高靈敏話筒14可撲捉到礦井、 巷道中的微弱聲音，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)災(zāi)難時(shí)被埋人員，大功率喇叭15可向礦井、巷道中傳入井 外的指揮信息等，利于礦難時(shí)對(duì)被困人員的救助，減小損失。視音頻服務(wù)器8接收導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)6的視頻信息和語(yǔ)音通訊設(shè)備的語(yǔ)音信 息，并將其轉(zhuǎn)化壓縮后輸送到地面。電力線3在輸送驅(qū)動(dòng)電力的同時(shí)進(jìn)行遙控信號(hào)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，遙控端17通過(guò) 電力線3向車載綜合控制計(jì)算機(jī)控制傳輸遙控信號(hào)，以控制機(jī)器人上設(shè)置的各設(shè)備完成指 令工作。采用電力線3進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使機(jī)器人平臺(tái)在輸送電力的同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，一舉 兩得，將車載電池替換下來(lái)的重量用于線纜，搭載，解決了通信距離的問(wèn)題。通過(guò)電力線3 進(jìn)行圖像語(yǔ)音傳輸通信，在為平臺(tái)提供電力的同時(shí)，承擔(dān)通信任務(wù)，滿足高帶寬的要求。本發(fā)明伴隨災(zāi)情機(jī)器人在地面上還配備有小型移動(dòng)計(jì)算機(jī)18，其可監(jiān)控總控平臺(tái) 1的位置、行駛方向、行駛軌跡及現(xiàn)場(chǎng)圖像，便于超視距控制總控平臺(tái)1。機(jī)器人上電子調(diào)速 器9可有效的調(diào)配總控平臺(tái)1的運(yùn)行狀態(tài)，使其準(zhǔn)確地到達(dá)目標(biāo)區(qū)域?？偪仄脚_(tái)1上設(shè)置有電力線纜收放裝置，其上設(shè)置有自載電纜和拉力傳感器，該 拉力傳感器用于測(cè)量電力線3拉力，以防止電力線3被拉斷的。自載電纜使得總控平臺(tái)1 能夠運(yùn)行到更深處的區(qū)域，提高其機(jī)動(dòng)性。電力線纜收放裝置上設(shè)置有電力線波動(dòng)機(jī)構(gòu)，在 施放的過(guò)程中，電力線波動(dòng)機(jī)構(gòu)能波動(dòng)電力線，防止纜線被卡。同時(shí)，電力線1上設(shè)置有標(biāo) 尺標(biāo)識(shí)，為總控平臺(tái)1運(yùn)行距離綜合計(jì)算提供輔助信息。本發(fā)明伴隨災(zāi)情機(jī)器人設(shè)置的各種設(shè)備均采用密封防水設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，模塊 化的結(jié)構(gòu)可方便地將機(jī)器人平臺(tái)拆卸裝箱，因而使礦用救災(zāi)探測(cè)機(jī)器人平臺(tái)的生產(chǎn)、裝配、 調(diào)試、運(yùn)輸十分方便，且對(duì)操作人員技術(shù)水平要求不高，容易掌握，使用成本大大降低。并且 其采用密封防水設(shè)計(jì)和整體防爆設(shè)計(jì)，提高了礦用救災(zāi)探測(cè)機(jī)器人平臺(tái)的機(jī)動(dòng)能力，具備 較強(qiáng)的涉水。如圖5所示，本發(fā)明伴隨災(zāi)情機(jī)器人的總控平臺(tái)1中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)學(xué)原 理如下總控平臺(tái)1中的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括左轉(zhuǎn)向電機(jī)19、右轉(zhuǎn)向電機(jī)20、PWM控制器21、大太 陽(yáng)輪22、星齒輪23、行星架24、左匯流行星排25、右匯流行星排26、驅(qū)動(dòng)電機(jī)27、小太陽(yáng)輪28、左側(cè)傳動(dòng)29和右側(cè)傳動(dòng)30、零軸31和換向器32。a.直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，左轉(zhuǎn)向電機(jī)19、右轉(zhuǎn)向電機(jī)20制動(dòng)從而使匯流行星排的大太陽(yáng)輪22 制動(dòng)。此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)27的動(dòng)力經(jīng)減速器、小太陽(yáng)輪28輸入兩側(cè)的左匯流行星排25、右匯流 行星排26，再經(jīng)行星齒輪23帶動(dòng)行星架24輸出至左側(cè)傳動(dòng)29和右側(cè)傳動(dòng)30。直線行駛 時(shí)，匯流行星排相當(dāng)于一個(gè)減速器。只要轉(zhuǎn)向電機(jī)制動(dòng)可靠，兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速就能保持一 致。b.轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)，有兩種工作情況(為便于敘述，規(guī)定機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)時(shí)的小太陽(yáng)輪 28的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎?，大太?yáng)輪22的方向和小太陽(yáng)輪28方向相同時(shí)也為正，反之為負(fù)向， 大太陽(yáng)輪22完全制動(dòng)時(shí)為零；(1)規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑Rg > 0的轉(zhuǎn)向在這種情況下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)27與左轉(zhuǎn)向電機(jī)19、右轉(zhuǎn)向電機(jī)20都參與工作。轉(zhuǎn)向電 機(jī)通過(guò)差速齒輪的作用使兩側(cè)大太陽(yáng)輪22的角速度大小相等、方向相反，內(nèi)側(cè)大太陽(yáng)輪22 正轉(zhuǎn)，而外側(cè)大太陽(yáng)輪反轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)27經(jīng)過(guò)減速器傳到兩側(cè)匯流行星排的小太陽(yáng)輪28 上，使兩側(cè)小太陽(yáng)輪28正轉(zhuǎn)。由于行星架24輸出的轉(zhuǎn)速是相對(duì)于大太陽(yáng)輪22的轉(zhuǎn)速，故 內(nèi)側(cè)輸出的轉(zhuǎn)速是行星架24的轉(zhuǎn)速與大太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速22之差(速度降低)；外側(cè)則是行星 架24轉(zhuǎn)速與大太陽(yáng)輪22轉(zhuǎn)速之和(速度增加)。機(jī)器人向低速側(cè)轉(zhuǎn)向。此時(shí)兩側(cè)行星輪 三元件(大太陽(yáng)輪、小太陽(yáng)輪、行星架)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系如下夕卜側(cè)
COqf小
權(quán)利要求
伴隨災(zāi)情機(jī)器人，其特征在于，該機(jī)器人包括總控平臺(tái)和設(shè)置在其上的升降機(jī)械臂、及輸送驅(qū)動(dòng)電力的電力線，總控平臺(tái)上設(shè)置有車載綜合控制計(jì)算機(jī)和定位導(dǎo)航設(shè)備，機(jī)械臂上設(shè)置有環(huán)境氣體參數(shù)檢測(cè)傳感器、風(fēng)速風(fēng)向參數(shù)檢測(cè)傳感器、語(yǔ)音通訊設(shè)備、溫度傳感器、導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)，電力線在輸送驅(qū)動(dòng)電力的同時(shí)進(jìn)行遙控信號(hào)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，遙控端通過(guò)電力線向車載綜合控制計(jì)算機(jī)控制傳輸遙控信號(hào)，以控制機(jī)器人上設(shè)置的各設(shè)備完成指令工作。
2.如權(quán)利要求1所述的伴隨災(zāi)情機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)器人上還設(shè)置有照明設(shè) 備和電子調(diào)速器。
3.如權(quán)利要求1所述的伴隨災(zāi)情機(jī)器人，其特征在于，所述導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)包括若 干方向上的監(jiān)控?cái)z像頭和多路視頻切換器，該多路視頻切換器隨時(shí)控制所述導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z 像機(jī)選擇前左視、前右視及后視圖像。
4.如權(quán)利要求1所述的伴隨災(zāi)情機(jī)器人，其特征在于，所述總控平臺(tái)上設(shè)置有電力線 纜收放裝置，其上設(shè)置有自載電纜和拉力傳感器，該拉力傳感器用于測(cè)量所述電力線拉力， 以防止電力線被拉斷的。
5.如權(quán)利要求4所述的伴隨災(zāi)情機(jī)器人，其特征在于，所述電力線纜收放裝置上設(shè)置 有電力線波動(dòng)機(jī)構(gòu)，以防止纜線被卡。
6.如權(quán)利要求5所述的伴隨災(zāi)情機(jī)器人，其特征在于，所述電力線上設(shè)置有標(biāo)尺標(biāo)識(shí)， 為所述總控平臺(tái)運(yùn)行距離綜合計(jì)算提供輔助信息。
7.如權(quán)利要求1所述的伴隨災(zāi)情機(jī)器人，其特征在于，所述車載綜合控制計(jì)算機(jī)采用 一片基于ARM9架構(gòu)的AT91RM9200微處理器及外圍元器件實(shí)現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求1所述的伴隨災(zāi)情機(jī)器人，其特征在于，所述總控平臺(tái)為遙控履帶式平臺(tái)。
9.如權(quán)利要求1所述的伴隨災(zāi)情機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)器人上設(shè)置的各種設(shè)備 均采用密封防水設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，所述機(jī)器人采用整體防爆設(shè)計(jì)。全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種伴隨災(zāi)情機(jī)器人，包括總控平臺(tái)和設(shè)置在其上的升降機(jī)械臂、及輸送驅(qū)動(dòng)電力的電力線，總控平臺(tái)上設(shè)置有車載綜合控制計(jì)算機(jī)和定位導(dǎo)航設(shè)備，機(jī)械臂上設(shè)置有環(huán)境氣體參數(shù)檢測(cè)傳感器、風(fēng)速風(fēng)向參數(shù)檢測(cè)傳感器、語(yǔ)音通訊設(shè)備、溫度傳感器、導(dǎo)航和監(jiān)控?cái)z像機(jī)，電力線在輸送驅(qū)動(dòng)電力的同時(shí)進(jìn)行遙控信號(hào)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，遙控端通過(guò)電力線向車載綜合控制計(jì)算機(jī)控制傳輸遙控信號(hào)，以控制機(jī)器人上設(shè)置的各設(shè)備完成指令工作。本發(fā)明伴隨災(zāi)情機(jī)器人可由人工遠(yuǎn)距離遙控行駛，作為搶險(xiǎn)人員的開(kāi)路先鋒，先進(jìn)入礦井，通過(guò)其載有多種傳感器，到井下收集瓦斯、氧氣、溫度、風(fēng)速、煤塵、水位、塌方等信息，傳到地面，為搶險(xiǎn)方案決策提供依據(jù)。
文檔編號(hào)A62B99/00GK101961532SQ20101024869
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者孟凡濱, 孟達(dá), 鄭夢(mèng)雨 申請(qǐng)人:孟凡濱;鄭夢(mèng)雨;孟達(dá)