[发明专利]井下探测机器人

说明书

技术领域

本设计涉及一种机器人，具体涉及一种可变履带式井下探测机器人。

背景技术

黑龙江省委、省政府提出了推动“八大经济区”、“十大工程”建设的发展战略，矿业产业是重点发展的十大产业之一。我省是全国产煤大省，矿井数量多、条件复杂、开采时间长，高瓦斯、高突矿井约占矿井总数的10%。而且，随着开采水平的不断下延，高瓦斯、高突矿井数量逐渐增多。

近年来，关注煤矿安全生产成为了煤矿产业加速发展的重中之重，在煤矿井下发生瓦斯、煤尘等爆炸事故后，第一时间就是解救井下被困人员。然而这种事故的发生往往使得井下环境异常凶险，救援人员无法及时下井，耽误了宝贵的救援时间，这就造成了更多人员的伤亡。事故发生后，井下的各项生命指标是事故专家和决策者做出判断与决策的主要依据，试设计一种可变履带式井下探测机器人，使其深入到井下灾害现场，这一未知的危险区域进行环境探测，并将井下信息及时反馈到救援指挥中心，辅助指挥人员进行紧急决策，并对灾害现场进行评估，为指挥人员制定救援方案提供参考，为救援工作搭建宝贵的通信平台，为我省的煤矿井下探测工作提供有效依据，在资源节约型和环境友好型的社会发展过程中具有广阔的应用前景和重大的现实意义。

发明内容

本设计要解决的问题是根据以上要求并通过设计计算，确定此次设计的机器人行走机构尺寸参数，并绘制井下灾区现场地形的模拟图，再利用Solidworks软件将机器人行走机构与井下灾区现场地形装配为一个整体，然后导入到仿真软件ADAMS中进行虚拟仿真，模拟机器人在起伏不平的地面上运行的情况，考察验证机器人行走机构对于井下复杂地形的通过性与平顺性。

在对井下探测机器人的研究过程中发现，机器人的行走机构研究是设计的首

要任务与技术难点。这是由于煤矿井下环境，尤其是灾害后的环境为空间受限的非结构化环境。由于瓦斯爆炸引起的顶板冒落、片帮、设备错乱翻倒，导致灾区现场地形复杂。这一空间有限的非结构化极端环境给机器人的行走带来非常大的困难。这就要求井下探测机器人的行走机构必须具有较强的对复杂地形的适应能力和爬坡越障能力，以使机器人能够攀越连续台阶、圆形凸台、矩形凸台、梯形凸台、斜坡地形和沟道地形等。

当可变履带式井下探测机器人的两条履带速度相同时，机器人可以实现前进或后退运动；而当两条履带的速度不同时，机器人可以实现转向运动。且两边主臂杆均由直流电机带动，绕履带架上的轴旋转，从而实现履带的不同构形，以适应不同的运动和作业环境，且主臂杆越高，该机器人可攀越的障碍越陡峭。

根据以上要求并通过设计计算，确定了此次设计的机器人行走机构参数：

(1)车体长1200mm，宽1147mm，高772mm；

(2)变履带中驱动轮和导向轮之间的距离是680mm，即履带架长680mm；

(3)主臂杆长695mm；

(4)驱动轮、导向轮、变履带齿轮直径均为154mm；

(5)履带周长为2321mm。

根据以上尺寸，利用CAD软件建立机器人行走机构传动示意图如图1所示，图中1为HH型双筒式车体减震器；2为JSF型直流伺服驱动电机；3为机器人驱动轮；4为680mm履带架；5为直齿圆柱齿轮，齿数Z=72；6为直齿圆柱齿轮，齿数Z=24；7为直齿圆柱齿轮，齿数Z=48；8为机器人导向轮；9为机器人变履带齿轮，齿数Z=42，模数m=3.5；10为695mm主臂杆。

利用Solidworks将机器人各零部件装配起来，可变履带式机器人对地形的适应能力强，支承面积大，动载荷小，路面粘着力强，越野机动性好，且履带支承面上有履齿，履带本身给车轮起铺路的作用，其结构设计紧凑，不易打滑，容易爬坡。该设计还具有结构独特新颖，使用简单方便等优点，有利于机器人发挥较大的牵引力，缓冲井下不规则路面冲击，提高机器人整体机构的稳定性和可靠性。

该设计中，两条形状可变的履带均由小型直流伺服电机驱动，电机型号JSF42-3-30-AS-1000，额定功率为32w，额定转速为3000r/min，经过2级齿轮减速，减速比为1:3和1:2，减速后，电机输出转速降至500r/min。由此计算出的电机转矩为0.1Nm。

通过对煤矿井下环境，尤其是灾区现场地形复杂的非结构化环境进行尺寸参数的调研与现场实地测量，可以对灾区现场地形尺寸特征进行提取与简化，再采用制图软件CAD对灾区现场环境进行模型建立，为下一步实施虚拟仿真做准备。