[发明专利]煤矿救援运载机器人

说明书

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。

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