一种煤矿井下无轨辅助运输机器人的制作方法

[0001]
本发明属于煤矿井下运输领域，具体涉及一种煤矿无轨辅助运输机器人。


背景技术：

[0002]
煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，建设全生产过程智能化、信息化、机器人化的智慧矿井已成为煤炭产业新时期的主要目标。作为井工煤矿生产过程中除煤炭外，其余物料及作业人员的主要运输手段，矿井辅助运输系统是整个煤炭生产体系中的关键环节，其技术水平和作业效率，直接关系到煤矿生产减人增效目标的达成。当前，巷道掘进与辅助运输作为煤矿生产系统中用工多、事故伤亡人数多的两个“双高”领域，已经成为煤矿智能化建设的最大短板。
[0003]
无轨辅助运输系统是目前煤矿辅助运输领域生产效率最高、机械化水平最高的生产方式，利用车辆机动灵活的特点，可点对点地高效完成井下运输作业，经过多年发展已经大型高产煤矿中广泛使用，但现有无轨运输系统主要存在以下四个问题：（1）以柴油机动力为主，系统能耗高、尾气污染严重；（2）以机械和液压传动为主，传动效率低、可靠性差；（3）以司机驾驶和人工调度为主，自动化程度低、信息化水平落后；（4）涉及车型种类繁杂，运输作业碎片化问题严重，难以符合标准化、模块化的智能物流要求。为适应智能化矿井的建设目标，解决智慧矿山建设中存在的辅运短板，必须发展以智能仓储技术、自动驾驶技术、物联网技术、清洁动力技术和机器人技术为依托的煤矿智能辅助运输系统。在煤矿井下深部受限空间内，通过机器视觉、无线通信、惯性导航、人工智能等技术，实现可靠的环境感知、精确的定位导航和快速的路径规划等功能，实现井下物料标准化装载、智能化配送、自动化转运和无人化运输的连续型辅助运输工艺是煤矿辅助运输的重要发展方向和目标 。


技术实现要素：

[0004]
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种煤矿无轨辅助运输机器人，以解决现有技术中煤矿井下无轨辅助运输系统中存在的自动化程度低、信息化水平落后的问题。
[0005]
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种煤矿无轨辅助运输机器人，包括防爆轮式动力底盘、多源探测传感系统、地面远程监控平台、感知融合决策系统和主从分布式防爆线控系统；所述防爆轮式动力底盘用于承载；所述多源探测传感系统用于实现机器人各执行部件的参数和状态监测，以及用于获取机器人行进过程中的环境点云信息、深度图像信息和障碍物信息；所述感知融合决策系统用于根据多源探测传感器系统发送的环境深度图像和点云信息，计算分析得到机器人运行环境的障碍物信息，并规划出可靠的行驶路径；还用于根据机器人各执行部件的参数和状态信息，对环境瓦斯浓度情况和机器人系统运行状态做出判断；以及用于综合汇总处理相关信息后，进行安全评估和融合决策后，向所述主从分布式防
爆线控系统发布动作指令；所述主从分布式防爆线控系统包括整机主控制器和整机从控制器，所述整机主控制器用于根据所述感知融合决策系统下达的决策指令，控制机器人整机供电、加速、降速、转向和牵引系统散热冷却动作，所述整机从控制器用于根据所述感知融合决策系统下达的决策指令，控制实现制动和声光语音控制；整机主控制器和整机从控制器还用于在一方故障的情况下，另一方控制整机停车制动并发送故障信息；所述地面远程监控平台与所述主从分布式防爆线控系统无线通信连接，用于通过所述主从分布式防爆线控系统实现远程操控。
[0006]
进一步地，所述的一种煤矿无轨辅助运输机器人，还包括多型可快速更换上装载具，所述多型可快速更换上装载具具体为散装物料装载箱、井下管道运输平台、配件耗材配送箱、封闭式多用途方舱、矿用集装箱或井下设备维修平台，所述多型可快速更换上装载具通过统一的快装接口设置在所述防爆轮式动力底盘上方。
[0007]
所述防爆轮式动力底盘包括整体式承载机架、轮胎总成、防爆电池总成、隔爆型主电控箱、隔爆型从电控箱、隔爆型传感器箱、防爆电驱牵引装置、独立悬挂减震装置、防爆电控转向装置、集成式防爆散热冷却装置和安全型防爆线控制动装置；所述整体式承载机架采用前后对称的框架型结构，用于安装和承载各个部件；所述防爆电池总成设置在整体式承载机架中部的动力电池仓中，用于为整机运行提供能源；所述隔爆型主电控箱和隔爆型从电控箱分别设置在整体式承载机架前后两端，用于作为隔爆箱体安装电气部件；所述隔爆型传感器箱布置在防爆轮式动力底盘的四角位置，用于设置探测传感器并提供隔爆结构；所述防爆电驱牵引装置共有两组，对称布置在整体式承载机架的前后两端，为防爆轮式动力底盘提供牵引动力；所述独立悬挂减震装置安装在整体式承载机架下方，轮胎总成上方，用于通过空气弹簧减震，实现防爆轮式动力底盘的高度调节；所述防爆电控转向装置共有两组，分别布置在隔爆型主电控箱和隔爆型从电控箱下部，用于为防爆轮式动力底盘转向提供动力；所述集成式防爆散热冷却装置用于为前后两组防爆电驱牵引装置提供冷却水循环和系统散热；所述安全型防爆线控制动装置设置在整体式承载机架后部，并位于隔爆型从电控箱下部，用于通过防爆电液控制，实现机器人的线控制动。
[0008]
进一步地，所述隔爆型传感器箱的横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防爆轮式动力底盘上，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。
[0009]
进一步地，所述多源探测传感系统，包括激光雷达、深度相机群、激光测距探头群、防爆毫米波雷达群、本安型甲烷传感器和多型本安型传感元件；
所述激光雷达有两个，分别布置所述隔爆型主电控箱和隔爆型从电控箱内，其激光点阵可透过位于隔爆型主电控箱和隔爆型从电控箱上表面的环形隔爆玻璃面进行探测工作，用于在机器人行进过程中，获取环境点云图像；所述深度相机群包括十个深度相机，其中八个深度相机分别两两设置在一个隔爆型传感器箱中，另外两个深度相机分别设置隔爆型主电控箱和隔爆型从电控箱中，并分别位于整体式承载机架的前端和后端中心位置，用于获取环境的深度图像信息；所述激光测距探头群包括八个激光测距探头，分别两两布置在位于四角的一个隔爆型传感器箱中，用于通过测距激光束采集障碍物距离信息；防爆毫米波雷达群包括四个防爆毫米波雷达，分别布置在防爆轮式动力底盘前、后、左、右的中心线上，用于通过发射的毫米波雷达实时探测障碍物信息和井下移动物体接近情况；所述本安型甲烷传感器布置在防爆轮式动力底盘后部，用于实时探测机器人运行环境内的瓦斯浓度信息；所述多型本安型传感元件包括本安型压力传感器、本安型液位传感器、本安型温度传感器和本安型转速传感器，分别用于实现液压系统压力监测、液压油箱、散热水箱液位监测、制动器温度监测和车速检测。
[0010]
进一步地，所述感知融合决策系统包括融合决策单元、高性能图形处理器、数据交换机和本安型保护主机；所述数据交换机和高性能图形处理器布置在隔爆型主电控箱中，深度相机和激光雷达将采集的环境深度图像和点云信息通过高速以太网lan总线发送给数据交换机，经数据交换机传输给高性能图形处理器进行计算分析，以判断机器人运行环境的障碍物信息、规划出可靠的行驶路径，并将计算结果发送至所述融合决策单元；所述的本安型保护主机用于给所述本安型甲烷传感器和多型本安型传感元件提供本安电源和本安非安转发功能，还用于实时处理各型本安型传感器所采集的数据，对环境瓦斯浓度情况和机器人系统运行状态做出判断，并将计算结果发送至所述融合决策单元；所述融合决策单元布置在隔爆型主电控箱中，用于通过can总线接收高性能图形处理器和本安型保护主机发送计算结果并进行综合汇总处理，还用于通过can总线接收根据防爆毫米波雷达群和激光测距探头群发送的实时物障距离信息，并根据接收的信息进行安全评估和融合决策后向主从分布式防爆线控系统发布动作指令。
[0011]
进一步地，所述主从分布式防爆线控系统还包括牵引电机控制器、转向电机控制器、油泵电机控制器、水泵电机控制器、风扇电机控制器、电池管理系统、驻车制动防爆电磁阀和行车制动防爆电液比例阀；所述整机主控制器设置在隔爆型主电控箱中，用于根据感知融合决策系统下达的决策指令，分别控制电池管理系统、牵引电机控制器、转向电机控制器、风扇电机控制器和水泵电机控制器的工作；所述整机从控制器设置在隔爆型从电控箱中，用于根据感知融合决策系统下达的决策指令，分别控制油泵电机控制器、驻车制动防爆电池阀、行车制动防爆电池阀和隔爆型灯光信号灯的工作，从而实现制动和声光语音控制；所述集成式防爆散热冷却装置包括隔爆型风扇电机、隔爆型水泵电机和散热水箱；所
述安全型防爆线控制动装置包括隔爆型油泵电机和湿式轮边制动器；所述电池管理系统布置在隔爆型动力电池装置中，用于实现高低压配电以及电池状态监测任务；所述牵引电机控制器有两个，分别布置在隔爆型主电控箱和隔爆型从电控箱中，用于根据整机主控制器的指令，分别控制前后两个防爆电驱牵引装置执行动作；所述转向电机控制器有两个，分别布置在隔爆型主电控箱和隔爆型从电控箱中，用于根据整机主控制器的指令，分别控制前后两个防爆电控转向装置执行动作；所述油泵电机控制器布置在隔爆型从电控箱中，用于根据整机从控制器的指令，控制油泵电机启停；所述风扇电机控制器布置在隔爆型主电控箱中，用于根据整机主控制器的指令，控制集成式防爆散热冷却装置中的隔爆型风扇电机启停；所述水泵电机控制器用于根据整机主控制器的指令，控制集成式防爆散热冷却装置中的隔爆型水泵电机启停；所述驻车制动防爆电磁阀和行车制动防爆电液比例阀用于根据整机从控制器的指令，控制四个湿式轮边制动器实现机器人的驻车制动和行车制动。
[0012]
进一步地，所述集成式防爆散热冷却装置包括紧凑型矿用散热器、隔爆型风扇电机、散热器分流阀组、隔爆型水泵电机和散热水箱；所述紧凑型矿用散热器中设置有全铜质散热片、散热风扇和冷却水道，隔爆型风扇电机用于带动散热风扇转动，将经过冷却水道的循环冷却液的热量带走；所述隔爆型水泵电机用于带动散热水箱中的冷却液实现循环，冷却液从散热水箱流出后，在散热器分流阀组的作用下分为两路，先分别通过隔爆主电控箱和隔爆从电控箱底部的控制箱冷却水口进入隔爆箱冷却水板中的冷却水道给各个电机控制器进行散热，然后进入防爆电驱牵引装置完成电机冷却散热后再回到紧凑型矿用散热器中；所述散热水箱中安装有本安型液位传感器，所述散热器分流阀组中安装有本安型温度传感器和本安型压力传感器，用于将水箱液位、冷却水温度和系统压力参数实时传输给本安型保护主机；所述安全型防爆线控制动装置包括隔爆型油泵电机、液压泵、集成式防爆液压油站、高压过滤器、蓄能器和湿式轮边制动器；所述隔爆型油泵电机用于带动液压泵进行工作；所述蓄能器内安装有用于实时监控蓄能器的压力的本安型压力传感器，隔爆型油泵电机用于在蓄能器内压力值低于设定值时工作，带动液压泵给蓄能器充液，在压力到达压力上限时停止停止工作，实现系统自动启停控制；所述集成式防爆液压油站具备储存油液、安全控制、油量分配、压力检测、传感器安装、手解制动等功能，并集成了驻车制动防爆电磁阀和行车制动防爆电液比例阀；所述湿式轮边制动器安装在轮胎总成中，用于在驻车制动防爆电磁阀和行车制动防爆电液比例阀的控制下，利用蓄能器提供的压力能量，实现驻车制动和行车制动功能；湿式轮边制动器上安装有本安型温度传感器，用于将制动器温度参数实时传输给本安型保护主机，以便进行湿式轮边制动器状态监测。
[0013]
进一步地，每组所述防爆电驱牵引装置包括隔爆型高比功率水冷电机、减速差速
器和位于机器人两侧的传动半轴；所述隔爆型高比功率水冷电机产生的动力通过减速差速器进行降速增扭后，通过传动半轴传递给所述湿式轮边制动器，再由湿式轮边制动器带动轮胎转动，实现所述防爆轮式动力底盘的行走；所述减速差速器具备机械差速功能；所述冷却液通过隔爆型高比功率水冷电机外壳上的电机冷却水口进入防爆电驱牵引装置，对其进行冷却；每组所述防爆电控转向装置包括隔爆型电控转向器、转向曲柄和转向拉杆；所述的隔爆型电控转向器包括转向电机和减速机构，减速机构的输出轴通过花键和转向曲柄连接，用于将转向电机产生的转向力传递给转向曲柄，转向曲柄左右摆动通过转向拉杆带动所述防爆轮式动力底盘两侧的轮胎同时发生偏转，完成防爆轮式动力底盘转向动作；两组防爆电控转向装置同时动作时用于实现四轮转向。
[0014]
进一步地，所述防爆动力电池包括两组隔爆型动力电池装置，所述整体式承载机架上设置有两个动力电池仓，动力电池仓上设置有坡型导向块和楔形导向槽，所述隔爆型动力电池装置的隔爆箱体四角设置有与所述楔形导向槽配合的楔形导向块；所述坡型导向块用于形成喇叭口，用于对隔爆型动力电池装置进行导向，使得箱体上的楔形导向块顺利插入动力电池仓中的楔形导向槽中进行准确定位，同时使得设置在隔爆型动力电池装置底部的快插接口和动力电池仓中的快插接口实现对接。
[0015]
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种煤矿无轨辅助运输机器人，包括防爆轮式动力底盘、多源探测传感系统、地面远程监控平台、感知融合决策系统和主从分布式防爆线控系统；该机器人通过防爆轮式动力底盘承载；利用多源探测传感系统用于实现机器人各执行部件的参数和状态监测，以及用于获取机器人行进过程中的环境点云信息、深度图像信息和障碍物信息；利用感知融合决策系统接收多源探测传感器系统发送的环境深度图像和点云信息，计算分析得到机器人运行环境的障碍物信息，并规划处可靠的行驶路径；并利用感知融合决策系统根据机器人个执行部件的参数和状态信息，对环境瓦斯浓度情况和机器人系统运行状态做出判断，以及综合汇总处理相关信息后，进行安全评估和融合决策后，向主从分布式防爆线控系统发布动作指令；主从分布式防爆线控系统包括整机主控制器和整机从控制器，通过整机主控制器根据所述感知融合决策系统下达的决策指令，控制机器人整机供电、加速、降速、转向和牵引系统散热冷却动作，通过整机从控制器根据所述感知融合决策系统下达的决策指令，控制实现制动和声光语音控制；整机主控制器和整机从控制器还用于在一方故障的情况下，另一方控制整机停车制动并发送故障信息；通过地面远程监控平台实现远程操控。可大幅减少井下辅运作业人员数量、降低事故发生率，解决当前智慧煤矿建设中存在的辅运短板，对提高辅助运输效率、减轻作业人员劳动强度，实现煤矿井下物料运输的标准化、智能化和无人化具有重要意义。
附图说明
[0016]
图1为本发明实施例提供的一种煤矿无轨辅助运输机器人的结构示意图；图2为本发明实施例中煤矿无轨辅助运输机器人配备多种上装载具外形图；图3为本发明实施例中的防爆轮式动力底盘的结构示意图；图4为本发明实施例中多源探测传感系统中传感器的布置图；图5为本发明实施例中隔爆型传感器箱的结构示意图；其中a为其剖面示意图，b为其立
体示意图；图6为本发明实施例中多源探测传感系统的工作原理图，其中，a为激光雷达的探测范围，b为深度相机的视野范围；图7为本发明实施例中感知融合决策系统的结构框图；图8为本发明实施例中主从分布式防爆线控系统的结构框图；图9为本发明实施例中感知融合决策系统和主从分布式防爆线控系统的布置图；图10为本发明实施例中防爆动力电池的安装示意图；图11为本发明实施例中防爆轮式动力底盘结构透视图；图12为本发明实施例中隔爆型主/从电控箱外形结构图。
[0017]
图中：1为防爆轮式动力底盘，2为多源探测传感系统，3为多型可快速更换上装载具，4为感知融合决策系统，5为主从分布式防爆线控系统，6为散装物料装载箱，7为井下管道运输平台，8为配件耗材配送箱，9为封闭式多用途方舱，10为矿用集装箱，11为井下设备维修平台，12为整体式承载机架，13为轮胎总成，14为防爆电池总成，15为隔爆型主电控箱，16为隔爆型从电控箱，17为隔爆型传感器箱，18为防爆电驱牵引装置，19为独立悬挂减震装置，20为防爆电控转向装置，21为集成式防爆散热冷却装置，22为安全型防爆线控制动装置，23为防爆玻璃，24为深度相机，25为激光测距探头，26为防爆玻璃安装座，27为照明补光灯，28为深度相机调整底座（可沿中心旋转），29为激光雷达，30为防爆毫米波雷达，31为本安型甲烷传感器，32为本安型液位传感器，33为本安型转速传感器，34为本安型温度传感器，35为本安型压力传感器，36为融合决策单元，37为高性能图形处理器，38为数据交换机，39为本安型保护主机，40为整机主控制器，41为整机从控制器，42为转向电机控制器，43为牵引电机控制器，44为水泵电机控制器，45为油泵电机控制器，46为驻车制动防爆电磁阀46、47为行车制动防爆电液比例阀，48为风扇电机控制器，49为电池管理系统，50为隔爆型动力电池装置，51为起吊装置，52为楔形导向块，53为快插接口，54为隔爆型充电插头，55为电池隔爆箱体，56为坡型导向块，57为楔形导向槽，58为动力电池仓，59为悬挂系统安装座，60为紧凑型矿用散热器，61为隔爆型风扇电机，62为散热器分流阀组，63为隔爆型水泵电机，64为散热水箱，65为隔爆型油泵电机，66为液压泵66，67为集成式防爆液压油站，68为高压过滤器，69为蓄能器，70为湿式轮边制动器，71为隔爆型高比功率水冷电机，72为减速差速器，73为传动半轴，74为隔爆型电控转向器74，75为转向曲柄，76为转向拉杆，77为激光雷达隔爆装置，78为环形隔爆玻璃面，79为控制器隔爆箱体，80为控制箱冷却水口，81为冷却水板，82为隔爆型照明信号灯，83为边缘计算单元，84为隔爆箱盖，85为连接螺栓，86为出线喇叭嘴。
具体实施方式
[0018]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]
如图1~12所示，本发明实施例提供了一种煤矿无轨辅助运输机器人，包括防爆轮式动力底盘1、多源探测传感系统2、地面远程监控平台、感知融合决策系统4和主从分布式
防爆线控系统5；所述防爆轮式动力底盘1用于承载；所述多源探测传感系统2用于实现机器人各执行部件的参数和状态监测，以及用于获取机器人行进过程中的环境点云信息、深度图像信息和障碍物信息；所述感知融合决策系统4用于根据多源探测传感器系统发送的环境深度图像和点云信息，计算分析得到机器人运行环境的障碍物信息，并规划处可靠的行驶路径；还用于根据机器人个执行部件的参数和状态信息，对环境瓦斯浓度情况和机器人系统运行状态做出判断；以及用于综合汇总处理相关信息后，进行安全评估和融合决策后，向所述主从分布式防爆线控系统5发布动作指令；所述主从分布式防爆线控系统5包括整机主控制器40和整机从控制器41，所述整机主控制器40用于根据所述感知融合决策系统4下达的决策指令，控制机器人整机供电、加速、降速、转向和牵引系统散热冷却动作，所述整机从控制器41用于根据所述感知融合决策系统4下达的决策指令，控制实现制动和声光语音控制；整机主控制器40和整机从控制器41还用于在一方故障的情况下，另一方控制整机停车制动并发送故障信息；所述地面远程监控平台与所述主从分布式防爆线控系统5无线通信连接，用于通过所述主从分布式防爆线控系统5实现机器人的远程操控。
[0020]
具体地，如图1~2所示，本实施例提供的一种煤矿无轨辅助运输机器人，还包括多型可快速更换上装载具3。如图2所示，所述多型可快速更换上装载具3具体为散装物料装载箱、井下管道运输平台、配件耗材配送箱、封闭式多用途方舱、矿用集装箱或井下设备维修平台，所述多型可快速更换上装载具3通过统一的快装接口设置在所述防爆轮式动力底盘1上方。
[0021]
本实施例中，防爆轮式动力底盘1是机器人的行走装置，由防爆动力电池提供动力，作为通用型的底盘平台可根据不同运输作业任务，快速更换相应的上装载具，实现煤矿井下物料运输的模块化和标准化。工作人员在井上即可通过所述的地面远程监控平台实时掌握机器人在井下的准确位置和运行情况，并可实现远程接管控制。各上装载具具备统一的安装接口，可快速实现和防爆轮式动力底盘的安装连接，载具的大小容积等可根据用户要求进行定制，具备模块化和系列化的特点。机器人通过快速换装上述载具，可实现井下水泥沙子等散装物料、各尺寸规格的管道管路、掘进面综采面的配件耗材、井下人员的餐食和饮用水等的标准化装载、智能化配送和无人化运输，还可进入井下危险区域执行紧急救援和物资运输等任务。
[0022]
如图3所示，所述防爆轮式动力底盘1包括整体式承载机架12、轮胎总成13、防爆电池总成14、隔爆型主电控箱15、隔爆型从电控箱16、隔爆型传感器箱17、防爆电驱牵引装置18、独立悬挂减震装置19、防爆电控转向装置20、集成式防爆散热冷却装置21和安全型防爆线控制动装置22；所述整体式承载机架12采用前后对称的框架型结构，用于安装和承载各个部件；所述防爆电池总成14设置在整体式承载机架12中部的动力电池仓中，用于为整机运行提供能源；所述隔爆型主电控箱15和隔爆型从电控箱16分别设置在整体式承载机架12前后两端，用于作为隔爆箱体安装电气部件；所述隔爆型传感器箱17共有4个，布置在防爆轮式动力底盘1的四角位置，用于设置探测传感器并提供隔爆结构。
[0023]
本实施例中，整体式承载机架12采用前后对称的框架型结构，负责机器人各部件的安装和承载，对称型的结构使得机器人具有更好的结构稳定性；所述的防爆动力电池总成布置在机架中部的动力电池舱中，为整机运行提供能源；所述的隔爆型照明信号灯82布置在底盘前后两端，可实现井下照明和转向、制动信号灯等功能。
[0024]
所述防爆电驱牵引装置18共有两组，对称布置在整体式承载机架12的前后两端，为防爆轮式动力底盘1提供牵引动力。所述独立悬挂减震装置19安装在整体式承载机架12下方，轮胎总成13上方，用于通过空气弹簧减震，实现防爆轮式动力底盘1的高度调节；所述防爆电控转向装置20共有两组，分别布置在隔爆型主电控箱15和隔爆型从电控箱16下部，用于为防爆轮式动力底盘1转向提供动力；所述集成式防爆散热冷却装置21用于为前后两组防爆电驱牵引装置18提供冷却水循环和系统散热；所述安全型防爆线控制动装置22设置在整体式承载机架12后部，并位于隔爆型从电控箱16下部，用于通过防爆电液控制，实现机器人的线控制动。隔爆型主电控箱15和隔爆型从电控箱16对称布置在机架前后两端，作为电气部件的安装模块和隔爆箱体。
[0025]
进一步地，如图4所示，所述多源探测传感系统2，包括激光雷达29、深度相机群、激光测距探头群、防爆毫米波雷达群、本安型甲烷传感器31和多型本安型传感元件；所述激光雷达29有两个，分别布置所述隔爆型主电控箱15和隔爆型从电控箱16内，其激光点阵可透过位于隔爆型主电控箱15和隔爆型从电控箱16上表面的环形隔爆玻璃面78进行探测工作（参见图12），用于在机器人行进过程中，获取环境点云图像；所述深度相机24群包括十个深度相机24，其中八个深度相机24分别两两设置在一个隔爆型传感器箱17中，另外两个深度相机24分别设置隔爆型主电控箱15和隔爆型从电控箱16中，并分别位于整体式承载机架12的前端和后端中心位置，用于获取环境的深度图像信息；所述激光测距探头25群包括八个激光测距探头25，分别两两布置在位于四角的一个隔爆型传感器箱17中，用于通过测距激光束采集障碍物距离信息；防爆毫米波雷达30群包括四个防爆毫米波雷达30，分别布置在防爆轮式动力底盘1前、后、左、右的中心线上，用于通过发射的毫米波雷达实时探测障碍物信息和井下移动物体接近情况；所述本安型甲烷传感器31布置在防爆轮式动力底盘1后部，用于实时探测机器人运行环境内的瓦斯浓度信息；所述多型本安型传感元件包括本安型压力传感器35、本安型液位传感器32、本安型温度传感器34和本安型转速传感器33，分别用于实现液压系统压力监测、液压油箱、散热水箱64液位监测、制动器温度监测和车速检测。
[0026]
进一步地，如图5所示，所述隔爆型传感器箱17的横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17固定在防爆轮式动力底盘1上，其余四条边所对应的侧面均设置有防爆玻璃23，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23用于设置深度相机24，远离第一条边的两条第三条边对应的侧面互相垂直，且两条第三条边中一条与机器人行走方向垂直，一条与机器人行走方向平行。第三条边上设置的防爆玻璃23用于设置激光测距探头25。此外，隔爆型传感器箱17内还设置有防爆玻璃安装座26、照明补光灯27和深度相机调整底座，防爆玻璃安装座26用于设置防爆玻璃，照明补光灯27用于为深度相机24提供照明补光，深度相机调整底座28用于安装深度相机，该底座可沿中心旋转，以调整深度相机的拍摄角度。此外，隔爆型传感器箱17上与所述第一条边对应的侧面内部设置有边缘计算单元，用于处理箱中设备所采集信息后再发给高性能图形处理器，外部设置有出线喇叭嘴86，用于将箱中信号隔爆输出。隔爆型传感器箱17上方通过隔爆箱盖84封闭，隔爆箱盖84通过连接螺栓85与箱体固定连接。
[0027]
本实施例中，隔爆型传感器箱17布置在底盘的四角位置，采用模块化设计为多种探测传感器提供安装位置和隔爆结构，利用特殊多边形的外形结构保证其内部传感器的视野范围的环车身覆盖，避免出现探测盲区，保证机器人作业安全；防爆电驱牵引装置共有两
组，对称布置在底盘前后两侧，为整机提供牵引动力；防爆电控转向装置共有两组，分别布置在隔爆型主电控箱和隔爆型从电控箱下部，为底盘转向提供动力、实现底盘高精度的线控转向功能；集成式防爆散热冷却装置布置在底盘前端、隔爆型主电控箱下部，为前后两组防爆电驱牵引装置提供冷却水循环和系统散热功能；安全型防爆线控制动装置布置在底盘后部、隔爆型从电控箱下部，采用防爆电液控制技术，实现机器人线控制动功能。
[0028]
如图6中a所示，激光雷达对称布置在防爆轮式动力底盘的前后两端，分别安装在隔爆型主电控箱和隔爆型从电控箱中，其激光点阵可透过激光雷达隔爆装置上环形隔爆玻璃面78进行探测工作，具有探测范围宽、可靠性高的特点，可在机器人行进过程中，获取环境点云图像；如图6中b所示，分别布置在位于底盘四角的隔爆型传感器箱、隔爆型主电控箱和隔爆型从电控箱中的十个深度相机形成探测相机群，本实施例中，通过采用合理的布置角度实现探测视野的环车身覆盖，可实时获取环境的深度图像信息；分别布置在位于底盘四角的隔爆型传感器箱中的8个激光测距探头组成激光测距探头群，其通过测距激光束采集障碍物距离信息，具有探测距离远、响应速度快的特点；由分别布置在底盘前、后、左、右四处4个防爆毫米波雷达组成的防爆毫米波雷达群，通过发射的毫米波雷达实时探测障碍物信息和井下移动物体接近情况。此外，本安型甲烷传感器布置在底盘后部，可实时探测机器人运行环境内的瓦斯浓度信息；多型本安型传感元件包括本安型压力传感器、本安型液位传感器、本安型温度传感器和本安型转速传感器，上述各传感器布置在机器人各执行部件需要进行参数和状态监测的部位，实现液压系统压力监测、液压油箱、散热水箱液位监测、制动器温度监测和车速检测等功能。
[0029]
进一步地，如图7所示，本实施例中，所述感知融合决策系统4包括融合决策单元36、高性能图形处理器37、数据交换机38和本安型保护主机39；所述数据交换机38和高性能图形处理器37布置在隔爆型主电控箱15中，深度相机24和激光雷达29将采集的环境深度图像和点云信息通过高速以太网lan总线发送给数据交换机38，经数据交换机38传输给高性能图形处理器37进行计算分析，以判断机器人运行环境的障碍物信息、规划出可靠的行驶路径，并将计算结果发送至所述融合决策单元36。
[0030]
所述的本安型保护主机39用于给所述本安型甲烷传感器31和多型本安型传感元件提供本安电源和本安非安转发功能，还用于实时处理各型本安型传感器所采集的数据，对环境瓦斯浓度情况和机器人系统运行状态做出判断，并将计算结果发送至所述融合决策单元36。
[0031]
所述融合决策单元36布置在隔爆型主电控箱15中，用于通过can总线接收高性能图形处理器37和本安型保护主机39发送计算结果并进行综合汇总处理，还用于通过can总线接收根据防爆毫米波雷达30群和激光测距探头25群发送的实时物障距离信息，并根据接收的信息进行安全评估和融合决策后向主从分布式防爆线控系统5发布动作指令。
[0032]
进一步地，如图8所示，本实施例中，所述主从分布式防爆线控系统5整机主控制器40和整机从控制器41，还包括牵引电机控制器43、转向电机控制器42、油泵电机控制器45、风扇电机控制器48、电池管理系统49、驻车制动防爆电磁阀46和行车制动防爆电液比例阀47。
[0033]
如图8和图9所示，所述整机主控制器40设置在隔爆型主电控箱15中，用于根据感知融合决策系统4下达的决策指令，分别控制电池管理系统49、牵引电机控制器43、转向电
机控制器42、风扇电机控制器48和水泵电机控制器44的工作。
[0034]
如图8和图9所示，所述整机从控制器41设置在隔爆型从电控箱16中，用于根据感知融合决策系统4下达的决策指令，分别控制油泵电机控制器45、驻车制动防爆电池阀、行车制动防爆电池阀和隔爆型灯光信号灯的工作，从而实现制动和声光语音控制。
[0035]
如图8和图9所示，所述电池管理系统49布置在隔爆型动力电池装置50中，用于实现高低压配电以及电池状态监测任务；所述牵引电机控制器43有两个，分别布置在隔爆型主电控箱15和隔爆型从电控箱16中，用于根据整机主控制器40的指令，分别控制前后两个防爆电驱牵引装置18执行动作。
[0036]
如图8和图9所示，所述转向电机控制器42有两个，分别布置在隔爆型主电控箱15和隔爆型从电控箱16中，用于根据整机主控制器40的指令，分别控制前后两个防爆电控转向装置20执行动作。所述油泵电机控制器45布置在隔爆型从电控箱16中，用于根据整机从控制器41的指令，控制油泵电机启停；所述风扇电机控制器48布置在隔爆型主电控箱15中，用于根据整机主控制器40的指令，控制集成式防爆散热冷却装置21中的隔爆型风扇电机61启停；所述水泵电机控制器44用于根据整机主控制器40的指令，控制集成式防爆散热冷却装置21中的隔爆型水泵电机63启停。所述驻车制动防爆电磁阀46和行车制动防爆电液比例阀47用于根据整机从控制器41的指令，控制四个湿式轮边制动器70实现机器人的驻车制动和行车制动。
[0037]
进一步地，如图10所示，本实施例中，所述防爆动力电池包括两组隔爆型动力电池装置，所述整体式承载机架上设置有两个动力电池仓58，动力电池仓58上设置有坡型导向块56和楔形导向槽57，隔爆型动力电池装置50底部的隔爆充电插头54底部设置有快插接头53，所述隔爆型动力电池装置50的电池隔爆箱体55四角设置有与所述楔形导向槽57配合的楔形导向块52；所述坡型导向块56用于形成喇叭口，用于对隔爆型动力电池装置进行导向，使得箱体上的楔形导向块52顺利插入动力电池仓58中的楔形导向槽57中进行准确定位，同时使得设置在隔爆型动力电池装置底部的快插接口53和动力电池仓58中的快插接口53实现对接。起吊装置52用于连接起吊机构对电池进行吊装。
[0038]
进一步地，如图11和图12所示，本实施例中，所述集成式防爆散热冷却装置21包括隔爆型风扇电机61、隔爆型水泵电机63和散热水箱64；所述集成式防爆散热冷却装置21包括紧凑型矿用散热器60、隔爆型风扇电机61、散热器分流阀组62、隔爆型水泵电机63和散热水箱64。如图12所示，本实施例中，隔爆主电控箱和隔爆从电控箱的均包括一个控制器隔爆箱体79，箱体底部设置有控制箱冷却水口80和冷却水板81，顶部设置有激光雷达隔爆装置77，激光雷达隔爆装置77上设置有环形隔爆玻璃面78，用于使激光雷达的激光点阵透过。
[0039]
具体地，所述紧凑型矿用散热器60中设置有全铜质散热片、散热风扇和冷却水道，隔爆型风扇电机61用于带动散热风扇转动，将经过冷却水道的循环冷却液的热量带走；所述隔爆型水泵电机63用于带动散热水箱64中的冷却液实现循环，冷却液从散热水箱64流出后，在散热器分流阀组62的作用下分为两路，先分别通过隔爆主电控箱和隔爆从电控箱底部的控制箱冷却水口80进入隔爆箱冷却水板81中的冷却水道给各个电机控制器进行散热，然后进入防爆电驱牵引装置18完成电机冷却散热后再回到紧凑型矿用散热器60中；所述散热水箱64中安装有本安型液位传感器32，所述散热器分流阀组62中安装有本安型温度传感器34和本安型压力传感器35，用于将水箱液位、冷却水温度和系统压力参数实时传输给本
安型保护主机39。
[0040]
进一步地，如图11和图12所示，本实施例中，所述安全型防爆线控制动装置22包括隔爆型油泵电机65、液压泵66、集成式防爆液压油站67、高压过滤器68、蓄能器69和4个湿式轮边制动器70；所述隔爆型油泵电机65用于带动液压泵66进行工作；所述蓄能器69内安装有用于实时监控蓄能器69的压力的本安型压力传感器35，隔爆型油泵电机65用于在蓄能器69内压力值低于设定值时工作，带动液压泵66给蓄能器69充液，在压力到达压力上限时停止停止工作，实现系统自动启停控制；所述集成式防爆液压油站67具备储存油液、安全控制、油量分配、压力检测、传感器安装、手解制动等功能，并集成了驻车制动防爆电磁阀46和行车制动防爆电液比例阀47；所述湿式轮边制动器70安装在轮胎总成13中，用于在驻车制动防爆电磁阀46和行车制动防爆电液比例阀47的控制下，利用蓄能器69提供的压力能量，实现驻车制动和行车制动功能；湿式轮边制动器70上安装有本安型温度传感器34，用于将制动器温度参数实时传输给本安型保护主机39，以便进行湿式轮边制动器70。
[0041]
进一步地，如图11所示，每组所述防爆电驱牵引装置18包括隔爆型高比功率水冷电机71和减速差速器72和位于机器人两侧的传动半轴73；所述隔爆型高比功率水冷电机71产生的动力通过减速差速器72进行降速增扭后，通过传动半轴73传递给所述湿式轮边制动器70，再由湿式轮边制动器70带动轮胎转动，实现所述防爆轮式动力底盘1的行走；所述减速差速器72具备机械差速功能；所述冷却液通过隔爆型高比功率水冷电机71外壳上的电机冷却水口进入防爆电驱牵引装置18，对其进行冷却；进一步地，如图11所示，每组所述防爆电控转向装置20包括隔爆型电控转向器74、转向曲柄75和转向拉杆76；所述的隔爆型电控转向器74包括转向电机和减速机构，减速机构的输出轴通过花键和转向曲柄75连接，用于将转向电机产生的转向力传递给转向曲柄75，转向曲柄75左右摆动通过转向拉杆76带动所述防爆轮式动力底盘1两侧的轮胎同时发生偏转，完成防爆轮式动力底盘1转向动作；两组防爆电控转向装置20同时动作时用于实现四轮转向。
[0042]
综上所示，本发明提供了一种煤矿无轨辅助运输机器人，包括防爆轮式动力底盘、多源探测传感系统、地面远程监控平台、感知融合决策系统和主从分布式防爆线控系统；该奇机器人通过防爆轮式动力底盘承载；利用多源探测传感系统用于实现机器人各执行部件的参数和状态监测，以及用于获取机器人行进过程中的环境点云信息、深度图像信息和障碍物信息；利用感知融合决策系统接收多源探测传感器系统发送的环境深度图像和点云信息，计算分析得到机器人运行环境的障碍物信息，并规划处可靠的行驶路径；并利用感知融合决策系统根据机器人个执行部件的参数和状态信息，对环境瓦斯浓度情况和机器人系统运行状态做出判断；以及用于综合汇总处理相关信息后，进行安全评估和融合决策后，向主从分布式防爆线控系统发布动作指令；主从分布式防爆线控系统包括整机主控制器和整机从控制器，通过整机主控制器根据所述感知融合决策系统下达的决策指令，控制机器人整机供电、加速、降速、转向和牵引系统散热冷却动作，通过整机从控制器根据所述感知融合决策系统下达的决策指令，控制实现制动和声光语音控制；整机主控制器和整机从控制器还用于在一方故障的情况下，另一方控制整机停车制动并发送故障信息；通过地面远程监控平台实现远程操控。可大幅减少井下辅运作业人员数量、降低事故发生率，解决当前智慧煤矿建设中存在的辅运短板，对提高辅助运输效率、减轻作业人员劳动强度，实现煤矿井下
物料运输的标准化、智能化和无人化具有重要意义。
[0043]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。