蛇形矿难救援机器人及其救援方法

本发明涉及属于煤矿救援机械领域。

背景技术：

1、矿难的发生往往会危及人身安全，救援与生命通道的打通关系着受难矿工的安危，然而瓦斯、煤尘爆炸、透水等事故经常会引起巷道坍塌、顶板冒落，导致通信中断、救援通道堵塞，严重影响了救援的开展。传统轮式救援机器人，体积大、越障能力差，狭窄空间通过能力不足，无法自主通信，无法进行远距离矿难勘察与救援，更无法适应透水事故发生的矿井救援。如何提高矿难救援机器人狭窄空间通过性、各种环境的适应性，增强搜救机器人的搜救效率和能力成为亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明是为了解决如何提高矿难救援机器人狭窄空间通过性、各种环境的适应性，增强搜救机器人的搜救效率和能力的问题，提供了蛇形矿难救援机器人及其救援方法，该机器人是在现有救援机器人的基础上，提出一种小断面、多舱段、多驱动、多功能的救援机器人。

2、本发明采用的技术方案是：

3、蛇形矿难救援机器人，该救援机器人包括探测舱(1)、抬升舱(2)、两个驱动舱(3)、机械臂舱(4)、生命保障舱(5)、信号中继舱(6)和水下推进舱(7)；

4、所述探测舱(1)、抬升舱(2)、一个驱动舱(3)、机械臂舱(4)、生命保障舱(5)、信号中继舱(6)、另一个驱动舱(3)和水下推进舱(7)依次柔性连接，且探测舱(1)位于首端；

5、所述探测舱(1)用于破岩推进、生命和井下环境探测；

6、所述抬升舱(2)用于辅助所述探测舱(1)越障爬行；

7、所述驱动舱(3)用于驱动该救援机器人行进和转向；

8、所述机械臂舱(4)用于在生命救援时抓取部署物品，还用于清理救援通道；

9、所述生命保障舱(5)用于存储救援必须的生命保障物资；

10、所述信号中继舱(6)用于完成矿难无信号情况下的井下信号中继；当井下坍塌严重影响信号传输时，所述信号中继舱(6)在适宜位置与该救援机器人其他组成部分脱离，所述信号中继舱(6)作为中继站，完成主机和地面设备联系功能；

11、所述水下推进舱(7)位于蛇形救援机器人尾部，且用于该救援机器人在水中驱动。

12、优选的，所述探测舱(1)包括破岩推进头(11)、生命探测头(12)、防爆摄像头(13)、瓦斯传感器(14)、上部驱动履带(15)、侧部驱动履带(16)、下部驱动履带(17)、信号发送与接收装置(18)和探测舱舱体(19)；

13、所述破岩推进头(11)处于所述探测舱前端，用于破碎前进路上大块煤岩；

14、所述生命探测头(12)，处于所述探测舱舱体(19)前端右上角，用于完成遇难矿工的探测；

15、所述防爆摄像头(13)处于探测舱舱体(19)前端中上部，用于摄像记录救援画面，且将记录的救援画面发送至所述信号发送与接收装置(18)；

16、所述瓦斯传感器(14)处于探测舱舱体(19)前端右上部，用于探测瓦斯浓度，且将记录的瓦斯浓度发送至所述信号发送与接收装置(18)；

17、所述信号发送与接收装置(18)位于探测舱舱体(19)尾部中上部，负责指令的接收和探测信号的发送；

18、所述上部驱动履带(15)、侧部驱动履带(16)、下部驱动履带(17)对应位于所述探测舱舱体(19)上部、侧部和下部，且均为双履带结构，负责驱动探测舱(1)的行进与转向。

19、优选的，所述抬升舱(2)包括舱间柔性连接件(22)、抬升行走机构(23)、抬升电推杆(24)和抬升舱舱体(25)；所述舱间柔性连接件(22)与所述探测舱(1)中的尾部和所述抬升舱(2)的前部均铰链连接；所述抬升舱舱体(25)支撑所述抬升电推杆(24)，所述抬升电推杆(24)连接所述抬升行走机构(23)，所述抬升电推杆(24)升降，用于辅助所述探测舱(1)越障爬行。

20、优选的，所述机械臂舱(4)包括前连接装置(41)、机械臂舱舱体(42)、机械臂(43)、调整电推杆(44)、机械爪(45)、可开启舱门(46)、旋转底座(47)、后连接装置(48)；

21、所述机械臂舱(4)包括前连接装置(41)、机械臂舱舱体(42)、后连接装置(48)，且前连接装置(41)、机械臂舱舱体(42)、后连接装置(48)依次铰接。

22、所述机械臂舱舱体(42)的一侧设置有可开启舱门(46)，所述可开启舱门(46)用于开启所述机械臂舱舱体(42)；

23、所述机械臂舱(4)通过柔性连接装置与所述抬升舱(2)连接；

24、所述机械臂舱舱体(42)内部设置有机械臂(43)、调整电推杆(44)、机械爪(45)和旋转底座(47)；机械臂(43)的底部安装在所述旋转底座(47)上，机械臂(43)的臂部与所述调整电推杆(44)固定连接；所述机械爪(45)安装在所述调整电推杆(44)的一端；所述旋转底座(47)；所述机械臂(43)、调整电推杆(44)、机械爪(45)和旋转底座(47)共同配合完成抓取动作。

25、优选的，所述生命保障舱(5)包括货舱舱体(51)、门滑道(52)和滑动门(53)；所述货舱舱体(51)的侧面端板镶嵌在所述门滑道(52)上，所述滑动门(53)镶嵌于门滑道(52)内，且在门滑道(52)的滑道内滑动，并且相对货舱舱体(51)运动，用于完成生命保障舱的开启和关闭。

26、优选的，所述水下推进舱(7)位于该救援机器人的尾部，且所述水下推进舱(7)包括螺旋桨(71)和水下推进舱(72)；所述螺旋桨(71)与所述驱动轴(73)连接。

27、优选的，所述驱动舱(3)包括前连接(81)、驱动舱舱体(82)、上履带组(83)、支撑轴承(84)、右履带(85)、轴(86)、电机(87)、后连接(88)、驱动履带轮(89)、侧履带组(90)、下履带组(91)和左履带(92)组成；

28、所述左履带(92)和右履带(85)构成履带组，且位于所述驱动舱舱体(82)的上表面的左右两侧，左履带(92)和右履带(85)分别被驱动完成转向功能；

29、所述轴(86)、电机(87)与驱动履带轮(89)同轴连接；

30、所述左履带(92)或右履带(85)均由电机(87)通过轴(86)驱动驱动履带轮(89)带动；

31、所述支撑轴承(84)承担所述轴(86)的支撑；

32、所述上履带组(83)、下履带组(91)位于所述驱动舱舱体(82)的上侧和下侧，所述上履带组(83)、下履带组(91)分别被驱动完成转向功能；

33、所述侧履带组(90)位于所述驱动舱舱体(82)的一侧；

34、所述前连接(81)用于连接所述抬升舱(2)或信号中继舱(6)；

35、所述后连接(88)用于连接所述机械臂舱(4)或水下推进舱(7)。

36、基于蛇形矿难救援机器人的救援方法，该救援方法包括：

37、用于破岩推进、生命和井下环境探测的方法；

38、用于辅助所述探测舱(1)越障爬行的方法；

39、用于驱动该救援机器人行进和转向的方法；

40、用于在生命救援时抓取部署物品，还用于清理救援通道的方法；

41、用于存储救援必须的生命保障物资的方法；

42、用于完成矿难无信号情况下的井下信号中继的方法；当井下坍塌严重影响信号传输时，所述信号中继舱(6)在适宜位置与该救援机器人其他组成部分脱离，所述信号中继舱(6)作为中继站，完成主机和地面设备联系功能的方法。

43、用于该救援机器人在水中驱动的方法。

44、蛇形矿难救援机器人，通过分体式柔性设计，提高矿难救援机器人的通过性和探测性。

45、有益效果：本发明采用柔性连接分体式履带驱动结构，救援机器人由探测舱段、抬起舱段、驱动舱段、机械臂舱段、生命保障舱段、信号中继舱段、尾部水下推进舱段组成。所述探测舱具有破岩探测功能，前端破岩推进头可以破碎前端帽落无法越过的岩石。所述驱动舱段由四组驱动履带驱动，可以多维度驱动前进，增加矿难救援机器人在狭小且较多帽落煤岩路段的越障能力，有效增强了矿难救援机器人的孔洞类地形通过性。所述探测舱段设有视频、生命探测传感器和瓦斯浓度探测传感器，所述抬起舱段，由抬起电推杆支撑驱动履带，使得探测舱段和抬起舱段主体抬升，能够增加蛇形机器人越障能力。所述生命保障舱段，采用开启方式舱门，内含生命救援物资。所述信号中继舱，在井下塌方严重无信号时，可以与前几节舱段脱离作为移动基站实现信号中继。机械臂舱段内置式机械臂即可以移除前进路段部分小块煤岩，又可以取放生命保障舱段内生命救援物资。尾部水下推进舱，可以选择性安装，当发生透水事故时，可以实现水中驱动，适应透水环境驱动运行。

46、整体分段舱室结构，在同等救援物资携带量情况下，可以缩小整体截面积，同时内置式机械臂，相对与顶置式机械臂，截面积大幅缩小，多段柔性连接，越障和通过性性显著增强，矿难救援机器人越障和通过性较好。瓦斯、塌方、道路堵塞、透水等各种环境的适应性，增强搜救机器人的搜救效率和探测能力。