[发明专利]煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置

权利要求书

1.一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，其特征在于，其通过生成不同优先级的安全指令，实现保护措施的分级响应，所述安全指令包括：预测监控级、报警降速级、紧急制动级、整机断电级四个优先级；所述多级安全保护装置包括：

状态监测保护系统：包括本安型保护主机和多个本安型状态监测传感器，所述本安型保护主机用于接收并处理所述状态监测传感器得到的辅助运输机器人的运行状态参数，然后发送给所述整机控制器；

防碰撞实时监控系统：包括防爆毫米波雷达组和激光测距探头组，用于监控辅助运输机器人与巷道壁和障碍物的距离数据，并发送给整机控制器；

感知融合预警系统：包括激光雷达、深度相机和高性能图形处理器，所述激光雷达和深度相机用于实时获取巷道环境的点云信息、视频图像和深度数据并发送给所述高性能图形处理器，高性能图形处理器用于根据接收的数据进行计算分析和数据融合，确定机器人行驶路线上可探测范围内的障碍物信息，提取出关键距离数据后发送给所述整机控制器；

整机控制器：用于接收所述状态监测保护系统和感知融合预警系统实时发送的数据，生成预测监控级或报警降速级的安全指令；还用于根据所述防碰撞实时监控系统发送的距离数据，生成紧急制动级的安全指令，并下发至对应的执行部件执行制动停车和紧急避障动作；以及用于在巷道瓦斯浓度数据超过安全阈值时，生成整机断电级的安全指令，控制运输机器人的电池管理单元切断整机供电，同时实施制动抱死动作。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，其特征在于，所述辅助运输机器人底盘四角分别设置有一个隔爆型传感器箱，底盘前后分别设置有一个位于中线上的隔爆控制箱；

所述防碰撞实时监控系统中，激光测距探头组包括八个激光测距探头，两两布置在其中一个隔爆型传感器箱中，用于监控机器人与巷道壁或其他障碍物的安全距离，防爆毫米波雷达组包括四个防爆毫米波雷达，分别布置在辅助运输机器人底盘四个侧面的中心位置，分别用于监控前、后、左、右四个方向上障碍物与机器人的安全距离；

所述感知融合预警系统包括十个深度相机和两个激光雷达；其中八个深度相机分别两两布置在其中一个隔爆型传感器箱中，另外两个深度相机分别布置在一个隔爆控制箱中，并位于辅助机器人底盘的前端和后端中线上；所述两个激光雷达分别设置一个隔爆控制箱中，其激光点阵透过位于隔爆控制箱上表面的环形隔爆玻璃面进行探测工作，用于获取辅助运输机器人上方的环境点云图像。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，其特征在于，所述隔爆型传感器箱的截面为对称五边形结构，位于对称线上的第一条边对应的侧面用于将隔爆型传感器箱固定在辅助运输机器人的底盘上，其余四条边所对应的侧面均设置有防爆玻璃，靠近第一条边的两条第二条边对应的侧面设置的防爆玻璃用于设置深度相机，远离第一条边的两条第三条边对应的侧面互相垂直，其上设置的防爆玻璃用于设置激光测距探头，且两条第三条边分别与机器人行走方向垂直和平行。

4.根据权利要求2所述的一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，其特征在于，所述整机控制器、本安型保护主机和高性能图形处理器均设置在所述隔爆控制箱中。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，其特征在于，所述本安型状态监测传感器包括本安型甲烷传感器、本安型压力传感器、本安型液位传感器、本安型温度传感器、本安型转速传感器，所述本安型甲烷传感器用于采集巷道瓦斯浓度数据；本安型压力传感器用于采集机器人液压系统工作压力；本安型液位传感器用于采集油箱和水箱的液位数据；本安型温度传感器用于采集制动、冷却和动力部件的温度数据；本安型转速传感器用于采集电机转速数据和车轮转速数据。

6.根据权利要求5所述的一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，其特征在于，所述本安型保护主机还用于对所述本安型状态监测传感器的采集数据进行计算处理，并对故障进行预判。

7.根据权利要求2所述的一种煤矿无轨辅助运输机器人高冗余度多级安全保护装置，其特征在于，感知融合预警系统还包括设置在所述隔爆控制箱中的数据交换机和高速以太网LAN总线；所述深度相机和激光雷达通过高速以太网LAN总线与数据交换机连接，所述数据交换机与所述高性能图形处理器连接。