专利名称：煤矿救援用多级机器人系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤矿救援用机器人，尤其是涉及一种煤矿救援用多级机器人 系统。
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 也为本实用新型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 夕卜，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。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤矿 救援用多级机器人系统，其设计合理、使用操作简便、智能化程度高且工作性能可靠，采用 运载机器人与探测机器人两级机器人系统有效解决了煤矿井下条件恶劣、事故发生地距井 口较远、履带式救援机器人移动范围有限不能对事故发生地环境信息进行有效监测等缺陷 和不足。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种煤矿救援用多级机器 人系统，其特征在于包括对煤矿事故发生处的相关环境信息进行实时检测的探测机器人 和沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道将探测机器人由地面运送至煤矿事故发生处 附近且运送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运载机器人，所 述探测机器人与运载机器人之间以无线通信方式进行双向通信，所述运载机器人为车轮式 机器人，所述探测机器人为履带式机器人。上述煤矿救援用多级机器人系统，其特征是所述运载机器人包括机器人本体一、 布设在机器人本体一内且供探测机器人存放的机器人存放仓、安装在所述机器人存放仓 的仓门上且带动所述仓门开关的仓门开关驱动机构、安装在机器人本体一内且能沿煤矿井 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、测距单元一、安装在机器人本体一上的自动排 障机构、无线通信单元一以及分别与环境信息监测单元一、测距单元一和自主导航单元一 相接的控制系统一，所述仓门开关驱动机构、所述行走机构一、驱动机构一、环境信息监测 单元一、测距单元一、自主导航单元一和控制系统一均安装在机器人本体一内；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；所述探测机器人包括机器人本体二、安装在机器人本体二内的行走机构二、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 线通信单元二以及分别与环境信息监测单元二、测距单元二和自主导航单元二相接的控制 系统二，所述驱动机构二、环境信息监测单元二、自主导航单元二、测距单元二和控制系统 二均安装在机器人本体二内，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，且所述控制系统一与控制系统二分别通过无 线通信单元一和无线通信单元二与地面上的远程遥控设备进行双向通信。 上述煤矿救援用多级机器人系统，其特征是所述已有运输通道为由两根平行布 设的钢轨组成的轨道；所述行走机构一包括一前一后安装在机器人本体一下方的前轴轮系 和后轴轮系，所述前轴轮系和所述后轴轮系之间通过链轮进行连接；所述前轴轮系包括前 轮轴、分别安装在前轮轴左右两端的左前轮和右前轮，所述后轴轮系包括与前轮轴平行布 设的后轮轴以及分别安装在后轮轴左右两端的左后轮和右后轮组成，所述左前轮、右前轮、 左后轮和右后轮均为结构与钢轨的结构相对应且能沿钢轨前后移动的轨道轮。上述煤矿救援用多级机器人系统，其特征是所述前轮轴和后轮轴的左右端部分 别安装在安装于机器人本体一左右两侧下方的轴承座内。上述煤矿救援用多级机器人系统，其特征是所述机器人本体一上设置有用于存 放探测机器人的机器人存放仓；所述机器人本体一的外部形状为长方体，所述机器人存放 仓的形状为长方体，且机器人本体一内设置有将所述仓门打开后将探测机器人由机器人存 放仓内移送至地面的起落架，所述起落架由布设在机器人本体一内的起落架驱动机构进行 驱动，所述起落架驱动机构由控制系统一进行控制且其与控制系统一相接。上述煤矿救援用多级机器人系统，其特征是所述探测机器人为六自由度机器人； 所述行走机构二包括分别安装在机器人本体二左右两侧的左主履带单元和右主履带单元 以及分别布设在机器人本体二左前部、右前部、左后部和右后部的左前摆臂单元、右前摆臂 单元、左后摆臂单元和右后摆臂单元，所述左前摆臂单元和左后摆臂单元分别与右前摆臂 单元和右后摆臂单元呈左右对称布设；所述左主履带单元和右主履带单元均与驱动机构二 相接；所述左前摆臂单元和左后摆臂单元均与左主履带单元传动连接且二者均由左主履带 单元带动进行移动；所述右前摆臂单元和右后摆臂单元均与右主履带单元传动连接且二者 均由右主履带单元带动进行移动；所述探测机器人还包括四台分别与左前摆臂单元、右前 摆臂单元、左后摆臂单元和右后摆臂单元相接且带动的摆臂驱动电机，四台摆臂驱动电机 均与控制系统二相接且均由控制系统二进行控制，四台摆臂驱动电机相应分别带动左前摆 臂单元、右前摆臂单元、左后摆臂单元和右后摆臂单元绕各自中轴线进行360°摆动。上述煤矿救援用多级机器人系统，其特征是所述运载机器人还包括安装在机器 人本体一内的制动装置，所述制动装置为电动式制动装置或气动式制动装置；所述电动式制动装置包括制动电机、与制动电机的动力输出轴相接且由制动电 机进行驱动的制动杆和制动状态下分别与左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的轮圈外侧紧 贴的四个轴瓦，四个所述轴瓦分别通过传动组件与制动杆相接且均由制动杆带动进行移 动，四个所述轴瓦分别为与左前轮、右前轮、左后轮和右后轮位置相对的左前轴瓦、左后轴瓦、右前轴瓦和右后轴瓦所述气动式制动装置包括左右两个制动气缸、由制动气缸进行驱动的前后两个横 向移动滑块和制动状态下分别与左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的轮圈外侧紧贴的四个 轴瓦，左右两个制动气缸分别为左侧气缸和右侧气缸，所述制动气缸为双向气缸且所述双 向气缸内布设有前后两个横向移动的活塞，前后两个活塞分别与前后两个横向移动滑块相 接且前后两个活塞分别带动前后两个横向移动滑块进行横向移动，四个所述轴瓦分别为与 左前轮、右前轮、左后轮和右后轮位置相对的左前轴瓦、左后轴瓦、右前轴瓦和右后轴瓦；左 前轴瓦和左后轴瓦分别通过纵向连杆与由左侧气缸进行驱动的前后两个横向移动滑块相 接，且右前轴瓦和右后轴瓦分别通过纵向连杆与由右侧气缸进行驱动的前后两个横向移动 滑块相接。上述煤矿救援用多级机器人系统，其特征是所述机器人本体一与行走机构一之 间安装有将机器人本体一的重量均勻地弹性传递至钢轨上的连接缓冲装置。上述煤矿救援用多级机器人系统，其特征是所述连接缓冲装置的数量为两个且 两个连接缓冲装置分别为布设在左前轮与左后轮外侧的连接缓冲装置一和布设在右前轮 与右后轮外侧的连接缓冲装置二，所述连接缓冲装置一和连接缓冲装置二的结构相同且二 者呈左右对称布设；所述连接缓冲装置一均包括前缓冲结构、后缓冲结构和由四根连杆组 成的W形连杆缓冲机构，所述前缓冲结构包括布设在机器人本体一下部的横向橡胶垫和垫 装在所述横向橡胶垫与左前轮中上部或左后轮中上部之间的纵向橡胶垫，所述后缓冲结构 的结构与前缓冲结构的结构相同；四根所述连杆由前至后分别为连杆一、连杆二、连杆三和 连杆四，连杆一的下部固定安装在左前轮的前侧中部且其上端部与机器人本体一之间安 装有过渡支座一，连杆二和连杆三的下部分别固定安装在左前轮的后侧中部和左后轮的前 侧中部且二者的上端部与机器人本体一之间安装有过渡支座二，连杆四的下部固定安装在 左后轮的后侧中部且其上端部与机器人本体一之间安装有过渡支座三。上述煤矿救援用多级机器人系统，其特征是所述运载机器人还包括与控制系统 一相接且对机器人本体一前后方的障碍物信息进行实时检测的内部检测系统一，控制系统 一对所述内部检测系统一所检测信息进行分析处理并将分析处理结果同步传送至自主导 航单元一；所述内部检测系统一包括布设在机器人本体一前部的前部检测单元一和布设 在机器人本体一后部的后部检测单元一，所述前部检测单元一和后部检测单元一均包括对 机器人本体一前方和后方是否存在障碍物以及所存在障碍物距机器人本体一间的距离和 所述障碍物的大小进行实时检测的多组检测装置一，且每一组所述检测装置一均包括一个 超声传感器一和一个红外传感器一，所述超声传感器一和红外传感器一均与控制系统一相 接；所述探测机器人还包括与控制系统二相接且对机器人本体二前后方的障碍物信 息进行实时检测的内部检测系统二，控制系统二对所述内部检测系统二所检测信息进行分 析处理并将分析处理结果同步传送至自主导航单元二 ；所述内部检测系统二包括布设在机 器人本体二前部的前部检测单元二和布设在机器人本体二后部的后部检测单元二，所述前 部检测单元二和后部检测单元二均包括对机器人本体二前方和后方是否存在障碍物以及 所存在障碍物距机器人本体二间的距离和所述障碍物的大小进行实时检测的多组检测装 置二，且每一组所述检测装置二均包括一个超声传感器二和一个红外传感器二，所述超声传感器二和红外传感器二均与控制系统二相接。本实用新型与现有技术相比具有以下优点1、设计合理且工作性能可靠，本实用新型针对煤矿事故多发生在距井口较远的工作面区域的现状，创造性地提出了煤矿救援用多级机器人系统的体系结构，第一级机器 人——运载机器人采用车轮式移动机构，第二级机器人——探测机器人采用多节履带式结 构；当井下发生事故后，第一级机器人载着第二级机器人沿井下已有的运输轨道运行到所 能运行的距事故地点最近处，第一级机器人若被障碍物阻止或轨道受到破坏，不能继续前 移，则打开仓门，第二级机器人从一适宜方位离开第一级机器人，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。两级机器人上均装有CXD摄 像头、超声测距仪和瓦斯、一氧化碳、氧气、温度、湿度测试仪等传感器，机器人从开始自主 运行起，利用其自身携带的传感器，能够随时检测周围的环境信息，并进行处理和记录。2、运载机器人结构设计合理且使用效果好、运动能力强，运载机器人在牵引力的 作用下沿轨道运行时，不会发生脱轨和倾覆等非正常现象且其具有一定的移动性、稳定性 和曲线通过能力，因而在煤矿井下发生爆炸事故且井下轨道受到不同程度影响后，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不会影响运载机器人的 运动性能。综上，运载机器人适用于煤矿井下的事故救援，其轨道轮式移动机构，能充分利 用煤矿井下已有运输轨道，使运载机器人具有移动速度快、耐高温、耐火等特点，且能适应 轨道的具体情况，如上坡、下坡、曲线、道岔等；其长方行箱体既能运载二级探测机器人，又 可以装载较大容量的电池，使其具有较长的工作时间，且易于实现防水、防尘和防爆。3、运载机器人的功能完善且工作性能可靠，其不仅能沿轨道以一定的速度平稳运 行，并且能适应轨道的具体情况，如上坡、下坡、曲线、道岔等，同时具有简单的排障功能，能 清除轨道上散落的一定体积的障碍物，且具有能让二级机器人离开和返回的起落架装置。 另外，运载机器人具有制动装置，如遇特殊情况其能够准停在轨道上。因而，运载机器人的 设计合理，智能化程度高，运动能力强，在牵引力的作用下沿轨道运行时，不发生脱轨和倾 覆等非正常现象且其具有一定的移动性、稳定性和曲线通过能力。4、运载机器人采用模块化设计，拆装方便，使得机器人结构紧凑且拆装方便，井下 发生爆炸事故后既可以从地面直接进入井下，也可以在井下停车场快速组装后使用。平时 还可以作为一移动设备，自主运行于煤矿井下，对井下状况进行监控。5、运载机器人结构紧凑、操作简便、智能化程度高且工作性能可靠、运行速度快、 运动能力强，在煤矿井下发生爆炸事故且井下轨道受到一定程度影响后，仍能沿轨道线路 运行。因而能有效解决煤矿井下条件恶劣、事故发生地距井口较远、履带式救援机器人移 动范围有限等缺陷和不足。实际使用过程中，在煤矿井下发生爆炸事故后，能充分利用井下 已有的运输轨道，快速高效地将探测机器人运送到距事故现场最近处，并能对巷道内的环 境进行监测；同时，本实用新型可以在轨道上往复多次运行，且井下轨道受到不同程度影响 后，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不会影响本 实用新型的运动性能。6、探测机器人设计为摆臂履带式移动机器人，因而其在秉承了多种移动机器人优 点的同时，充分考虑到运动环境对运动的影响，对于不同的运动环境采用不同的运动方式， 不同运动方式具有不同的优点。探测机器人具有很强的运动稳定性、机动性、灵活性，同时还有很强的环境适应性等特点。可以根据周围环境的变化调整运动姿态，达到最高的运动 的最佳选择和工作效率。7、实用价值高且推广应用前景广泛，具有很高的经济效益和社会效益，本实用新 型能充分利用煤矿井下已有的运输轨道，充分发挥轮式移动机器人和履带式移动机器人 的特点，较好地解决了事故地点距井口较远，履带式救援机器人移动范围有限等缺陷和不 足。本实用新型针对煤矿事故多发生在距井口较远的工作面区域的现状，创造性地提出了 煤矿救援用多级机器人系统的体系结构，本实用新型为第一级机器人且其采用车轮式移动 机构，第二级机器人即探测机器人采用多节履带式结构且其通过本实用新型移送至事故 发生处附近；当井下发生事故后，本实用新型载着第二级机器人沿井下已有的运输轨道运 行到所能运行的距事故地点最近处，当本实用新型被障碍物阻止或轨道受到破坏，不能继 续前移，则打开仓门，第二级探测机器人从一适宜方位离开本实用新型并利用其自身的自 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；两级机器人上均装有 CCD摄像头、超声测距仪和瓦斯、一氧化碳、氧气、温度、湿度测试仪等传感器，机器人从开 始自主运行起，利用其自身 携带的传感器，能够随时检测周围的环境信息，并进行处理和记 录。综上所述，本实用新型设计合理、使用操作简便、智能化程度高且工作性能可靠， 采用运载机器人与探测机器人两级机器人系统有效解决了煤矿井下条件恶劣、事故发生地 距井口较远、履带式救援机器人移动范围有限不能对事故发生地环境信息进行有效监测等 缺陷和不足。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的立体结构示意图。图2为本实用新型的使用状态参考图。图3为本实用新型运载机器人的内部结构示意图。图4为图3的左视图。图5为图3的俯视图。图6为本实用新型运载机器人的电路框图。图7为本实用新型运载机器人所采用轨道轮的结构示意图。图8为本实用新型运载机器人所采用电动式制动装置的立体结构示意图。图9为本实用新型运载机器人所采用电动式制动装置的使用状态参考图。图10为图9的俯视图。图11为本实用新型运载机器人所采用连接缓冲装置二的立体结构示意图。图12为本实用新型探测机器人的立体结构示意图。图13为本实用新型探测机器人的侧部结构示意图。图14为图13的俯视图。图15为本实用新型探测机器人的电路框图。图16为本实用新型运载机器人所采用气动式制动装置的使用状态参考图。图17为图16的俯视图。[0049]附图标记说明1-运载机器人；1-1-机器人本体一 ；1-2-机器人存放仓；1-3-仓门开关驱动机构；1-4-行走机构一 ；1-41-前轮轴；1-42-左前轮；1-43-右前轮；1-44-后轮轴；1-45-左后轮；1-46-右后轮；1-48-轴承座；1-481-轴承座壳体；1-482-滚柱轴承；1-483-内座圈；1-5-驱动机构一；1-6-环境信息监测单1-7-控制系统一； 元一；1-8-自主导航单元一 ；1-9-自动排障机构；1-10-测距单元一；2-探测机器人；3-钢轨；4-轮圈；5-轮缘；6-起落架；7-起落架驱动机构；8-制动电机；9-制动杆；10-1-左前轴瓦；10-2-左后轴瓦；10-3-右前轴瓦；10-4-右后轴瓦；11-1-传动组件一；11-11-前纵向连杆 11-12-后纵向连杆一；一；11-13-横向伸缩连杆一 ；11-14-传动杆一 ；11-2-传动组件二 ；11-21-前纵向连杆二；11-22-后纵向连杆 11_23_横向伸缩连二 ；杆二 ；11-24-传动杆二；12-1-前缓冲结构；12_2_后缓冲结构；12-3-连杆一；12-4-连杆二；12-5-连杆三；12-6-连杆四；13-1-过渡支座一；13-2-过渡支座二；13-3-过渡支座三；14-存储单元；15-无线通信单元；18-1-前链轮；18-2-后链轮；18-3-链条；19-弹性支撑杆；20-1-安装座一；20-2-安装座二；21-水平向滑槽；22-固定座；23-连接扣件；24-超声传感器一；25-红外传感器一；27-超声传感器二；28-红外传感器二；29-制动气缸；30-横向移动滑块；31-纵向连杆；32-活塞。
具体实施方式
如图1、图2所示的一种煤矿救援用多级机器人系统，包括对煤矿事故发生处的相 关环境信息进行实时检测的探测机器人2和沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道将 探测机器人2由地面运送至煤矿事故发生处附近且运送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运载机器人1，所述探测机器人2与运载机器人1之间以无线 通信方式进行双向通信，所述运载机器人1为车轮式机器人，所述探测机器人2为履带式机 器人。结合图3、图4、图5和图6，所述运载机器人1包括机器人本体一 1_1、布设在机器 人本体一 1-1内且供探测机器人2存放的机器人存放仓1-2、安装在所述机器人存放仓1-2 的仓门上且带动所述仓门开关的仓门开关驱动机构1-3、安装在机器人本体一 1-1内且能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 1-4、对行走机构一 1-4进行 驱动的驱动机构一 1-5、环境信息监测单元一 1-6、自主导航单元一 1-8、测距单元一 1-10、 安装在机器人本体一 1-1上的自动排障机构1-9、无线通信单元一 15以及分别与环境信息 监测单元一 1-6、测距单元一 1-10和自主导航单元一 1-8相接的控制系统一 1-7，所述仓 门开关驱动机构1-3、所述行走机构一 1-4、驱动机构一 1-5、环境信息监测单元一 1-6、测距 单元一 1-10、自主导航单元一 1-8和控制系统一 1-7均安装在机器人本体一 1-1内。所述 仓门开关驱动机构1-3、自动排障机构1-9和驱动机构一 1-5均由控制系统一 1-7进行控制 且三者均与控制系统一 1-7相接，所述无线通信单元一 15与控制系统一 1-7相接。所述自 主导航单元一 1-8内集成有煤矿井下GIS系统，基于GIS的路径搜索算法和自定位算法，运 载机器人据此可以计算最佳行走路线，并确定自身位置结合图12、图13、图14和图15，所述探测机器人2包括机器人本体二 2_1、安装在 机器人本体二 2-1内的行走机构二 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 17以及分 别与环境信息监测单元二 2-4、测距单元二 2-6和自主导航单元二 2-5相接的控制系统二 2-7，所述驱动机构二 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 和控制系统二 2-7均安装在机器人本体二 2-1内，所述驱动机构二 2-3由控制系统二 2-7 进行控制且其与控制系统二 2-7相接，所述无线通信单元二 17与控制系统二 2-7相接。所 述控制系统一 1-7与控制系统二 2-7之间通过无线通信单元一 15和无线通信单元二 17进 行双向通信，且所述控制系统一 1-7与控制系统二 2-7分别通过无线通信单元一 15和无线 通信单元二 17与地面上的远程遥控设备进行双向通信。本实施例中，所述自主导航单元一 1-8和自主导航单元二 2-5内均集成有GPS定 位模块，具有定位功能。本实施例中，所述探测机器人2为六自由度机器人。所述行走机构二 2-2包括分 别安装在机器人本体二 2-1左右两侧的左主履带单元2-21和右主履带单元2-22以及分别 布设在机器人本体二 2-1左前部、右前部、左后部和右后部的左前摆臂单元2-23、右前摆臂 单元2-24、左后摆臂单元2-25和右后摆臂单元2-26，所述左前摆臂单元2_23和左后摆臂 单元2-25分别与右前摆臂单元2-24和右后摆臂单元2-26呈左右对称布设。所述左主履 带单元2-21和右主履带单元2-22均与驱动机构二 2-3相接。所述左前摆臂单元2_23和 左后摆臂单元2-25均与左主履带单元2-21传动连接且二者均由左主履带单元2-21带动 进行移动；所述右前摆臂单元2-24和右后摆臂单元2-26均与右主履带单元2-22传动连接 且二者均由右主履带单元2-22带动进行移动。所述探测机器人2还包括四台分别与左前 摆臂单元2-23、右前摆臂单元2-24、左后摆臂单元2-25和右后摆臂单元2_26相接且带动 的摆臂驱动电机6，四台摆臂驱动电机均与控制系统二 2-7相接且均由控制系统二 2-7进行 控制，四台摆臂驱动电机相应分别带动左前摆臂单元2-23、右前摆臂单元2-24、左后摆臂 单元2-25和右后摆臂单元2-26绕各自中轴线进行360°摆动。综上，所述探测机器人2共有6个自由度，即两个平动自由度和四个摆动自由度， 驱动机构二 2-3包括两个分别对左主履带单元2-21和右主履带单元2-22进行驱动的主驱 动电机和四个分别对左前摆臂单元2-23、右前摆臂单元2-24、左后摆臂单元2-25和右后摆 臂单元2-26进行驱动的摆臂驱动电机，且两个主驱动电机和四个摆臂驱动电机均布设在机器人本体二 2-1内。两个主驱动电机分别经减速箱后与左主履带单元2-21和右主履带单 元2-22的传动轴相接，相应地四个摆臂驱动电机分别经减速箱后与左前摆臂单元2-23、右 前摆臂单元2-24、左后摆臂单元2-25和右后摆臂单元2-26相接。实际使用过程中，探测机 器人2通过两个主驱动电机和四个摆臂驱动电机经减速后直接驱动六个履带(分别为左主 履带单元2-21、右主履带单元2-22、左前摆臂单元2-23、右前摆臂单元2_24、左后摆臂单元 2-25和右后摆臂单元2-26)进行卷绕运动，将履带卷绕运动转变为机器人的平移运动，产 生两个平动自由度和一个回转自由度，实现探测机器人2在平面内运动。具体而言，四个摆 臂驱动电机分别 驱动四个摆臂，以各自回转中心轴为轴心实现转动，产生四个旋转自由度。因而，实际运行时，上述摆臂履带式移动机器人即探测机器人2在秉承了多种移 动机器人优点的同时，充分考虑到运动环境对运动的影响，对于不同的运动环境采用不同 的运动方式，不同运动方式具有不同的优点。探测机器人具有很强的运动稳定性、机动性、 灵活性，同时还有很强的环境适应性等特点。可以根据周围环境的变化调整运动姿态，达到 最高的运动的最佳选择和工作效率。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3组成的轨道。所 述行走机构一 1-4包括一前一后安装在机器人本体一 1-1下方的前轴轮系和后轴轮系，所 述前轴轮系和所述后轴轮系之间通过链轮进行连接。所述前轴轮系包括前轮轴1-41、分别 安装在前轮轴1-41左右两端的左前轮1-42和右前轮1-43，所述后轴轮系包括与前轮轴 1-41平行布设的后轮轴1-44以及分别安装在后轮轴1-44左右两端的左后轮1_45和右后 轮1-46组成，所述左前轮1-42、右前轮1-43、左后轮1_45和右后轮1_46均为结构与钢轨 3的结构相对应且能沿钢轨3前后移动的轨道轮。本实施例中，所述链轮包括分别布设在链条18-3以及分别同轴套装在前轮轴 1-41和后轮轴1-44上的前链轮18-1和后链轮18-2，所述链条18_3缠绕在前链轮18_1和 后链轮18-2上。如图7所示，所述轨道轮包括轮圈4和同轴布设在所述轮圈4内侧的轮缘5， 轮缘5的踏面为锥形踏面且所述锥形踏面由外向内逐渐向下倾斜，所述锥形踏面的 斜度为1 20，所述轨道轮的横截面形状为T字形。实际操作时，所述轮圈4的直径 为Φ430πιπι 士 20mm，所述轮缘5的直径为Φ485πιπι 士 20mm，所述轮圈5的横向宽度为 32mm士3mm。本实施例中，所述钢轨3的规格为24kg/m。所述轮圈4的直径为Φ430mm，所 述轮缘5的直径为Φ485mm，所述轮圈5的横向宽度为32mm。本实施例中，所述前轴轮系为主动轮系且所述后轴轮系为从动轮系，所述前轮轴 1-41通过传动机构与驱动机构一 1-5相接，所述驱动机构一 1-5为防爆式串激直流电动机。所述前轮轴1-41和后轮轴1-44的左右端部分别安装在安装于机器人本体一 1_1 左右两侧下方的轴承座1-48内。本实施例中，所述轴承座1-48所述轴承座壳体1-481、安 装在轴承座壳体1-481内部的上下两列滚柱轴承1-482、同轴套装在轴承座壳体1-481内侧 的内座圈1-483，所述前轮轴1-41或后轮轴1-44的轴颈安装在内座圈1_483内。所述轴承 座壳体1-481的上部和外侧部与机器人本体一 1-1之间均垫装有橡胶减震垫。所述机器人本体一 1-1上设置有用于存放探测机器人2的机器人存放仓1-2。所 述机器人本体一 1-1的外部形状为长方体，所述机器人存放仓1-2的形状为长方体，且机器 人本体一 1-1内设置有将所述仓门打开后将探测机器人2由机器人存放仓1-2内移送至地面的起落架6，所述起落架6由布设在机器人本体一 1-1内的起落架驱动机构7进行驱动， 所述起落架驱动机构7由控制系统一 1-7进行控制且其与控制系统一 1-7相接。实际加工制作时，所述机器人本体一 1-1和机器人存放仓1-2形成一个整体式立 方体车体，所述整体式立方体车体内部通过隔板分为上下两部分，且所述隔板上部 为机器 人存放仓1-2且其下部为机器人本体一 1-1。本实施例中，所述测距单元一 1-10和测距单 元二 2-6均为激光测距仪。同时，所述运载机器人1还包括安装在机器人本体一 1-1内的制动装置，所述制动 装置为电动式制动装置或气动式制动装置。如图8、图9所示，本实施例中，所述电动式制动 装置包括制动电机8、与制动电机8的动力输出轴相接且由制动电机8进行驱动的制动杆9 和制动状态下分别与左前轮1-42、右前轮1-43、左后轮1-45和右后轮1_46的轮圈外侧紧 贴的四个轴瓦，四个所述轴瓦分别通过传动组件与制动杆9相接且均由制动杆9带动进行 移动，四个所述轴瓦分别为与左前轮1-42、右前轮1-43、左后轮1-45和右后轮1_46位置相 对的左前轴瓦10-1、左后轴瓦10-2、右前轴瓦10-3和右后轴瓦10-4。本实施例中，所述制动杆9呈水平向布设且制动杆9的中心轴线与机器人本体一 1-1的纵向中心线相垂直。所述传动组件的数量为两组且两组传动组件分别为布设在左前 轮1-42与左后轮1-45之间中部的传动组件一 11-1和布设在右前轮1-43与右后轮1_46之 间的传动组件二 11-2，所述传动组件一 11-1和传动组件二 11-2呈左右对称布设。所述传 动组件一 11-1包括前纵向连杆一 11-11、平行布设在前纵向连杆一 11-11后侧的后纵向连 杆一 11-12以及连接在前纵向连杆一 11-11和后纵向连杆一 11-12底部之间且能同步向前 后两侧伸缩的横向伸缩连杆一 11-13，所述前纵向连杆一 11-11的顶部与制动杆9的左端部 之间通过传动杆一 11-14相接，所述左前轴瓦10-1和左后轴瓦10-2分别安装在前纵向连 杆一 11-11和后纵向连杆一 11-12上。所述传动组件二 11-2包括前纵向连杆二 11-21、平 行布设在前纵向连杆二 11-21后侧的后纵向连杆二 11-22以及连接在前纵向连杆二 11-21 和后纵向连杆二 11-22底部之间且能同步向前后两侧伸缩的横向伸缩连杆二 11-23，所述 前纵向连杆二 11-21的顶部与制动杆9的右端部之间通过传动杆二 11-24相接，所述右前 轴瓦10-3和右后轴瓦10-4分别安装在前纵向连杆二 11-21和后纵向连杆二 11-22上。所 述前纵向连杆一 11-11与后纵向连杆一 11-12之间以及前纵向连杆二 11-21与后纵向连杆 二 11-22之间均安装有弹性支撑杆19。本实施例中，所述前纵向连杆一 11-11与前纵向连杆二 11-21分别通过安装座一 20-1安装在机器人本体一 1-1下部，后纵向连杆一 11-12与后纵向连杆二 11-22分别通过 安装座二 20-2安装在机器人本体一 1-1下部，所述安装座一 20-1上开有水平向滑槽，前纵 向连杆一 11-11与前纵向连杆二 11-21的上端部扣装在所述水平向滑槽21上且前纵向连 杆一 11-11与前纵向连杆二 11-21的上端部能沿所述水平向滑槽21前后来回移动。所述 制动杆9通过固定座22安装在机器人本体一 1-1上，所述制动杆9与固定座22之间通过 连接扣件23进行连接。实际使用过程中，也可以采用气动式制动装置。结合图16、图17，所述气动式制动 装置包括左右两个制动气缸29、由制动气缸29进行驱动的前后两个横向移动滑块30和制 动状态下分别与左前轮1-42、右前轮1-43、左后轮1-45和右后轮1_46的轮圈外侧紧贴的 四个轴瓦，左右两个制动气缸29分别为左侧气缸和右侧气缸，所述制动气缸29为双向气缸且所述双向气缸内布设有前后两个横向移动的活塞32，前后两个活塞32分别与前后两个横向移动滑块30相接且前后两个活塞32分别带动前后两个横向移动滑块30进行横向 移动，四个所述轴瓦分别为与左前轮1-42、右前轮1-43、左后轮1-45和右后轮1_46位置相 对的左前轴瓦10-1、左后轴瓦10-2、右前轴瓦10-3和右后轴瓦10-4。所述左前轴瓦10_1 和左后轴瓦10-2分别通过纵向连杆31与由左侧气缸进行驱动的前后两个横向移动滑块30 相接，且右前轴瓦10-3和右后轴瓦10-4分别通过纵向连杆31与由右侧气缸进行驱动的前 后两个横向移动滑块30相接。结合图10和图11，所述机器人本体一 1-1与行走机构一 1-4之间安装有将机器人 本体一 1-1的重量均勻地弹性传递至钢轨3上的连接缓冲装置。本实施例中，所述连接缓冲装置的数量为两个且两个连接缓冲装置分别位布设在 分别为布设在左前轮1-42与左后轮1-45外侧的连接缓冲装置一 12-1和布设在右前轮 1-43与右后轮1-46外侧的连接缓冲装置二 12-2，所述连接缓冲装置一 12_1和连接缓冲装 置二 12-2的结构相同且二者呈左右对称布设。所述连接缓冲装置一 12-1均包括前缓冲结 构12-1、后缓冲结构12-2和由四根连杆组成的W形连杆缓冲机构，所述前缓冲结构12-1包 括布设在机器人本体一 1-1下部的横向橡胶垫和垫装在所述横向橡胶垫与左前轮1-42中 上部或左后轮1-45中上部之间的纵向橡胶垫，所述后缓冲结构12-2的结构与前缓冲结构 12-1的结构相同。四根所述连杆由前至后分别为连杆一 12-3、连杆二 12-4、连杆三12_5和 连杆四12-6，连杆一 12-3的下部固定安装在左前轮1-42的前侧中部且其上端部与机器人 本体一 1-1之间安装有过渡支座一 13-1，连杆二 12-4和连杆三12-5的下部分别固定安装 在左前轮1-42的后侧中部和左后轮1-45的前侧中部且二者的上端部与机器人本体一 1-1 之间安装有过渡支座二 13-2，连杆四12-6的下部固定安装在左后轮1-45的后侧中部且其 上端部与机器人本体一 1-1之间安装有过渡支座三13-3。综上，所述连接缓冲装置由连接 元件、缓冲元件(即前缓冲结构12-1与后缓冲结构12-2)和均载元件(即W形连杆缓冲机 构)组成。同时，本实施例中，所述运载机器人1还包括与控制系统一 1-7相接且对机器人 本体一 1-1前后方的障碍物信息进行实时检测的内部检测系统一，控制系统一 1-7对所述 内部检测系统一所检测信息进行分析处理并将分析处理结果同步传送至自主导航单元一 1-8。所述内部检测系统一包括布设在机器人本体一 1-1前部的前部检测单元一和布设在 机器人本体一 1-1后部的后部检测单元一，所述前部检测单元一和后部检测单元一均包括 对机器人本体一 1-1前方和后方是否存在障碍物以及所存在障碍物距机器人本体一 1-1间 的距离和所述障碍物的大小进行实时检测的多组检测装置一，且每一组所述检测装置一均 包括一个超声传感器一 24和一个红外传感器一 25，所述超声传感器一 24和红外传感器一 25均与控制系统一 1-7相接。实际使用过程中，所述前部检测单元一和后部检测单元一中 的多组检测装置一均布设在同一水平线上且布设在机器人本体一 1-1前部和后部的下侧， 所述前部检测单元一和后部检测单元一中的多组检测装置一呈均勻布设。所述探测机器人2还包括与控制系统二 2-7相接且对机器人本体二 2-1前后方的 障碍物信息进行实时检测的内部检测系统二，控制系统二 2-7对所述内部检测系统二所检 测信息进行分析处理并将分析处理结果同步传送至自主导航单元二 2-5。所述内部检测系 统二包括布设在机器人本体二 2-1前部的前部检测单元二和布设在机器人本体二 2-1后部的后部检测单元二，所述前部检测单元二和后部检测单元二均包括对机器人本体二 2-1前 方和后方是否存在障碍物以及所存在障碍物距机器人本体二 2-1间的距离和所述障碍物 的大小进行实时检测的多组检测装置二，且每一组所述检测装置二均包括一个超声传感器 二 27和一个红外传感器二 28，所述超声传感器二 27和红外传感器二 28均与控制系统二 2-7相接。实际使用过程中，所述前部检测单元二和后部检测单元二中的多组检测装置二 均布设在同一水平线上且布设在机器人本体二 2-1前部和后部的下侧，所述前部检测单元 二和后部检测单元二中的多组检测装置二呈均勻布设。本实施例中，所述运载机器人1还包括与控制系统一 1-7相接的存储单元一 14，所 述探测机器人2还包括与控制系统二 2-7相接的存储单元二 16。实际操作过程中，位于地面上的工作人员可通过所述远程遥控设备与无线通信单 元一 15向控制系统一 1-7发送远程控制信号以对运载机器人1进行遥控，同时运载机器人 1运行过程中，通过无线通信单元一 15将其实时所检测信号同步传送至地面上的远程遥控 设备。并且，实际使用过程中，运载机器人1与探测机器人2之间通过无线通信单元一 15 和无线通信单元二 17进行双向通信，实现运载机器人1对探测机器人2进行自动控制的功 能，并且探测机器人2的控制系统二 2-7将其工作状态及实时检测参数同步传送至运载机 器人1的控制系统一 1-7。另外，探测机器人2离开运载机器人1进行自主运行后，位于地 面上的工作人员可通过所述远程遥控设备与无线通信单元二 17向控制系统二 2-7发送远 程控 信号以对探测机器人2进行遥控；同时探测机器人2运行过程中，通过无线通信单元 二 17将其实时所检测信号同步传送至地面上的远程遥控设备。所述运载机器人1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 15传送至地面的远程 程控设备；当本实用新型被障碍物阻止或轨道受到破坏不能继续前移时，则打开仓门，探测 机器人2通过起落架6从一适宜方位离开机器人本体一 1-1，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传送至地面。另外，实 际运行过程中，本实用新型在牵引力的作用下沿轨道运行时，不会发生脱轨和倾覆等非正 常现象，则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，影响本实用新型的运动性能，则本实用新型具有一定的移动性、稳定性和曲线通 过能力。综上所述，本实用新型的运载机器人1和探测机器人2均包括自主导航系统(即 自主导航单元一 1-8和自主导航单元二 2-5)、遥操作系统(即分别与控制系统一 1-7和控 制系统二2-7相接的无线通信单元一 15和无线通信单元二 17，以及布设在地面上的远程程 控设备)、运动控制系统(即对驱动机构一 1-5进行控制的控制系统一 1-7和对驱动机构 二 2-3控制的控制系统二 2-7)和检测系统(即环境信息监测单元一 1-6和内部检测系统 一以及环境信息监测单元二 2-4和内部检测系统二 )。所述环境信息监测单元一 1-6包括用于检测煤矿井下巷道内的一氧化碳、氧气、 瓦斯、温度等信息进行实时检测的检测装置和布设在所述机器人本体一 1-1上且对煤矿井 下巷道内的图像信息进行实时采集的图像采集装置，所述图像采集装置为CCD摄像机。所述自主导航单元一 1-8内存有煤矿井下的地理系信系统以及最短路径和遍布路径的搜索 算法。运载机器人1实际运行过程中，所述内部检测系统一实时对机器人本体一 1-1前方 和后方是否存在障碍物以及所存在障碍物距机器人本体一 1-1间的距离和所述障碍物的 大小进行实时检测，并将所检测信息同步传送至控制系统一 1-7进行分析处理，且控制系 统一 1-7将分析处理结果同步传送至自主导航单元一 1-8，再由自主导航单元一 1-8根据 控制系统一 1-7的分析处理结果作出进行绕路还是启动自动排障机构1-9进行排障的路径 规划结果。所述控制系统一 1-7接收自主导航单元一 1-8的路径规划结果和位于地面的远 程程控设备的遥控指令，控制机器人本体一 1-1实现沿轨道前行、后退、停止、过道岔、打开 仓门、升降起落架等运动。总之，内部检测系统一用于检测运载机器人1的行进方向路况信 肩、ο同样，所述环境信息监测单元二 2-4包括用于检测事故发生处的一氧化碳、氧 气、瓦斯、温度等信息进行实时检测的检测装置和布设在所述机器人本体二 2-1上且对煤 矿井下巷道内事故发生处的图像信息进行实时采集的图像采集装置，所述图像采集装置为 C⑶摄像机。所述自主导航单元二 2-5内存有煤矿井下的地理系信系统以及最短路径和遍 布路径的搜索算法。探测机器人2实际运行过程中，所述内部检测系统二实时对机器人本 体二 2-1前方和后方是否存在障碍物以及所存在障碍物距机器人本体二 2-1间的距离和 所述障碍物的大小进行实时检测，并将所检测信息同步传送至控制系统二 2-7进行分析处 理，且控制系统二 2-7将分析处理结果同步传送至自主导航单元二 2-5，再由自主导航单元 二 2-5根据控制系统二 2-7的分析处理结果作出相应的路径规划结果。所述控制系统二 2-7 接收自主导航单元二 2-5的路径规划结果和位于地面的远程程控设备的遥控指令，控制机 器人本体二 2-1实现沿轨道前行、后退、停止、过道岔等运动。总之，内部检测系统二用于检 测探测机器人2的行进方向路况信息。所述运载机器人1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 15传送至地面；当运载机器 人1被障碍物阻止或轨道受到破坏不能继续前移时，则打开仓门，探测机器人2通过起落架 6从一适宜方位离开运载机器人1，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 17传送至地面。例外，实际运行过程中，所 述运载机器人1在牵引力的作用下沿轨道运行时，不会发生脱轨和倾覆等非正常现象，则 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， 影响运载机器人1的运动性能，而运载机器人1具有一定的移动性、稳定性和曲线通过能 力。另外，本实施例中，所述机器人存放仓1-2、行走机构一 1-4、驱动机构一 1-5、起 落架6、所述制动装置和所述连接缓冲装置与机器人本体一 1-1之间均通过螺栓进行固定 连接，因而拆装方便，实际使用过程中，可以将本实用新型的各组件运至采煤井井下后，再 对各组件进行组装，也就是说，在井下完成运载机器人1的组装过程。本实施例中，探测机器人2的机械系统性能指标如表1所示表2 探测机器人2的机械系统性能指标
权利要求一种煤矿救援用多级机器人系统，其特征在于包括对煤矿事故发生处的相关环境信息进行实时检测的探测机器人(2)和沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道将探测机器人(2)由地面运送至煤矿事故发生处附近且运送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运载机器人(1)，所述探测机器人(2)与运载机器人(1)之间以无线通信方式进行双向通信，所述运载机器人(1)为车轮式机器人，所述探测机器人(2)为履带式机器人。
2.按照权利要求1所述的煤矿救援用多级机器人系统，其特征在于所述运载机器人 (1)包括机器人本体一(1-1)、布设在机器人本体一(1-1)内且供探测机器人(2)存放的机 器人存放仓(1-2)、安装在所述机器人存放仓(1-2)的仓门上且带动所述仓门开关的仓门 开关驱动机构(1-3)、安装在机器人本体一(1-1)内且能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(1-4)、对行走机构一(1-4)进行驱动的驱动机构一(1-5)、环 境信息监测单元一(1-6)、自主导航单元一(1-8)、测距单元一(1-10)、安装在机器人本体 一 (1-1)上的自动排障机构(1-9)、无线通信单元一(15)以及分别与环境信息监测单元一 (1-6)、测距单元一 (1-10)和自主导航单元一 (1-8)相接的控制系统一(1-7)，所述仓门开 关驱动机构(1-3)、所述行走机构一(1-4)、驱动机构一(1-5)、环境信息监测单元一(1-6)、 测距单元一(1-10)、自主导航单元一(1-8)和控制系统一(1-7)均安装在机器人本体一 (1-1)内；所述仓门开关驱动机构(1-3)、自动排障机构(1-9)和驱动机构一 (1-5)均由控 制系统一(1-7)进行控制且三者均与控制系统一(1-7)相接，所述无线通信单元一(15)与 控制系统一(1-7)相接；所述探测机器人(2)包括机器人本体二(2-1)、安装在机器人本体二(2-1)内的行 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(17)以及分别与环 境信息监测单元二(2-4)、测距单元二(2-6)和自主导航单元二(2-5)相接的控制系统二 (2-7)，所述驱动机构二(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)和控制系统二(2-7)均安装在机器人本体二(2-1)内，所述驱动机构二(2-3) 由控制系统二(2-7)进行控制且其与控制系统二(2-7)相接，所述无线通信单元二(17)与 控制系统二(2-7)相接；所述控制系统一(1-7)与控制系统二(2-7)之间通过无线通信单 元一(15)和无线通信单元二(17)进行双向通信，且所述控制系统一(1-7)与控制系统二 (2-7)分别通过无线通信单元一(15)和无线通信单元二(17)与地面上的远程遥控设备进 行双向通信。
3.按照权利要求2所述的煤矿救援用多级机器人系统，其特征在于所述已有运输通 道为由两根平行布设的钢轨(3)组成的轨道；所述行走机构一(1-4)包括一前一后安装在 机器人本体一(1-1)下方的前轴轮系和后轴轮系，所述前轴轮系和所述后轴轮系之间通过 链轮进行连接；所述前轴轮系包括前轮轴(1-41)、分别安装在前轮轴(1-41)左右两端的 左前轮(1-42)和右前轮(1-43)，所述后轴轮系包括与前轮轴(1-41)平行布设的后轮轴 (1-44)以及分别安装在后轮轴(1-44)左右两端的左后轮(1-45)和右后轮(1-46)组成，所 述左前轮(1-42)、右前轮(1-43)、左后轮(1-45)和右后轮(1-46)均为结构与钢轨(3)的 结构相对应且能沿钢轨(3)前后移动的轨道轮。
4.按照权利要求3所述的煤矿救援用多级机器人系统，其特征在于所述前轮轴(1-41)和后轮轴(1-44)的左右端部分别安装在安装于机器人本体一(1-1)左右两侧下方 的轴承座(1-48)内。
5.按照权利要求2、3或4所述的煤矿救援用多级机器人系统，其特征在于所述机器 人本体一(1-1)上设置有用于存放探测机器人(2)的机器人存放仓(1-2)；所述机器人本 体一(1-1)的外部形状为长方体，所述机器人存放仓(1-2)的形状为长方体，且机器人本体 一 (1-1)内设置有将所述仓门打开后将探测机器人(2)由机器人存放仓(1-2)内移送至地 面的起落架(6)，所述起落架(6)由布设在机器人本体一(1-1)内的起落架驱动机构(7)进 行驱动，所述起落架驱动机构(7)由控制系统一(1-7)进行控制且其与控制系统一(1-7) 相接。
6.按照权利要求2、3或4所述的煤矿救援用多级机器人系统，其特征在于所述探 测机器人(2)为六自由度机器人；所述行走机构二(2-2)包括分别安装在机器人本体 二(2-1)左右两侧的左主履带单元(2-21)和右主履带单元(2-22)以及分别布设在机器 人本体二(2-1)左前部、右前部、左后部和右后部的左前摆臂单元(2-23)、右前摆臂单元 (2-24)、左后摆臂单元(2-25)和右后摆臂单元(2-26)，所述左前摆臂单元(2_23)和左后 摆臂单元(2-25)分别与右前摆臂单元(2-24)和右后摆臂单元(2-26)呈左右对称布设；所 述左主履带单元(2-21)和右主履带单元(2-22)均与驱动机构二(2-3)相接；所述左前摆 臂单元(2-23)和左后摆臂单元(2-25)均与左主履带单元(2-21)传动连接且二者均由左 主履带单元(2-21)带动进行移动；所述右前摆臂单元(2-24)和右后摆臂单元(2-26)均与 右主履带单元(2-22)传动连接且二者均由右主履带单元(2-22)带动进行移动；所述探测 机器人(2)还包括四台分别与左前摆臂单元(2-23)、右前摆臂单元(2-24)、左后摆臂单元 (2-25)和右后摆臂单元(2-26)相接且带动的摆臂驱动电机，四台摆臂驱动电机均与控制 系统二(2-7)相接且均由控制系统二(2-7)进行控制，四台摆臂驱动电机相应分别带动左 前摆臂单元(2-23)、右前摆臂单元(2-24)、左后摆臂单元(2-25)和右后摆臂单元(2_26) 绕各自中轴线进行360°摆动。
7.按照权利要求2、3或4所述的煤矿救援用多级机器人系统，其特征在于所述运载 机器人(1)还包括安装在机器人本体一(1-1)内的制动装置，所述制动装置为电动式制动 装置或气动式制动装置；所述电动式制动装置包括制动电机(8)、与制动电机(8)的动力输出轴相接且由制动 电机(8)进行驱动的制动杆(9)和制动状态下分别与左前轮(1-42)、右前轮(1-43)、左后 轮(1-45)和右后轮(1-46)的轮圈外侧紧贴的四个轴瓦，四个所述轴瓦分别通过传动组件 与制动杆(9)相接且均由制动杆(9)带动进行移动，四个所述轴瓦分别为与左前轮(1-42)、 右前轮(1-43)、左后轮(1-45)和右后轮(1-46)位置相对的左前轴瓦(10-1)、左后轴瓦 (10-2)、右前轴瓦(10-3)和右后轴瓦(10-4)；所述气动式制动装置包括左右两个制动气缸(29)、由制动气缸(29)进行驱动的前后 两个横向移动滑块(30)和制动状态下分别与左前轮(1-42)、右前轮(1-43)、左后轮(1-45) 和右后轮(1-46)的轮圈外侧紧贴的四个轴瓦，左右两个制动气缸(29)分别为左侧气缸和 右侧气缸，所述制动气缸(29)为双向气缸且所述双向气缸内布设有前后两个横向移动的 活塞(29)，前后两个活塞(32)分别与前后两个横向移动滑块(30)相接且前后两个活塞 (32)分别带动前后两个横向移动滑块(30)进行横向移动，四个所述轴瓦分别为与左前轮(1-42)、右前轮(1-43)、左后轮(1-45)和右后轮(1-46)位置相对的左前轴瓦(10-1)、左后 轴瓦(10-2)、右前轴瓦(10-3)和右后轴瓦(10-4)；左前轴瓦(10-1)和左后轴瓦(10-2)分 别通过纵向连杆(31)与由左侧气缸进行驱动的前后两个横向移动滑块(30)相接，且右前 轴瓦(10-3)和右后轴瓦(10-4)分别通过纵向连杆(31)与由右侧气缸进行驱动的前后两 个横向移动滑块(30)相接。
8.按照权利要求2、3或4所述的煤矿救援用多级机器人系统，其特征在于所述机器 人本体一(1-1)与行走机构一(1-4)之间安装有将机器人本体一(1-1)的重量均勻地弹性 传递至钢轨(3)上的连接缓冲装置。
9.按照权利要求8所述的煤矿救援用多级机器人系统，其特征在于所述连接缓冲装 置的数量为两个且两个连接缓冲装置分别为布设在左前轮(1-42)与左后轮(1-45)外侧 的连接缓冲装置一(12-1)和布设在右前轮(1-43)与右后轮(1-46)外侧的连接缓冲装置 二(12-2)，所述连接缓冲装置一(12-1)和连接缓冲装置二(12-2)的结构相同且二者呈左 右对称布设；所述连接缓冲装置一(12-1)均包括前缓冲结构(12-1)、后缓冲结构(12-2) 和由四根连杆组成的W形连杆缓冲机构，所述前缓冲结构(12-1)包括布设在机器人本体 一 (1-1)下部的横向橡胶垫和垫装在所述横向橡胶垫与左前轮(1-42)中上部或左后轮 (1-45)中上部之间的纵向橡胶垫，所述后缓冲结构(12-2)的结构与前缓冲结构(12-1)的 结构相同；四根所述连杆由前至后分别为连杆一(12-3)、连杆二(12-4)、连杆三(12-5)和 连杆四(12-6)，连杆一(12-3)的下部固定安装在左前轮(1-42)的前侧中部且其上端部与 机器人本体一(1-1)之间安装有过渡支座一(13-1)，连杆二(12-4)和连杆三(12-5)的下 部分别固定安装在左前轮(1-42)的后侧中部和左后轮(1-45)的前侧中部且二者的上端部 与机器人本体一(1-1)之间安装有过渡支座二(13-2)，连杆四(12-6)的下部固定安装在左 后轮(1-45)的后侧中部且其上端部与机器人本体一(1-1)之间安装有过渡支座三(13-3)。
10.按照权利要求2、3或4所述的煤矿救援用多级机器人系统，其特征在于所述运载 机器人(1)还包括与控制系统一(1-7)相接且对机器人本体一(1-1)前后方的障碍物信息 进行实时检测的内部检测系统一，控制系统一(1-7)对所述内部检测系统一所检测信息进 行分析处理并将分析处理结果同步传送至自主导航单元一(1-8)；所述内部检测系统一包 括布设在机器人本体一(1-1)前部的前部检测单元一和布设在机器人本体一(1-1)后部的 后部检测单元一，所述前部检测单元一和后部检测单元一均包括对机器人本体一(1-1)前 方和后方是否存在障碍物以及所存在障碍物距机器人本体一(1-1)间的距离和所述障碍 物的大小进行实时检测的多组检测装置一，且每一组所述检测装置一均包括一个超声传感 器一(24)和一个红外传感器一(25)，所述超声传感器一(24)和红外传感器一(25)均与控 制系统一(1-7)相接；所述探测机器人(2)还包括与控制系统二(2-7)相接且对机器人本体二(2-1)前后方 的障碍物信息进行实时检测的内部检测系统二，控制系统二(2-7)对所述内部检测系统二 所检测信息进行分析处理并将分析处理结果同步传送至自主导航单元二(2-5)；所述内部 检测系统二包括布设在机器人本体二(2-1)前部的前部检测单元二和布设在机器人本体 二(2-1)后部的后部检测单元二，所述前部检测单元二和后部检测单元二均包括对机器人 本体二(2-1)前方和后方是否存在障碍物以及所存在障碍物距机器人本体二(2-1)间的距 离和所述障碍物的大小进行实时检测的多组检测装置二，且每一组所述检测装置二均包括一个超声传感器二(27)和一个红外传感器二(28)，所述超声传感器二(27)和红外传感器 二 (28)均与控制系统二 (2-7)相接。
专利摘要本实用新型公开了一种煤矿救援用多级机器人系统，包括对煤矿事故发生处的相关环境信息进行实时检测的探测机器人和沿煤矿井下巷道中所布设的已有运输通道将探测机器人由地面运送至煤矿事故发生处附近且运送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运载机器人，所述运载机器人为车轮式机器人，所述探测机器人为履带式机器人。本实用新型设计合理、使用操作简便、智能化程度高且工作性能可靠，采用运载机器人与探测机器人两级机器人系统有效解决了煤矿井下条件恶劣、事故发生地距井口较远、履带式救援机器人移动范围有限，不能对事故发生地环境信息进行有效监测等缺陷和不足。
文档编号E21F11/00GK201763384SQ20102054631
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者于洋, 马宏伟, 魏娟 申请人:西安科技大学