煤矿井下应急救援无线通信网络搭建系统及方法

专利名称：煤矿井下应急救援无线通信网络搭建系统及方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统及方法。
背景技术：
煤矿井下发生瓦斯爆炸等事故后，一般情况下，电力、通信系统将严重破坏，无法正常使用，给救援工作造成极大困难，也给煤矿救援机器人的研究和应用带来严重瓶颈，致使救援机器人与救援指挥中心、救援机器人与救援机器人之间不能保持良好的通信。目前，已经使用的煤矿救援探测机器人和救援人员的通信大都采用有线通信方式，导致机器人的行为和深入事故现场的距离受限，更无法在多级救援机器人系统中应用。因此，解决救援机器人和救援指挥中心、救援机器人系统各机器人之间的通信问题，快速建立可靠的应急无线通信系统，已经成为煤矿救援机器人推广应用的关键技术问题之一。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、设计新颖合理，实现方便，智能化程度高的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于包括救援指挥中心计算机和与救援指挥中心计算机无线连接并通信的救援机器人系统，所述救援机器人系统包括沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道运行且运行过程中同步对煤矿井下巷道中的相关环境信息进行实时检测的的运载机器人，所述运载机器人为车轮式机器人，所述运载机器人包括机器人本体一、设置在机器人本体一前侧的机器人存放仓和设置在机器人本体一后侧的布放系统存放仓，所述机器人存放仓和布放系统存放仓的底部均设置有支撑轮，所述机器人存放仓的仓门上安装有用于带动所述仓门开关的仓门开关驱动机构，所述机器人本体一内安装有用于沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道行走的行走机构一、对行走机构一进行驱动的驱动机构
一、环境信息监测单元一、自主导航单元一和测距单元一，所述机器人本体一上安装有自动排障机构、无线通信单元一以及与环境信息监测单元一、测距单元一和自主导航单元一均相接的控制系统一，所述仓门开关驱动机构、自动排障机构和驱动机构一均由控制系统一进行控制且三者均与控制系统一相接，所述无线通信单元一与控制系统一相接；所述机器人存放仓内存放有用于对煤矿井下相关环境信息进行实时检测的探测机器人和用于跟随探测机器人进行通信网络搭建的布放通信网络机器人，所述探测机器人为履带式机器人，所述探测机器人包括机器人本体二，所述机器人本体二内安装有行走机构二、对行走机构二进行驱动的驱动机构二、环境信息监测单元二、自主导航单元二、测距单元二、无线通信单元二以及与环境信息监测单元二、自主导航单元二和测距单元二均相接的控制系统二，所述驱动机构二由控制系统二进行控制且其与控制系统二相接，所述无线通信单元二与控制系统二相接，所述控制系统一与控制系统二之间通过无线通信单元一和无线通信单元二进行双向通信，且所述控制系统一通过无线通信单元一与救援指挥中心计算机进行双向通信，所述控制系统二通过无线通信单元二与救援指挥中心计算机进行双向通信；所述布放通信网络机器人包括第三机器人本体和设置在第三机器人本体上的中继器出口二，所述第三机器人本体上安装有行走机构三，所述第三机器人本体内安装有对行走机构三进行驱动的驱动机构三、环境信息监测单元三、无线通信单元三和与环境信息监测单元三相接的控制系统三，所述驱动机构三由控制系统三进行控制且其与控制系统三相接，所述无线通信单元三与控制系统三相接，所述控制系统三通过无线通信单元三与救援指挥中心计算机进行双向通信；所述布放通信网络机器人上搭载有无线通信中继器布放系统； 所述布放系统存放仓内存放有无线通信中继器布放系统，所述无线通信中继器布放系统包括无线通信中继器布放装置和存放在无线通信中继器布放装置上的无线通信中继器，所述布放系统存放仓的一端为开口端且设置有供无线通信中继器出仓的中继器出口一；位于所述机器人存放仓内的无线通信中继器布放装置与所述控制系统一相接，位于所述布放系统存放仓内的无线通信中继器布放装置与所述控制系统三相接。上述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:所述行走机构三为履带式行走机构，所述第三机器人本体包括内部设置有空腔且顶端敞口的底座和固定连接在底座顶端的顶盖，所述底座上设置有第一凹陷部，所述顶盖上设置有第二凹陷部，所述第一凹陷部与第二凹陷部相配合构成了中继器出口二，所述履带式行走机构的数量为两个且两个所述履带式行走机构对称设置在所述底座的两侧，所述底座连接履带式行走机构的侧壁上设置有多个通风孔，所述驱动机构三、环境信息监测单元三、无线通信单元三和控制系统三均设置在底座内部空腔中，所述顶盖与底座之间设置有用于罩住所述驱动机构
二、环境 目息监测单兀二、无线通 目单兀二和控制系统二的防爆盖。上述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:所述无线通信中继器布放装置包括布放装置壳体以及设置在布放装置壳体内且用于将布放装置壳体内腔分隔成动力仓和无线通信中继器存放仓的隔板一，所述布放装置壳体的顶端安装有上盖板，所述布放装置壳体的底部设置有中继器出口三；所述无线通信中继器存放仓内设置有与隔板一固定连接的滑动轨和与滑动轨相平行的支撑轨，所述滑动轨与所述支撑轨之间的空间为无线通信中继器存放轨道，所述动力仓内一端设置有布放电机，所述布放电机与所述控制系统一或所述控制系统三相接，所述布放电机的输出轴穿过所述隔板一和滑动轨伸入到了所述无线通信中继器存放仓中，位于所述无线通信中继器存放仓中的布放电机的输出轴上安装有第一带轮，所述动力仓内另一端设置有从动轴固定台，所述从动轴固定台上转动连接有从动轴，所述从动轴穿过所述隔板一和滑动轨伸入到了所述无线通信中继器存放仓中，位于所述无线通信中继器存放仓中的从动轴上安装有第二带轮，所述无线通信中继器存放仓内设置有无线通信中继器推放组件，所述无线通信中继器推放组件包括滑动连接在滑动轨上的滑动套头、转动连接在滑动套头上的滑动轴、安装在滑动轴上的第三带轮和固定连接在滑动轴上的布放推板，所述滑动轴与所述支撑轨滑动连接，所述第一带轮、第二带轮和第三带轮上连接有同步齿形带。上述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:所述隔板一的数量为两块，相应所述动力仓的数量为两个且所述无线通信中继器存放仓的数量为一个，两个所述动力仓分别位于所述无线通信中继器存放仓的两侧，所述滑动轨、支撑轨和无线通信中继器存放轨道的数量均为两条，所述无线通信中继器推放组件的数量为两组。上述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于所述动力仓内设置有布放电机的一端设置有布放电机安装台，所述布放电机安装台上固定连接有电机安装夹，所述布放电机通过电机安装夹安装在布放电机安装台上；所述隔板一和滑动轨上设置有用于安装支撑布放电机的输出轴的布放电机轴承和用于安装支撑从动轴的从动轴承；所述滑动轨上固定连接有用于固定布放电机轴承的布放电机轴承盖板和用于固定从动轴承的从动轴承盖板；所述滑动套头上设置有用于转动连接所述滑动轴的滑动轴承。上述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于所述无线通信中继器包括不倒翁底座和连接在不倒翁底座顶端的不倒翁壳体，所述不倒翁底座内设置有重力块，所述不倒翁壳体内设置有无线通信模块和用于给无线通信模块供电的电源模块，所述不倒翁壳体顶端连接有天线夹持头，所述天线夹持头上夹持有通过天线连接导线与无线通信模块相接的天线。上述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于所述不倒翁底座的形状为半球形；所述不倒翁壳体由与不倒翁底座连接的通信仓壳体和与通信仓壳体连接的天线连接仓壳体构成，所述天线夹持头连接在天线连接仓壳体的顶端；所述通信仓壳体的形状为喇叭状，所述天线连接仓壳体的形状为圆柱状。上述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于所述通信仓壳体内设置有矿用本安接线盒，所述无线通信模块和电源模块均安装在矿用本安接线盒内，所述矿用本安接线盒上设置有供天线连接导线穿过的天线连接孔；所述不倒翁底座的顶部固定连接有隔板二，所述隔板二上设置有减震橡胶垫，所述矿用本安接线盒设置在所述减震橡胶垫上且与所述减震橡胶垫上一起固定连接在所述隔板二上。上述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于所述矿用本安接线盒由底板、固定连接在底板上的盒体和活动连接在盒体上的盒盖构成，所述底板上设置有螺纹孔，所述天线连接孔设置在盒体侧壁上。本发明还提供了一种数据处理速度快、数据处理能力强，实时性好，工作可靠性高，实现方便的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、运载机器人携带所述机器人存放仓内的探测机器人和布放通信网络机器人，以及所述布放系统存放仓内的无线通信中继器布放系统进入煤矿事故井下，其中，布放通信网络机器人上搭载有无线通信中继器布放系统；步骤二、煤矿井下环境信息、通信信号强度和地理信息的检测及上传运载机器人沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道运行且运行过程中，通过环境信息监测单元一对煤矿井下环境信息进行实时检测，并通过无线通信单元一对煤矿井下通信信号强度进行实时检测，同时，通过自主导航单元一和测距单元一对运载机器人所处位置处的地理信息进行实时检测，控制系统一采集环境信息监测单元一所检测到的煤矿井下环境信息和无线通信单元一所检测到的煤矿井下通信信号强度a，以及自主导航单元一和测距单元一所检测到的煤矿井下地理信息，并通过无线通信单元一传输给救援指挥中心计算机；
步骤三、煤矿井下环境信息及通信信号强度的分析处理控制系统一调用环境信息及通信信号强度数据处理模块对煤矿井下环境信息和煤矿井下通信信号强度a进行分析处理，先将煤矿井下通信信号强度a与预先设定的设备正常运行通信信号强度b相比较，当a〈b，再判断煤矿井下环境信息是否能够达到无线通信中继器正常工作要求，当煤矿井下环境信息能够达到无线通信中继器正常工作要求时，控制系统一控制位于所述布放系统存放仓内的无线通信中继器布放装置布放一个无线通信中继器到煤矿井下，同时，无线通信中继器布放装置反馈其运行信号给控制系统一，控制系统一将无线通信中继器布放装置的运行信号通过无线通信单元一传输给救援指挥中心计算机；反之，当a > 13时，或a〈b但是煤矿井下环境信息不能达到无线通信中继器正常工作要求时，均返回步骤二 ；步骤四、布放的无线通信中继器所处位置处无线通信信号强度及其自身信息的检测及上传布放到煤矿井下的无线通信中继器对其所处位置处的无线通信信号强度进行实时检测，并将其检测到的无线通信信号强度以及其MAC地址、IP地址和通信信息量实时传输给救援指挥中心计算机；步骤五、煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图的绘制首先，救援指挥中心计算机接收控制系统一传输的煤矿井下环境信息、煤矿井下通信信号强度a、煤矿井下地理信息和无线通信中继器布放装置的运行信号，以及无线通信中继器传输的无线通信信号强度、MAC地址、IP地址和通信信息量并进行存储；然后，救援指挥中心计算机调用煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图绘制模块，将以上接收并存储的信息绘制到预先存储在救援指挥中心计算机中的矿井巷道地图上，绘制出的地图即为煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图；步骤六、循环步骤一到步骤四，直至救援指挥中心计算机根据控制系统一传输的无线通信中继器布放装置的运行信号判断出布放系统存放仓内携带的无线通信中继器的剩余数量为零，或根据控制系统一传输的煤矿井下地理信息判断出运载机器人的运输通道发生了中断，此时，通过救援指挥中心计算机发出示警信号，工作人员看到示警信号后通过救援指挥中心计算机输入所述机器人存放仓的仓门打开的控制信号和探测机器人出仓的控制信号，所述控制系统一通过无线通信单元一接收救援指挥中心计算机发送的仓门打开的控制信号并控制仓门开关驱动机构带动所述机器人存放仓的仓门打开，所述控制系统二通过无线通信单元二接收救援指挥中心计算机发送的探测机器人出仓的控制信号并通过驱动机构二驱动行走机构二带动所述探测机器人出仓进入煤矿井下巷道，控制系统三通过环境信息监测单元三检测到探测机器人已出仓的信号并通过无线通信单元三将环境信息监测单元三检测到的信号实时传输给救援指挥中心计算机，工作人员根据显示在所述救援指挥中心计算机上的环境信息监测单元三上传的数据，输出相应的行走控制信号给所述布放通信网络机器人，所述布放通信网络机器人中的控制系统三通过无线通信单元三接收救援指挥中心计算机发送的行走控制信号并通过驱动机构三驱动行走机构三，使得布放通信网络机器人跟随探测机器人的行走路径行走；步骤七、煤矿井下通信信号强度的二次检测及上传所述布放通信网络机器人行走过程中，通过无线通信单元三对煤矿井下通信信号强度进行实时检测，控制系统三采集无线通信单元三所检测到的煤矿井下通信信号强度C，并通过无线通信单元三传输给救援指挥中心计算机；
步骤八、二次检测的煤矿井下通信信号强度的分析处理控制系统三通信信号强度数据处理模块对二次检测的煤矿井下通信信号强度c进行分析处理，将二次检测的煤矿井下通信信号强度C与预先设定的设备正常运行通信信号强度b相比较，当c〈b，控制系统三控制搭载在所述布放通信网络机器人上的无线通信中继器布放装置布放一个无线通信中继器到煤矿井下，同时，无线通信中继器布放装置反馈其运行信号给控制系统三，控制系统三将无线通信中继器布放装置的运行信号通过无线通信单元三传输给救援指挥中心计算机；反之，当C>b时,返回步骤七；步骤九、布放的无线通信中继器所处位置处无线通信信号强度及其自身信息的检测及上传布放到煤矿井下的无线通信中继器对其所处位置处的无线通信信号强度进行实时检测，并将其检测到的无线通信信号强度以及其MAC地址、IP地址和通信信息量实时传输给救援指挥中心计算机；步骤十、煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图的更新首先，救援指挥中心计算机接收控制系统三传输的煤矿井下通信信号强度c和无线通信中继器布放装置的运行信号，以及无线通信中继器传输的无线通信信号强度、MAC地址、IP地址和通信信息量并进行存储；然后，救援指挥中心计算机调用煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图更新模块，将以上接收并存储的信息绘制到步骤四所绘制的煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图上，完成煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图的更新；步骤十一、循环步骤七到步骤十，直至完成煤矿井下应急救援无线通信网络的搭建。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷。2、本发明能够使得救援机器人系统中的各机器人与地面人员进行可靠事实通信，将探测机器人快速、准确的运送到指定位置，并将井下环境信息、机器人工作状态信息、井下通信系统运行状态信息等重要的救援信息数据安全稳定传输至救援指挥中心。3、本发明能够实现无线通信系统中无线通信中继器在复杂环境中便携、易投掷，易保持最佳通信姿态。4、本发明是在两级机器人系统基础上，自主搭建针对两级机器人系统在井下无人环境中的应急救援无线通信网络系统，通过无线通信技术在井下的应用以及针对两级机器人系统应用无线通信网络监控，确定井下通信网络运行现状，将运行状态信息应用于无线通信中继器布放分析，自主制定布放无线通信中继器方案，驱动无线通信中继器布放装置或布放通信网络机器人，将携带的无线通信中继器按照布放节点方案放置于指定位置，完成通信网络的覆盖和延伸，并实时监控监测搭建通信系统，将两级机器人系统在井下工作过程中通信系统出现的问题，通过应用煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图及井下路径规划共享方法(即布放通信网络机器人实际运行时，是通过地面控制中心计算机的操控，沿着探测机器人之前行走过的路线进行行走)，驱动布放通信网络机器人进行自主规划恢复井下通信网络，从而无死角的保证两级机器人在井下的正常工作。5、本发明实现了井下探测机器人在无人环境中，实时监控监测井下通信环境变化情况，自主规划通信网络搭建决策，克服了目前井下应急有线通信和局部无线通信的局限性，对于实现可靠、稳定的井下互联网络通信，以及快速、准确搭建两级机器人系统的应急救援无线通信网络系统具有重要意义。6、本发明提出了两级救援机器人系统(运载机器人和探测机器人)在井下无人环境中的自主搭建无线通信系统的方法，即运载机器人在运送探测机器人的过程中，边行进边布放通信中继，与救援指挥中心保持良好的无线通信；探测机器人在离开运载机器人后，布放通信网络机器人跟随探测机器人边行进边布放无线通信中继器，与运载机器人保持良好的无线通信，从而构建运载机器人与救援指挥中心、运载机器人与探测机器人的应急救援通讯系统，实施对井下事故现场的有效探测，为救援指挥中心开展科学有效的救援提供第一手资料。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。


图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的电路框图。图3为本发明两级煤矿救援机器人的内部结构示意图。图4为本发明布放通信网络机器人的立体图。图5为本发明第三机器人本体的整体结构示意图。图6为本发明第三机器人本体的分解结构示意图。图7为本发明无线通 信中继器布放装置的结构示意图。图8为图7的A-A视图。图9为本发明同步齿形带与其它各部件的连接关系示意图。图10为本发明无线通信中继器推放组件的结构示意图。图11为本发明无线通信中继器的立体图。图12为本发明无线通信中继器的内部结构示意图。图13为本发明矿用本安接线盒的结构示意图。图14为本发明煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建方法的方法流程图。附图标记说明:1-1一机器人本体一 ；1-2—机器人存放仓； 1-3—布放系统存放仓；1-4 一仓门开关驱动机构；1-5—行走机构一；1-6—驱动机构一；1-7—环境信息监测单元一 ；1-8—自主导航单元一；1-9 一测距单元一；1-10—自动排障机构；1-11 一无线通信单元一；1-12—控制系统一；1-13—支撑轮；2-1—机器人本体二 ；2-2—行走机构二 ；2-3—驱动机构二 ；2-4—环境信息监测单元二 ；2_5—自主导航单元二 ；2-6-测距单元二 ；2-7-无线通信单元二 ； 2_8_控制系统二 ；3-1—底座；3-2—顶盖；3-3—通风孔；3_4_防爆盖；3_5_履带式行走机构； 3_6_驱动机构二；3-7—环境信息监测单元三；3_8—控制系统三；3-9一无线通/[目单兀二 ； 4-1一布放装置壳体； 4-2—隔板一；4-3—滑动轨；4-4一支撑轨；4-5—无线通信中继器存放轨道；4-6一布放电机；4_7—第一带轮；4_8—从动轴固定台；4-9—从动轴；4-10—第二带轮；4-11 一滑动套头；4-12—滑动轴；13—第三带轮；4-14一布放推板；4-15—同步齿形带；4-16—布放电机安装台；4_17—布放电机轴承；4-18一从动轴承；4_19一布放电机轴承盖板；4-20—从动轴承盖板；4-21—滑动轴承；4_22—上盖板；4-23—电机安装夹；4-24—动力仓；4_25—无线通信中继器存放仓；5-1—不倒翁底座；5-2—通信仓壳体；5-3—天线连接仓壳体；5-4—天线夹持头；5-5—天线；5-6—重力块；5-7一无线通信模块；5_8—电源模块；5_9—矿用本安接线盒；5-91—天线连接孔；5-92—底板；5-93—盒体；5-94—盒盖；5-95—螺纹孔；5-10—隔板二 ；5-11—减震橡胶垫；5-12—天线连接导线；5-13—第一螺栓；5-14一第一螺母；5-15—第二螺检；5-16—第二螺母；6—救援指挥中心计算机；7-1—中继器出口一 ；7-2—中继器出口二；7-3—中继器出口三；8— U型箍筋。
具体实施例方式如图1、图2和图3所示，本发明所述的煤矿井下无线通信网络自主搭建系统，包括救援指挥中心计算机6和与救援指挥中心计算机6无线连接并通信的救援机器人系统，所述救援机器人系统包括沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道运行且运行过程中同步对煤矿井下巷道中的相关环境信息进行实时检测的的运载机器人，所述运载机器人为车轮式机器人，所述运载机器人包括机器人本体一 1-1、设置在机器人本体一 1-1前侧的机器人存放仓1-2和设置在机器人本体一 1-1后侧的布放系统存放仓1-3,所述机器人存放仓
1-2和布放系统存放仓1-3的底部均设置有支撑轮1-13，所述机器人存放仓1-2的仓门上安装有用于带动所述仓门开关的仓门开关驱动机构1-4，所述机器人本体一 1-1内安装有用于沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道行走的行走机构一 1-5、对行走机构一 1-5进行驱动的驱动机构一 1-6、环境信息监测单元一 1-7、自主导航单元一 1-8和测距单元一
1-9，所述机器人本体一 1-1上安装有自动排障机构1-10、无线通信单元一 1-11以及与环境信息监测单元一 1-7、测距单元一 1-9和自主导航单元一 1-8均相接的控制系统一 1-12，所述仓门开关驱动机构1-4、自动排障机构1-10和驱动机构一 1-6均由控制系统一 1-12进行控制且三者均与控制系统一 1-12相接，所述无线通信单元一 1-11与控制系统一 1-12相接；

具体实施时，所述运载机器人中采用了申请日为2010年09月27日、申请号为201010295904.3的中国专利公开的两级煤矿救援机器人系统中的运载机器人，除了将机器人存放仓1-2改设在了机器人本体一 1-1前侧，在机器人本体一 1-1后侧增设了布放系统存放仓1-3，且机器人存放仓1-2和布放系统存放仓1-3的底部均设置有支撑轮1-13，布放系统存放仓1-3的一端为开口端并设置有供无线通信中继器5出仓的中继器出口一 7-1夕卜，其余结构、形状、连接关系和工作原理均与已公开的运载机器人相同。实际使用过程中，所述已有运输通道为由两根平行布设的钢轨组成的轨道。所述布放系统存放仓1-3、机器人本体一 1-1和机器人存放仓1-2从后到前形成了一个整体式立方体车体，所述整体式立方体车体内部通过隔板分为后、中、前三部分，其后部为机器人存放仓1-2、中部为机器人本体
一1_1、前部为布放系统存放仓1-3。所述机器人存放仓1-2内存放有用于对煤矿井下相关环境信息进行实时检测的探测机器人和用于跟随探测机器人进行通信网络搭建的布放通信网络机器人，所述探测机器人为履带式机器人，所述探测机器人包括机器人本体二 2-1，所述机器人本体二 2-1内安装有行走机构二 2-2、对行走机构二 2-2进行驱动的驱动机构二 2-3、环境信息监测单元二
2-4、自主导航单元二 2-5、测距单元二 2-6、无线通信单元二 2-7以及与环境信息监测单元
二2-4、自主导航单元二 2-5和测距单元二 2-6均相接的控制系统二 2-8，所述驱动机构二
2-3由控制系统二2-8进行控制且其与控制系统二 2-8相接，所述无线通信单元二 2-7与控制系统二 2-8相接，所述控制系统一 1-12与控制系统二 2-8之间通过无线通信单元一 1-11和无线通信单元二 2-7进行双向通信，且所述控制系统一 1-12通过无线通信单元一 1-11与救援指挥中心计算机6进行双向通信，所述控制系统二 2-8通过无线通信单元二 2-7与救援指挥中心计算机6进行双向通信；具体实施时，所述探测机器人采用了申请日为2010年09月27日、申请号为201010295904. 3的中国专利公开的两级煤矿救援机器人系统中的探测机器人，且其结构、形状、连接关系和工作原理均与已公开的探测机器人完全相同。结合图4，所述布放通信网络机器人包括第三机器人本体和设置在第三机器人本体上的中继器出口二 7-2，所述第三机器人本体上安装有行走机构三，所述第三机器人本体内安装有对行走机构三进行驱动的驱动机构三3-6、环境信息监测单元三3-7、无线通信单元三3-9和与环境信息监测单元三3-7相接的控制系统三3-8，所述驱动机构三3-6由控制系统三3-8进行控制且其与控制系统三3-8相接，所述无线通信单元三3-9与控制系统三3-8相接，所述控制系统三3-8通过无线通信单元三3-9与救援指挥中心计算机6进行双向通信；所述布放通信网络机器人上搭载有无线通信中继器布放系统；所述布放系统存放仓1-3内存放有无线通信中继器布放系统，所述无线通信中继器布放系统包括无线通信中继器布放装置4和存放在无线通信中继器布放装置4上的无线通信中继器5，所述布放系统存放仓1-3的一端为开口端且设置有供无线通信中继器5出仓的中继器出口一 7-1 ;位于所述机器人存放仓1-2内的无线通信中继器布放装置4与所述控制系统一 1-12相接，位于所述布放系统存放仓1-3内的无线通信中继器布放装置4与所述控制系统三3-8相接。结合图5和图6，本实施例中，所述行走机构三为履带式行走机构3-5，所述第三机器人本体包括内部设置有空腔且顶端敞口的底座3-1和固定连接在底座3-1顶端的顶盖
3-2，所述底座3-1上设置有第一凹陷部，所述顶盖3-2上设置有第二凹陷部，所述第一凹陷部与第二凹陷部相配合构成了中继器出口二 7-2，所述履带式行走机构3-5的数量为两个且两个所述履带式行走机构3-5对称设置在所述底座3-1的两侧，所述底座3-1连接履带式行走机构3-5的侧壁上设置有多个通风孔3-3，所述驱动机构三3-6、环境信息监测单元三3-7、无线通信单元三3-9和控制系统三3-8均设置在底座3-1内部空腔中，所述顶盖3_2与底座3-1之间设置有用于罩住所述驱动机构三3-6、环境信息监测单元三3-7、无线通信单元三3-9和控制系统三3-8的防爆盖3-4。本实施例中，所述行走机构三为履带式行走机构3-5，能够适应煤矿井下颠簸不平的路面，使得所述布放通信网络机器人具有较强的运动稳定性、机动性、灵活性和对环境的适应性。实际使用过程中，根据煤矿井下路面的实际状况，所述行走机构三也可以采用轮式行走机构。所述环境信息监测单元3-7包括用于对环境中一氧化碳气体浓度进行实时检测的一氧化碳传感器、用于对环境中氧气浓度进行实时检测的氧气浓度传感器、用于对环境中瓦斯浓度进行实时检测的瓦斯传感器、用于对环境中温度进行实时检测的温度传感器和用于对图像信息进行实时采集的摄像机。实际操作过程中，位于地面上的工作人员可以通过所述地面控制中心计算机6与无线通信单元一 1-11向控制系统一 1-12发送远程控制信号以对运载机器人进行遥控，同时运载机器人运行过程中，通过无线通信单元一 1-11将其实时所检测信号同步传至所述地面控制中心计算机6。并且，实际使用过程中，运载机器人与探测机器人之间通过无线通信单元一 1-11和无线通信单元二 2-7进行双向通信，实现运载机器人对探测机器人进行自动控制的功能，并且探测机器人的控制系统二 2-8将其工作状态及实时检测参数同步传送至运载机器人的控制系统一 1-12。另外，探测机器人离开运载机器人进行自主运行后，位于地面上的工作人员可以通过所述地面控制中心计算机6与无线通信单元二 2-7向控制系统
二2-8发送远程控制信号以对探测机器人进行遥控；同时，探测机器人运行过程中，通过无线通信单元二 2-7将其实时所检测信号同步传送至所述地面控制中心计算机6。另外，位于地面上的工作人员还可以通过所述地面控制中心计算机6与无线通信单元三3-9向控制系统三3-10发送远程控制信号以对布放通信网络机器人进行遥控，同时布放通信网络机器人运行过程中，通过无线通信单元三3-9将其实时所检测信号同步传至所述地面控制中心计算机6。所述运载机器人实际运行过程中，对所运行煤矿巷道内的相关环境参数进行实时检测并进行同步记录，必要时将所检测信息通过无线通信单元一 1-11传送至所述地面控制中心计算机6 ;当所述运载机器人被障碍物阻止或轨道收到破坏不能继续前移时，则打开仓门，放下探测机器人和布放通信网络机器人，探测机器人利用其自身的自主导航、自主移动等功能继续前行，运动到井下靠近事故发生的位置并对事故发生处的相关环境参数进行实时检测并进行同步记录，必要时将所检测信息通过无线通信单元二 2-7传送至地面。所述布放通信网络机器人实际运行时，是通过地面控制中心计算机6的操控，沿着探测机器人之前行走过的路线进行行走，简化了运载机器人的路径规划问题。结合图7、图8、图9和图10，本实施例中，所述无线通信中继器布放装置4包括布放装置壳体4-1以及设置在布放装置壳体4-1内且用于将布放装置壳体4-1内腔分隔成动力仓4-24和无线通信中继器存放仓4-25的隔板一 4-2，所述布放装置壳体4-1的顶端安装有上盖板4-22，所述布放装置壳体4-1的底部设置有中继器出口三7-3 ;所述无线通信中继器存放仓4-25内设置有与隔板一 4-2固定连接的滑动轨4-3和与滑动轨4_3相平行的支撑轨4-4，所述滑动轨4-3与所述支撑轨4-4之间的空间为无线通信中继器存放轨道4-5，所述动力仓4-24内一端设置有布放电机4-6,所述布放电机4-6与所述控制系统一 1_12或所述控制系统三3-8相接，所述布放电机4-6的输出轴穿过所述隔板一 4-2和滑动轨4-3伸入到了所述无线通信中继器存放仓4-25中，位于所述无线通信中继器存放仓4-25中的布放电机4-6的输出轴上安装有第一带轮4-7，所述动力仓4-24内另一端设置有从动轴固定台4-8,所述从动轴固定台4-8上转动连接有从动轴4-9,所述从动轴4-9穿过所述隔板一 4-2和滑动轨4-3伸入到了所述无线通信中继器存放仓4-25中，位于所述无线通信中继器存放仓4-25中的从动轴4-9上安装有第二带轮4-10，所述无线通信中继器存放仓4_25内设置有无线通信中继器5推放组件，所述无线通信中继器5推放组件包括滑动连接在滑动轨4-3上的滑动套头4-11、转动连接在滑动套头4-11上的滑动轴4-12、安装在滑动轴
4-12上的第三带轮4-13和固定连接在滑动轴4-12上的布放推板4_14，所述滑动轴4_12与所述支撑轨4-4滑动连接，所述第一带轮4-7、第二带轮4-10和第三带轮4-13上连接有同步齿形带4-15。结合图7、图8、图9和图10，本实施例中，所述隔板一 4_2的数量为两块，相应所述动力仓4-24的数量为两个且所述无线通信中继器存放仓4-25的数量为一个，两个所述动力仓4-24分别位于所述无线通信中继器存放仓4-25的两侧，所述滑动轨4-3、支撑轨4_4和无线通信中继器存放轨道4-5的数量均为两条，所述无线通信中继器5推放组件的数量为两组。所述动力仓4-24内设置有布放电机4-6的一端设置有布放电机安装台4-16,所述布放电机安装台4-16上固定连接有电机安装夹4-23，所述布放电机4-6通过电机安装夹
4-23安装在布放电机安装台4-16上；所述隔板一4-2和滑动轨4_3上设置有用于安装支撑布放电机4-6的输出轴的布放电机轴承4-17和用于安装支撑从动轴4-9的从动轴承4-18 ；所述滑动轨4-3上固定连接有用于固定布放电机轴承4-17的布放电机轴承盖板4-19和用于固定从动轴承4-18的从动轴承盖板4-20 ;所述滑动套头4-11上设置有用于转动连接所述滑动轴4-12的滑动轴承4-21。本实施例中，所述布放电机4-6为自带驱动器的直流电机，通过控制系统一 1-12或控制系统三3-10就可以直接进行控制，且所带的驱动器能够将布放电机4-6的运行信号反馈给控制系统一 1-12或控制系统三3-10。所述上盖板4-22由内层的橡胶板和外层的压板构成。具体实施时，将无线通信中继器布放装置4通过U型箍筋8固定连接在所述第三机器人本体上，具体而言，是将U型箍筋8通过螺栓与所述顶盖3-2固定连接。当需要布放无线通信中继器时，控制系统一 1-12或控制系统三3-10控制布放电机4-6旋转过合适的角度,布放电机4-6带动第一带轮4-7旋转,第一带轮4-7通过同步齿形带4-15带动第二带轮4-10和第三带轮4-13旋转，第三带轮4_13带动滑动轴4_12旋转，使得滑动套头4-11沿滑动轨4-3滑动，从而使得布放推板4-14前进，推动无线通信中继器5，使得原来位于中继器出口三7-3附近的无线通信中继器5从中继器出口三7-3中落下。结合图11和图12，本实施例中，所述无线通信中继器5包括不倒翁底座5-1和连接在不倒翁底座5-1顶端的不倒翁壳体，所述不倒翁底座5-1内设置有重力块5-6，所述不倒翁壳体内设置有无线通信模块5-7和用于给无线通信模块5-7供电的电源模块5-8，所述不倒翁壳体顶端连接有天线夹持头5-4，所述天线夹持头5-4上夹持有通过天线连接导线
5-12与无线通信模块5-7相接的天线5-5。结合图11和图12，本实施例中，所述不倒翁底座5-1的形状为半球形；所述不倒翁壳体由与不倒翁底座5-1连接的通信仓壳体5-2和与通信仓壳体5-2连接的天线5-5连接仓壳体5-3构成,所述天线夹持头5-4连接在天线5-5连接仓壳体5-3的顶端；所述通信仓壳体5-2的形状为喇叭状，所述天线5-5连接仓壳体5-3的形状为圆柱状。所述通信仓壳体5-2内设置有矿用本安接线盒5-9，所述无线通信模块5-7和电源模块5-8均安装在矿用本安接线盒5-9内，所述矿用本安接线盒5-9上设置有供天线连接导线5-12穿过的天线连接孔5-91 ;所述不倒翁底座5-1的顶部固定连接有隔板二 5-10，所述隔板二 5-10上设置有减震橡胶垫5-11，所述矿用本安接线盒5-9设置在所述减震橡胶垫5-11上且与所述减震橡胶垫5-11上一起固定连接在所述隔板二 5-10上。具体地，所述隔板二 5-10通过第一螺栓5-13和第一螺母5-14固定连接在所述不倒翁底座5-1的顶部，所述矿用本安接线盒5-9和减震橡胶垫5-11通过第二螺栓5-15和第二螺母5-16固定连接在所述隔板二 5_10上。结合图13，本实施例中，所述矿用本安接线盒5-9由底板5-92、固定连接在底板5-92上的盒体5-93和活动连接在盒体5-93上的盒盖5_94构成，所述底板5_92上设置有螺纹孔5-95，所述天线连接孔5-91设置在盒体5-93侧壁上。结合图14，本发明所述的煤矿井下无线通信网络自主搭建方法，包括以下步骤步骤一、运载机器人携带所述机器人存放仓1-2内的探测机器人和布放通信网络机器人，以及所述布放系统存放仓1-3内的无线通信中继器布放系统进入煤矿事故井下，其中，布放通信网络机器人上搭载有无线通信中继器布放系统；步骤二、煤矿井下环境信息、通信信号强度和地理信息的检测及上传运载机器人沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道运行且运行过程中，通过环境信息监测单元一1-7对煤矿井下环境信息进行实时检测，并通过无线通信单元一 1-11对煤矿井下通信信号强度进行实时检测，同时，通过自主导航单元一 1-8和测距单元一 1-9对运载机器人所处位置处的地理信息进行实时检测，控制系统一 1-12采集环境信息监测单元一 1-7所检测到的煤矿井下环境信息和无线通信单元一 1-11所检测到的煤矿井下通信信号强度a，以及自主导航单元一 1-8和测距单元一 1-9所检测到的煤矿井下地理信息，并通过无线通信单元一1-11传输给救援指挥中心计算机6 ；步骤三、煤矿井下环境信息及通信信号强度的分析处理控制系统一 1-12调用环境信息及通信信号强度数据处理模块对煤矿井下环境信息和煤矿井下通信信号强度a进行分析处理，先将煤矿井下通信信号强度a与预先设定的设备正常运行通信信号强度b相比较，当a〈b，再判断煤矿井下环境信息是否能够达到无线通信中继器5正常工作要求，当煤矿井下环境信息能够达到无线通信中继器5正常工作要求时，控制系统一 1-12控制位于所述布放系统存放仓1-3内的无线通信中继器布放装置4布放一个无线通信中继器5到煤矿井下，同时，无线通信中继器布放装置4反馈其运行信号给控制系统一 1-12，控制系统一
1-12将无线通信中继器布放装置4的运行信号通过无线通信单元一 1-11传输给救援指挥中心计算机6;反之，当a > b时，或a〈b但是煤矿井下环境信息不能达到无线通信中继器5正常工作要求时，均返回步骤二 ；步骤四、布放的无线通信中继器5所处位置处无线通信信号强度及其自身信息的检测及上传布放到煤矿井下的无线通信中继器5对其所处位置处的无线通信信号强度进行实时检测，并将其检测到的无线通信信号强度以及其MAC地址、IP地址和通信信息量实时传输给救援指挥中心计算机6 ；步骤五、煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图的绘制首先，救援指挥中心计算机6接收控制系统一 1-12传输的煤矿井下环境信息、煤矿井下通信信号强度a、煤矿井下地理信息和无线通信中继器布放装置4的运行信号，以及无线通信中继器5传输的无线通信信号强度、MAC地址、I P地址和通信信息量并进行存储；然后，救援指挥中心计算机6调用煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图绘制模块，将以上接收并存储的信息绘制到预先存储在救援指挥中心计算机6中的矿井巷道地图上，绘制出的地图即为煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图；步骤六、循环步骤一到步骤四，直至救援指挥中心计算机6根据控制系统一 1-12传输的无线通信中继器布放装置4的运行信号判断出布放系统存放仓1-3内携带的无线通信中继器5的剩余数量为零，或根据控制系统一 1-12传输的煤矿井下地理信息判断出运载机器人的运输通道发生了中断，此时，通过救援指挥中心计算机6发出示警信号，工作人员看到示警信号后通过救援指挥中心计算机6输入所述机器人存放仓1-2的仓门打开的控制信号和探测机器人出仓的控制信号，所述控制系统一 1-12通过无线通信单元一 1-11接收救援指挥中心计算机6发送的仓门打开的控制信号并控制仓门开关驱动机构1-4带动所述机器人存放仓1-2的仓门打开，所述控制系统二 2-8通过无线通信单元二 2-7接收救援指挥中心计算机6发送的探测机器人出仓的控制信号并通过驱动机构二 2-3驱动行走机构二
2-2带动所述探测机器人出仓进入煤矿井下巷道，控制系统三3-8通过环境信息监测单元三3-7检测到探测机器人已出仓的信号并通过无线通信单元三3-9将环境信息监测单元三
3-7检测到的信号实时传输给救援指挥中心计算机6，工作人员根据显示在所述救援指挥中心计算机6上的环境信息监测单元三3-7上传的数据，输出相应的行走控制信号给所述布放通信网络机器人，所述布放通信网络机器人中的控制系统三3-8通过无线通信单元三3-9接收救援指挥中心计算机6发送的行走控制信号并通过驱动机构三3-6驱动行走机构三，使得布放通信网络机器人跟随探测机器人的行走路径行走；步骤七、煤矿井下通信信号强度的二次检测及上传所述布放通信网络机器人行走过程中，通过无线通信单元三3-9对煤矿井下通信信号强度进行实时检测，控制系统三3-8采集无线通信单元三3-9所检测到的煤矿井下通信信号强度C，并通过无线通信单元三
3-9传输给救援指挥中心计算机6 ；步骤八、二次检测的煤矿井下通信信号强度的分析处理控制系统三3-8通信信号强度数据处理模块对二次检测的煤矿井下通信信号强度c进行分析处理，将二次检测的煤矿井下通信信号强度C与预先设定的设备正常运行通信信号强度b相比较，当c〈b，控制系统三3-8控制搭载在所述布放通信网络机器人上的无线通信中继器布放装置4布放一个无线通信中继器5到煤矿井下，同时，无线通信中继器布放装置4反馈其运行信号给控制系统三3-8，控制系统三3-8将无线通信中继器布放装置4的运行信号通过无线通信单元三
3-9传输给救援指挥中心计算机6 ;反之，当c>b时,返回步骤七；步骤九、布放的无线通信中继器5所处位置处无线通信信号强度及其自身信息的检测及上传布放到煤矿井下的无线通信中继器5对其所处位置处的无线通信信号强度进行实时检测，并将其检测到的无线通信信号强度以及其MAC地址、IP地址和通信信息量实时传输给救援指挥中心计算机6 ；步骤十、煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图的更新首先，救援指挥中心计算机6接收控制系统三3-8传输的煤矿井下通信信号强度c和无线通信中继器布放装置4的运行信号，以及无线通信中继器5传输的无线通信信号强度、MAC地址、IP地址和通信信息量并进行存储；然后，救援指挥中心计算机6调用煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图更新模块，将以上接收并存储的信息绘制到步骤四所绘制的煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图上，完成煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图的更新；步骤十一、循环步骤七到步骤十，直至完成煤矿井下应急救援无线通信网络的搭建。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:包括救援指挥中心计算机(6)和与救援指挥中心计算机(6)无线连接并通信的救援机器人系统，所述救援机器人系统包括沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道运行且运行过程中同步对煤矿井下巷道中的相关环境信息进行实时检测的的运载机器人，所述运载机器人为车轮式机器人，所述运载机器人包括机器人本体一(1-1 )、设置在机器人本体一(1-1)前侧的机器人存放仓(1-2)和设置在机器人本体一(1-1)后侧的布放系统存放仓(1-3)，所述机器人存放仓(1-2)和布放系统存放仓(1-3)的底部均设置有支撑轮(1-13)，所述机器人存放仓(1-2)的仓门上安装有用于带动所述仓门开关的仓门开关驱动机构(1-4)，所述机器人本体一(1-1)内安装有用于沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道行走的行走机构一(1-5)、对行走机构一(1-5)进行驱动的驱动机构一(1-6)、环境信息监测单元一(1-7)、自主导航单元一(1-8 )和测距单元一(1-9 )，所述机器人本体一(1-1)上安装有自动排障机构(1-10)、无线通信单元一(1-11)以及与环境信息监测单元一(1-7)、测距单元一(1-9)和自主导航单元一(1-8)均相接的控制系统一(1-12)，所述仓门开关驱动机构(1-4)、自动排障机构(1-10)和驱动机构一(1-6)均由控制系统一(1-12)进行控制且三者均与控制系统一(1-12)相接，所述无线通信单元一(1-11)与控制系统一(1-12)相接； 所述机器人存放仓(1-2)内存放有用于对煤矿井下相关环境信息进行实时检测的探测机器人和用于跟随探测机器人进行通信网络搭建的布放通信网络机器人，所述探测机器人为履带式机器人，所述探测机器人包括机器人本体二( 2-1 )，所述机器人本体二( 2-1)内安装有行走机构二(2-2)、对行走机构二(2-2)进行驱动的驱动机构二(2-3)、环境信息监测单元二(2-4)、自主导航单元二(2-5)、测距单元二(2-6)、无线通信单元二(2-7)以及与环境信息监测单元二( 2-4)、自主导航单元二( 2-5 )和测距单元二( 2-6 )均相接的控制系统二(2-8)，所述驱动机构二(2-3)由控制系统二(2-8)进行控制且其与控制系统二(2-8)相接，所述无线通信单元二(2-7)与控制系统二(2-8)相接，所述控制系统一(1-12)与控制系统二( 2-8 )之间通过无线通信单元一(1-11)和无线通信单元二( 2-7 )进行双向通信，且所述控制系统一(1-12)通过无线通信单元一(1-11)与救援指挥中心计算机(6)进行双向通信，所述控制系统二(2-8)通过无线通信单元二(2-7)与救援指挥中心计算机(6)进行双向通信；所述布放通 信网络机器人包括第三机器人本体和设置在第三机器人本体上的中继器出口二( 7-2 )，所述第三机器人本体上安装有行走机构三，所述第三机器人本体内安装有对行走机构三进行驱动的驱动机构三(3-6)、环境信息监测单元三(3-7)、无线通信单元三(3-9)和与环境信息监测单元三(3-7)相接的控制系统三(3-8)，所述驱动机构三(3-6)由控制系统三(3-8 )进行控制且其与控制系统三(3-8 )相接，所述无线通信单元三(3-9 )与控制系统三(3-8 )相接，所述控制系统三(3-8 )通过无线通信单元三(3-9 )与救援指挥中心计算机(6)进行双向通信；所述布放通信网络机器人上搭载有无线通信中继器布放系统；所述布放系统存放仓(1-3)内存放有无线通信中继器布放系统，所述无线通信中继器布放系统包括无线通信中继器布放装置(4)和存放在无线通信中继器布放装置(4)上的无线通信中继器(5)，所述布放系统存放仓(1-3)的一端为开口端且设置有供无线通信中继器(5)出仓的中继器出口一(7-1);位于所述机器人存放仓(1-2)内的无线通信中继器布放装置(4)与所述控制系统一(1-12)相接，位于所述布放系统存放仓(1-3)内的无线通信中继器布放装置(4)与所述控制系统三(3-8)相接。
2.按照权利要求1所述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:所述行走机构三为履带式行走机构(3-5)，所述第三机器人本体包括内部设置有空腔且顶端敞口的底座(3-1)和固定连接在底座(3-1)顶端的顶盖(3-2 )，所述底座(3-1)上设置有第一凹陷部，所述顶盖(3-2)上设置有第二凹陷部，所述第一凹陷部与第二凹陷部相配合构成了中继器出口二(7-2)，所述履带式行走机构(3-5)的数量为两个且两个所述履带式行走机构(3-5)对称设置在所述底座(3-1)的两侧，所述底座(3-1)连接履带式行走机构(3-5)的侧壁上设置有多个通风孔(3-3)，所述驱动机构三(3-6)、环境信息监测单元三(3-7)、无线通信单元三(3-9)和控制系统三(3-8)均设置在底座(3-1)内部空腔中，所述顶盖(3-2 )与底座(3-1)之间设置有用于罩住所述驱动机构三(3-6 )、环境信息监测单元三(3-7)、无线通信单元三(3-9)和控制系统三(3-8)的防爆盖(3-4)。
3.按照权利要求1或2所述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:所述无线通信中继器布放装置(4)包括布放装置壳体(4-1)以及设置在布放装置壳体(4-1)内且用于将布放装置壳体(4-1)内腔分隔成动力仓(4-24)和无线通信中继器存放仓(4-25)的隔板一(4-2)，所述布放装置壳体(4-1)的顶端安装有上盖板(4-22)，所述布放装置壳体(4-1)的底部设置有中继器出口三(7-3);所述无线通信中继器存放仓(4-25)内设置有与隔板一(4-2)固定连接的滑动轨(4-3)和与滑动轨(4-3)相平行的支撑轨(4-4)，所述滑动轨(4-3)与所述支撑轨(4-4)之间的空间为无线通信中继器存放轨道(4-5),所述动力仓(4-24)内一端设置有布放电机(4-6),所述布放电机(4-6)与所述控制系统一(1-12)或所述控制系统三(3-8)相 接，所述布放电机(4-6)的输出轴穿过所述隔板一(4-2)和滑动轨(4-3)伸入到了所述无线通信中继器存放仓(4-25)中，位于所述无线通信中继器存放仓(4-25)中的布放电机(4-6)的输出轴上安装有第一带轮(4-7)，所述动力仓(4-24)内另一端设置有从动轴固定台(4-8)，所述从动轴固定台(4-8)上转动连接有从动轴(4-9 )，所述从动轴(4-9 )穿过所述隔板一(4-2 )和滑动轨(4-3 )伸入到了所述无线通信中继器存放仓(4-25)中，位于所述无线通信中继器存放仓(4-25)中的从动轴(4-9)上安装有第二带轮(4-10)，所述无线通信中继器存放仓(4-25)内设置有无线通信中继器(5)推放组件，所述无线通信中继器(5)推放组件包括滑动连接在滑动轨(4-3)上的滑动套头(4-11)、转动连接在滑动套头(4-11)上的滑动轴(4-12)、安装在滑动轴(4-12)上的第三带轮(4-13 )和固定连接在滑动轴(4-12 )上的布放推板(4-14 )，所述滑动轴(4_12 )与所述支撑轨(4-4)滑动连接，所述第一带轮(4-7)、第二带轮(4-10)和第三带轮(4-13)上连接有同步齿形带(4-15)。
4.按照权利要求3所述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:所述隔板一(4-2)的数量为两块，相应所述动力仓(4-24)的数量为两个且所述无线通信中继器存放仓(4-25)的数量为一个，两个所述动力仓(4-24)分别位于所述无线通信中继器存放仓(4-25)的两侧，所述滑动轨(4-3)、支撑轨(4-4)和无线通信中继器存放轨道(4-5)的数量均为两条，所述无线通信中继器(5)推放组件的数量为两组。
5.按照权利要求3所述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:所述动力仓(4-24)内设置有布放电机(4-6)的一端设置有布放电机安装台(4-16),所述布放电机安装台(4-16 )上固定连接有电机安装夹(4-23 )，所述布放电机(4-6 )通过电机安装夹(4-23)安装在布放电机安装台(4-16)上；所述隔板一(4-2)和滑动轨(4-3)上设置有用于安装支撑布放电机(4-6)的输出轴的布放电机轴承(4-17)和用于安装支撑从动轴(4-9)的从动轴承(4-18);所述滑动轨(4-3)上固定连接有用于固定布放电机轴承(4-17)的布放电机轴承盖板(4-19)和用于固定从动轴承(4-18)的从动轴承盖板(4-20);所述滑动套头(4-11)上设置有用于转动连接所述滑动轴(4-12)的滑动轴承(4-21)。
6.按照权利要求1所述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:所述无线通信中继器(5)包括不倒翁底座(5-1)和连接在不倒翁底座(5-1)顶端的不倒翁壳体，所述不倒翁底座(5-1)内设置有重力块(5-6)，所述不倒翁壳体内设置有无线通信模块(5-7 )和用于给无线通信模块(5-7 )供电的电源模块(5-8 )，所述不倒翁壳体顶端连接有天线夹持头(5-4)，所述天线夹持头(5-4)上夹持有通过天线连接导线(5-12)与无线通信模块(5-7 )相接的天线(5-5 )。
7.按照权利要求6所述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:所述不倒翁底座(5-1)的形状为半球形；所述不倒翁壳体由与不倒翁底座(5-1)连接的通信仓壳体(5-2 )和与通信仓壳体(5-2 )连接的天线(5-5 )连接仓壳体(5-3 )构成，所述天线夹持头(5-4)连接在天线(5-5 )连接仓壳体(5-3 )的顶端；所述通信仓壳体(5-2 )的形状为喇叭状，所述天线(5-5 )连接仓壳体(5-3 )的形状为圆柱状。
8.按照权利要求6所述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:所述通信仓壳体(5-2)内设置有矿用本安接线盒(5-9)，所述无线通信模块(5-7)和电源模块(5-8 )均安装在矿用本安接线盒(5-9 )内，所述矿用本安接线盒(5-9 )上设置有供天线连接导线(5-12)穿过的天线连接孔(5-91);所述不倒翁底座(5-1)的顶部固定连接有隔板二(5-10)，所述隔板二(5-10)上设置有减震橡胶垫(5-11)，所述矿用本安接线盒(5-9)设置在所述减震橡胶垫(5-11)上且与所述减震橡胶垫(5-11)上一起固定连接在所述隔板二(5-10)上。
9.按照权利要求8所述的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统，其特征在于:所述矿用本安接线盒(5-9)由底板(5-92)、固定连接在底板(5-92)上的盒体(5-93)和活动连接在盒体(5-93 )上的盒盖(5-94 )构成，所述底板(5-92 )上设置有螺纹孔(5-95 )，所述天线连接孔(5-91)设 置在盒体(5-93 )侧壁上。
10.一种利用如权利要求1所述系统的煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤一、运载机器人携带所述机器人存放仓(1-2)内的探测机器人和布放通信网络机器人，以及所述布放系统存放仓(1-3)内的无线通信中继器布放系统进入煤矿事故井下，其中，布放通信网络机器人上搭载有无线通信中继器布放系统； 步骤二、煤矿井下环境信息、通信信号强度和地理信息的检测及上传:运载机器人沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道运行且运行过程中，通过环境信息监测单元一(1-7)对煤矿井下环境信息进行实时检测，并通过无线通信单元一(1-11)对煤矿井下通信信号强度进行实时检测，同时，通过自主导航单元一(1-8)和测距单元一(1-9)对运载机器人所处位置处的地理信息进行实时检测，控制系统一(1-12)采集环境信息监测单元一(1-7)所检测到的煤矿井下环境信息和无线通信单元一(1-11)所检测到的煤矿井下通信信号强度a，以及自主导航单元一(1-8)和测距单元一(1-9)所检测到的煤矿井下地理信息，并通过无线通信单元一(1-11)传输给救援指挥中心计算机(6)；步骤三、煤矿井下环境信息及通信信号强度的分析处理:控制系统一(1-12)调用环境信息及通信信号强度数据处理模块对煤矿井下环境信息和煤矿井下通信信号强度a进行分析处理，先将煤矿井下通信信号强度a与预先设定的设备正常运行通信信号强度b相比较，当a〈b，再判断煤矿井下环境信息是否能够达到无线通信中继器(5)正常工作要求，当煤矿井下环境信息能够达到无线通信中继器(5)正常工作要求时，控制系统一(1-12)控制位于所述布放系统存放仓(1-3)内的无线通信中继器布放装置(4)布放一个无线通信中继器(5)到煤矿井下，同时，无线通信中继器布放装置(4)反馈其运行信号给控制系统一(1-12)，控制系统一(1-12)将无线通信中继器布放装置(4)的运行信号通过无线通信单元一(1-11)传输给救援指挥中心计算机(6);反之，当a > b时，或a〈b但是煤矿井下环境信息不能达到无线通信中继器(5)正常工作要求时，均返回步骤二 ； 步骤四、布放的无线通信中继器(5)所处位置处无线通信信号强度及其自身信息的检测及上传:布放到煤矿井下的无线通信中继器(5)对其所处位置处的无线通信信号强度进行实时检测，并将其检测到的无线通信信号强度以及其MAC地址、IP地址和通信信息量实时传输给救援指挥中心计算机(6)； 步骤五、煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图的绘制:首先，救援指挥中心计算机(6)接收控制系统一(1-12)传输的煤矿井下环境信息、煤矿井下通信信号强度a、煤矿井下地理信息和无线通信中继器布放装置(4)的运行信号，以及无线通信中继器(5)传输的无线通信信号强度、MAC地址、IP地址和通信信息量并进行存储；然后，救援指挥中心计算机(6)调用煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图绘制模块，将以上接收并存储的信息绘制到预先存储在救援指挥中心计算机(6)中的矿井巷道地图上，绘制出的地图即为煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图； 步骤六、循环步骤一到步骤四，直至救援指挥中心计算机(6)根据控制系统一(1-12)传输的无线通信中继器布放装置(4)的运行信号判断出布放系统存放仓(1-3)内携带的无线通信中继器(5)的剩余数量为零，或根据控制系统一(1-12)传输的煤矿井下地理信息判断出运载机器人的运输通道发生了中断，`此时，通过救援指挥中心计算机(6)发出示警信号，工作人员看到示警信号后通过救援指挥中心计算机(6)输入所述机器人存放仓(1-2)的仓门打开的控制信号和探测机器人出仓的控制信号，所述控制系统一(1-12)通过无线通信单元一(1-11)接收救援指挥中心计算机(6)发送的仓门打开的控制信号并控制仓门开关驱动机构(1-4)带动所述机器人存放仓(1-2 )的仓门打开，所述控制系统二( 2-8 )通过无线通信单元二(2-7)接收救援指挥中心计算机(6)发送的探测机器人出仓的控制信号并通过驱动机构二(2-3)驱动行走机构二(2-2)带动所述探测机器人出仓进入煤矿井下巷道，控制系统三(3-8)通过环境信息监测单元三(3-7)检测到探测机器人已出仓的信号并通过无线通信单元三(3-9)将环境信息监测单元三(3-7)检测到的信号实时传输给救援指挥中心计算机(6)，工作人员根据显示在所述救援指挥中心计算机(6)上的环境信息监测单元三(3-7)上传的数据，输出相应的行走控制信号给所述布放通信网络机器人，所述布放通信网络机器人中的控制系统三(3-8)通过无线通信单元三(3-9)接收救援指挥中心计算机(6)发送的行走控制信号并通过驱动机构三(3-6)驱动行走机构三，使得布放通信网络机器人跟随探测机器人的行走路径行走； 步骤七、煤矿井下通信信号强度的二次检测及上传:所述布放通信网络机器人行走过程中，通过无线通信单元三(3-9)对煤矿井下通信信号强度进行实时检测，控制系统三(3-8)采集无线通信单元三(3-9)所检测到的煤矿井下通信信号强度C，并通过无线通信单元三(3-9)传输给救援指挥中心计算机(6)； 步骤八、二次检测的煤矿井下通信信号强度的分析处理:控制系统三(3-8)通信信号强度数据处理模块对二次检测的煤矿井下通信信号强度c进行分析处理，将二次检测的煤矿井下通信信号强度c与预先设定的设备正常运行通信信号强度b相比较，当c〈b，控制系统三(3-8)控制搭载在所述布放通信网络机器人上的无线通信中继器布放装置(4)布放一个无线通信中继器(5)到煤矿井下，同时，无线通信中继器布放装置(4)反馈其运行信号给控制系统三(3-8 )，控制系统三(3-8 )将无线通信中继器布放装置(4 )的运行信号通过无线通信单元三(3-9)传输给救援指挥中心计算机(6);反之，当c>b时，返回步骤七； 步骤九、布放的无线通信中继器(5)所处位置处无线通信信号强度及其自身信息的检测及上传:布放到煤矿井下的无线通信中继器(5)对其所处位置处的无线通信信号强度进行实时检测，并将其检测到的无线通信信号强度以及其MAC地址、IP地址和通信信息量实时传输给救援指挥中心计算机(6)； 步骤十、煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图的更新:首先，救援指挥中心计算机(6)接收控制系统三(3-8)传输的煤矿井下通信信号强度c和无线通信中继器布放装置(4)的运行信号，以及无线通信中继器(5)传输的无线通信信号强度、MAC地址、IP地址和通信信息量并进行存储；然后，救援指挥中心计算机(6)调用煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图更新模块，将以上接收并存储的信息绘制到步骤四所绘制的煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图上，完成煤矿井下应急救援无线通信网络链接地图的更新； 步骤十 一、循环步骤七到步骤十，直至完成煤矿井下应急救援无线通信网络的搭建。
全文摘要
本发明公开了一种煤矿井下应急救援无线通信网络自主搭建系统及方法，其系统包括救援指挥中心计算机和救援机器人系统，救援机器人系统包括运载机器人、存放在机器人存放仓内的探测机器人和布放通信网络机器人以及存放在布放系统存放仓内的无线通信中继器布放系统；无线通信中继器布放系统包括无线通信中继器布放装置和无线通信中继器；其方法包括步骤首先运载机器人进行信号检测及处理，由布放系统存放仓内的布放装置投放无线通信中继器，绘制应急救援无线通信网络链接地图，然后布放通信网络机器人进行信号检测及处理并投放无线通信中继器，进行地图更新，直至完成井下应急救援无线通信网络的搭建。本发明设计合理，实用性强，推广应用价值高。
文档编号B61L27/00GK103072600SQ20131001499
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者马宏伟, 薛旭升, 魏娟, 李晓鹏, 毛清华, 党林, 王川伟 申请人:西安科技大学