[发明专利]基于无线传感器网络的井下机器人通信控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于无线传感器网络的井下机器人通信控制系统，该系统涉及无线传感 器网络技术和视频、音频采集等领域。

背景技术

随着各类矿井生产的机械化、信息化和自动化程度的提高，中国矿井安全生产形势逐 年好转，各类事故率和死亡率均大幅下降。然而井下生产环境复杂，还是不可避免的发生 各类事故，事故发生后，及时掌握井下事故现场情况，是正确、有效救援，减少人员伤亡 的关键。井下瓦斯爆炸和火灾等事故，会产生大量CO，CO₂，CH₄等有毒有害气体，消耗 大量O₂。当事故现场有毒有害气体浓度超高、O₂含量较低时、搜寻，救护人员难以到达有 关区域进行侦察、搜寻和救援。井下机器人除用于救灾外，也可用于井下巡检领域。因此、 研究井下机器人相关的技术十分必要。由于目前井下无线通信的接入设备需供电系统和通 信光缆或电缆连接，所以事故发生时，巷道内原有无线通信系统无法使用，井下机器人必 须自带通信系统进行通信。轮式、履带式、蛇形等地面行进的机器人可通过有线通信方式 与控制设备进行通信，而采用飞行行进方式的机器人则应采用无线通信方式，目前井下无 线传感器网络已得到较广泛的应用，无线传感器网络通信具有成本低、组网灵活方便等特 点，但通信距离受发射功率和空间阻挡等因素影响，直接影响井下机器人的工作距离。所 以需要新的井下机器人通信组网方法与通信系统以保证井下机器人的通信距离。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于无线传感器网络的井下机器人通信控制系统，所述系统用 于使井下机器人的无线通信距离随机器人的行进而不断增长。井下机器人采用多跳无线传感 器网络与机器人控制设备通信，井下机器人携带有多个无线传感器网络路由设备，在行进过 程中同时根据设定条件投放无线传感器网络路由设备，使无线传感器网络的覆盖范围随井下 机器人的行进路程的增加而不断推进，以保证井下机器人与机器人控制设备的通信；所述通 信控制系统通过井下机器人携带的视频采集设备采集视频或图像数据，将数据通过多跳无线 传感器网络传输至机器人控制设备；井下机器人携带有语音采集元件和语音放大设备，通过 语音采集元件采集语音信号，通过语音放大设备将通过无线传感器网络下传的语音数据还原 为语音信号放大播放。

所述系统井下机器人携带有多个无线路由设备，铺设无线网络的方法包括以下3种：

1.井下机器人在行进过程中监测最近的固定无线传感器网络路由设备信号强度，当信号强 度低于设定设定阈值时，则井下机器人在当前位置投放新的固定无线传感器网络路由设 备，重复执行以上监测与投放过程，使无线传感器网络的覆盖范围随井下机器人的行进 不断推进。

2.井下机器人在行进过程中测量并记录行进的路程长度，当以最近的固定无线传感器网络 路由设备为起点行进的路程长度达到设定阈值时，则在当前位置投放新的固定无线传感 器网络路由设备，重复执行以上监测和投放过程，使无线传感器网络的覆盖范围随井下 机器人的行进路程的增加而不断推进。

3.井下机器人在行进过程中监测最近的固定无线传感器网络路由设备信号强度，同时测量 以最近的固定无线路由设备为起点的行进路程长度，当满足无线传感器网络信号强度低 于设定阈值或行进的路程长度达到设定阈值时，则在当前位置投放新的固定无线传感器 网络路由设备，重复执行以上监测和投放过程，使无线传感器网络的覆盖范围随井下机 器人的行进路程的增加而不断推进。

所述系统还包括以下特点：

1.井下机器人所携带的无线传感器网络路由设备在投放前均已加入无线传感器网络，并可 正常工作。

2.井下机器人采用模块化结构，具有标准通信接口，用于携带各类与井下现场环境监测相 关的传感器模块，所采集数据通过多跳无线网络传输至控制设备。

3.井下机器人携带的传感器包括：温度、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氧气传感器。

4.机器人控制设备可部署于井上也可部署于井下，井下机器人可受机器人控制设备控制从 井上出发移动至井下。

5.井下机器人包括采用两轴或多轴旋翼飞行移动的机器人。

附图说明

图1系统实施方式1示意图。

图2系统实施方式2示意图。

图3四轴旋翼井下机器人结构示意图。

图4无线传感器网络路由器投放装置示意图。