专利名称：基于无线网络的矿井自主智能探测多机器人无线通讯系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由多个具有防爆能力的矿井自主移动智能机器人组成的无线移 动通讯网络系统，特别是公开一种基于无线网络的矿井自主智能探测多机器人无线通讯系 统，解决煤矿灾难发生后，矿井探测机器人的长距离通讯问题，属于矿井探测机器人技术领 域。
背景技术：
煤矿作为高危行业之一，安全生产始终是头等大事，历来是国家关注的重点，据不 完全统计2006年初至2009年底，国内煤矿发生近千起矿难，导致大量矿工死亡。在煤矿事 故救援工作中，矿井自主智能探测机器人用于掌握事故现场第一手信息和资料，提高救援 效率，最大限度的减少伤亡和损失。当矿井自主智能探测机器人为探测环境信息超过某种 极限时，救援队员就不能进入此环境中实施救援，以免引起二次爆炸，避免导致救援队员的 伤亡。但是矿井巷道是一个特殊的环境，无线通讯信号容易被矿井巷道吸收。目前在矿井 正常工作情况下，主要安装固定的无线通讯基站，拓展无线通讯的距离。但是煤矿出现瓦斯 或煤尘爆炸等灾难之后，井下的电源全部切断，无线基站无法正常工作。而当矿难发生时， 救援队员无法进入巷道布置应急的无线通讯基站，因为环境信息不清楚，有很多大的危险， 需要矿井机器人先进入巷道进行探测，而矿井探测机器人要长距离深入矿井巷道探测，如 果采用无线通讯方式，必须要有无线基站。为了解决这个问题，目前已有专利CN201179899，CN101643096,CN201305046, CN201516604U都采用有线通讯方式，拓展机器人的通讯距离，但是在煤矿灾难后，环境地 形非常复杂，拖线的矿井探测机器人无法在爆炸巷道下使用。
发明内容
本发明的目的是解决煤矿灾难发生后，矿井探测机器人的长距离通讯问题，公开 一种基于无线网络的矿井自主智能探测多机器人无线通讯系统，是一组由移动矿井探测机 器人组成的智能移动无线通讯网络，为矿难救援提供有效保障。本发明是这样实现的无线通讯系统由多个机器人和无线遥控智能终端组成，系 统最大拥有255个机器人，各机器人具有无线通讯模块、智能通讯协调模块、运动机构和自 主导航模块，各机器人通过无线网络进行通讯连接，组成自主移动的、柔性的通讯网，帮助 救援队员探测到矿井巷道远距离的环境信息；无线通讯模块既作为路由器，也作为通讯终 端；矿井探测机器人通过自主导航模块在矿井巷道中自主运行；无线通讯模块接收来自无 线通讯系统的环境信息和图像信息，并转发给下个矿井探测机器人的无线通讯模块，无线 通讯模块将接收的运动信息转发给智能通讯协调模块；相邻的两个矿井探测机器人之间的 距离通过智能通讯协调模块来确定，智能通讯协调模块解析运动信息，发送给自主导航模 块，作为自主导航模块的期望速度，确保矿井探测机器人之间的距离保证同步协调，保证相 邻的两个矿井探测机器人的通信可靠、有效；自主导航模块根据巷道情况，自主规划在巷道中的行走路径，最后将规划的运动信息传递给运动机构。所述的各个机器人之间的距离是动态的，通过自主移动，保证各个矿井探测机器 人之间的距离在一个合理的范围，以保证通讯的有效性，其调节是按照下面方式进行的第 2个矿井探测机器人根据收到的第1个矿井探测机器人的运动信息自主运行，并检测与第 1个矿井探测机器人的通讯距离，当通讯距离太大时，第2个矿井探测机器人将以加速的方 式自主运行，缩短与第1个矿井探测机器人之间的距离；第3个矿井探测机器人根据收到的 第2个矿井探测机器人的运动信息自主运行，并检测与第2个矿井探测机器人的通讯距离， 当通讯距离太大时，第3个矿井探测机器人将以加速的方式自主运行，缩短与第2个矿井探 测机器人之间的距离；其他的机器人也是以此类推。所述的智能通讯协调模块是这样工作的第1个矿井探测机器人进入巷道，将自 己的运动信息发送给第2个矿井探测机器人，第2个矿井探测机器人收到第1个矿井探测 机器人的运动信息，然后将运动信息发送给自主导航模块，检测与第1个矿井探测机器人 的通讯距离，当通讯距离大于某一设定值时，将发送加速信息给第2个矿井探测机器人；其 它的机器人都以同样的方式进行相互间距离的协调。在矿井井下本发明无线通讯系统是一个自主智能移动的无线通讯网络，对于远程 无线遥控智能终端来说，就像操作一台矿井探测机器人。无线通讯网络中，矿井探测机器人之间的距离是通过下面的方式进行协调的在 开始情况下，救援队员让其中的第1个矿井探测机器人(即1号机器人)进入矿井巷道，通 过无线遥控智能终端可以实时监测到矿井巷道的环境信息如瓦斯、温度等。当进入巷道的 距离增加时，智能通讯协调模块监测到通讯距离太大，导致通讯带宽降低，通讯不可靠时， 救援队员将派第2个矿井探测机器人(即2号机器人)进入巷道。第2个矿井探测机器人 作为第1个矿井探测机器人的路由器，当第1个矿井探测机器人继续进入巷道时，它将运动 信息发送给第2个矿井探测机器人，第2个矿井探测机器人根据收到的第1个矿井探测机 器人的运动信息自主运行。其它的矿井探测机器人也以同样的方式进行工作。在矿井探测 机器人中，无需救援队员的实时遥控，是自主实现的。对于远程的救援队员来说，通过无线 遥控智能终端能监控到远距离巷道的环境信息，以判断人员能否进入巷道实施救援。本发明的有益效果是本发明无线通讯系统是动态移动的，是一个实时、远距离、 自主移动的智能无线网络，能自主根据巷道的实际情况，自动调节各个路由器之间的距离， 无需救援队员事先布网，也无需外部的电源供电。本发明系统主要用于矿井灾难的应急场 合，可应用于任何复杂的矿井巷道的无线通讯。
图1是本发明系统示意图；图2是本发明系统的自主智能矿井探测机器人框架示意图；图3是本发明系统的智能通讯协调模块的流程图。
具体实施例方式下面结合附图用实施例来对本发明的具体实施方式
作出进一步的详细说明。根据附图1，本发明基于无线网络的矿井自主智能探测多机器人无线通讯系统示
4意图，无线通讯系统由第1个矿井探测机器人1、第2个矿井探测机器人2、第3个矿井探测 机器人3、第4个矿井探测机器人4……以及无线遥控智能终端9等组成，移动智能无线网络 系统最大可以达到255个矿井探测机器人。在本无线通讯系统中，每个矿井探测机器人都 是自主移动的，第1个矿井探测机器人1与第2个矿井探测机器人2之间的距离S1 5 ；第2 个矿井探测机器人2与第3个矿井探测机器人3之间的距离S26 ；第3个矿井探测机器人3 与第4个矿井探测机器人4之间的距离S3 7……第254个矿井探测机器人254与第255个 矿井探测机器人255之间的距离S254 8，通过矿井探测机器人的自主移动，保证各个矿井探 测机器人之间的距离S1 5、S2 6、S3 7……S254 8在一个合理的范围，以保证通讯的有效性。 例如第1个矿井探测机器人1将运动信息发送给第2个矿井探测机器人2，当第1个矿井 探测机器人1与第2个矿井探测机器人2之间的距离S1 5大于某一个距离，通讯不可靠、不 稳定时，第2个矿井探测机器人2将以大于第1个矿井探测机器人1的速度运行，缩短第1 个矿井探测机器人1与第2个矿井探测机器人2之间的距离S1 5，以保证可靠的通讯。无 线通讯系统的其它矿井探测机器人也以同样的方式工作。根据附图2，是本发明系统的自主智能矿井探测机器人框架示意图，机器人主要包 括无线通讯模块11，智能通讯协调模块12，运动机构13，自主导航模块14。无线通讯模块 11既可以作为路由器，也可以作为通讯终端。矿井探测机器人通过自主导航模块14在矿井 巷道中自主运行。智能通讯协调模块12，确保矿井探测机器人之间的距离保证同步协调，即 相邻的两个矿井探测机器人之间的距离是通过智能通讯协调模块12来确定的，其目的是 保证相邻的两个矿井探测机器人的通信可靠、有效。无线通讯模块11接收来自无线通讯系 统的信息，如果是环境信息和图像信息，无线通讯模块11将转发给下个矿井探测机器人的 无线通讯模块11 ；如果是运动信息，无线通讯模块将转发给智能通讯协调模块12。智能通 讯协调模块解析运动信息，发送给自主导航模块14，最为自主导航模块14的期望速度。自 主导航模块根据巷道情况，自主规划在巷道中的行走路径，最后将规划的运动信息给运动 机构13。根据附图3，本发明系统的智能通讯协调模块的流程图，第1个矿井探测机器人1 进入巷道，发送自己的运动信息给第2个矿井探测机器人2，延迟一定时间，再发送自己的 运动信息给第2个矿井探测机器人，如此循环。也就是说，第1个矿井探测机器人1以一定 的频率发送运动信息给第2个矿井探测机器人。第2个矿井探测机器人收到第1个矿井探 测机器人的运动信息，然后将运动信息发送给自主导航模块，检测与第1个矿井探测机器 人的通讯距离，当通讯距离大于某一设定值时，将发送加速信息给自主导航模块。其它的矿 井探测机器人都以同样的方式进行协调。矿井自主智能探测机器人无线通讯系统实际的工作流程是1、第1个矿井探测机器人进入矿井巷道实施探测任务，并将环境信息发送到无线 遥控智能终端。当无线遥控智能终端显示通讯距离不可靠时，救援队员让第2个矿井探测 机器人进入巷道工作。2、第2个矿井探测机器人根据收到的第1个矿井探测机器人的运动信息自主运 行，并检测与第1个矿井探测机器人的通讯距离，当通讯距离太大时，第2个矿井探测机器 人将以加速的方式自主运行。3、当无线遥控智能终端显示通讯距离不可靠时，救援队员将第3个矿井探测机器人进入巷道工作。第3个矿井探测机器人根据收到的第2个矿井探测机器人的运动信息自 主运行，并检测与第2个矿井探测机器人的通讯距离，当通讯距离太大时，第3个矿井探测 机器人将以加速的方式自主运行。4、根据实际要探测的巷道情况，救援队员派出数量不同的机器人进入巷道，组成 无线通讯系统。5、由这些矿井探测机器人组成的无线通讯系统，救援队员能够探测到巷道远距离 的环境信息。本发明无线通讯系统是智能移动通讯系统，能适应不同的巷道情况。当环境通讯 质量比较差时，矿井探测机器人将自动调整各个机器人之间的距离，以保证通讯的可靠性， 因此本无线通讯系统也是柔性的。
权利要求
一种基于无线网络的矿井自主智能探测多机器人无线通讯系统，其特征在于无线通讯系统由多个机器人和无线遥控智能终端组成，系统最大拥有255个机器人，各机器人具有无线通讯模块、智能通讯协调模块、运动机构和自主导航模块，各机器人通过无线网络进行通讯连接，组成自主移动的、柔性的通讯网，帮助救援队员探测到矿井巷道远距离的环境信息；无线通讯模块既作为路由器，也作为通讯终端；矿井探测机器人通过自主导航模块在矿井巷道中自主运行；无线通讯模块接收来自无线通讯系统的环境信息和图像信息，并转发给下个矿井探测机器人的无线通讯模块，无线通讯模块将接收的运动信息转发给智能通讯协调模块；相邻的两个矿井探测机器人之间的距离通过智能通讯协调模块来确定，智能通讯协调模块解析运动信息，发送给自主导航模块，作为自主导航模块的期望速度，确保矿井探测机器人之间的距离保证同步协调，保证相邻的两个矿井探测机器人的通信可靠、有效；自主导航模块根据巷道情况，自主规划在巷道中的行走路径，最后将规划的运动信息传递给运动机构。
2.根据权利要求1所述的基于无线网络的矿井自主智能探测多机器人无线通讯系统， 其特征在于所述的各个机器人之间的距离是动态的，通过自主移动，保证各个矿井探测机 器人之间的距离在一个合理的范围，以保证通讯的有效性，其调节是按照下面方式进行的 第2个矿井探测机器人根据收到的第1个矿井探测机器人的运动信息自主运行，并检测与 第1个矿井探测机器人的通讯距离，当通讯距离太大时，第2个矿井探测机器人将以加速的 方式自主运行，缩短与第1个矿井探测机器人之间的距离；第3个矿井探测机器人根据收到 的第2个矿井探测机器人的运动信息自主运行，并检测与第2个矿井探测机器人的通讯距 离，当通讯距离太大时，第3个矿井探测机器人将以加速的方式自主运行，缩短与第2个矿 井探测机器人之间的距离；其他的机器人也是以此类推。
3.根据权利要求1所述的基于无线网络的矿井自主智能探测多机器人无线通讯系统， 其特征在于所述的智能通讯协调模块是这样工作的第1个矿井探测机器人进入巷道，将 自己的运动信息发送给第2个矿井探测机器人，第2个矿井探测机器人收到第1个矿井探 测机器人的运动信息，然后将运动信息发送给自主导航模块，检测与第1个矿井探测机器 人的通讯距离，当通讯距离大于某一设定值时，将发送加速信息给第2个矿井探测机器人； 其它的机器人都以同样的方式进行相互间距离的协调。全文摘要
本发明为一种基于无线网络的矿井自主智能探测多机器人无线通讯系统，其特征在于无线通讯系统由多个机器人和无线遥控智能终端组成，系统最大拥有255个机器人，各机器人具有无线通讯模块、智能通讯协调模块、运动机构和自主导航模块，通过无线网络进行通讯连接，组成自主移动的、柔性的通讯网。无线通讯模块既作为路由器，也作为通讯终端；无线通讯模块接收来自无线通讯系统的环境信息和图像信息，并转发给下个矿井探测机器人的无线通讯模块，无线通讯模块还将接收的运动信息转发给智能通讯协调模块；智能通讯协调模块解析运动信息，发送给自主导航模块；自主导航模块根据巷道情况，规划行走路径，并将规划的运动信息传递给运动机构。
文档编号H04W84/18GK101917776SQ20101023743
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者周勇, 杨伯群, 王宣, 蒋金鹏, 邱平平, 陈琳 申请人:上海中为智能机器人有限公司