1.矿山灾害预警、侦查和救援机器人集群系统,其特征在于,包括井下超前探测机器人、井下侦查机器人、地表侦查探测机器人、空中探测机器人、井下救援机器人、地面控制站、远程指挥站,井下超前探测机器人、井下侦查机器人、地表侦查探测机器人、空中探测机器人、井下救援机器人均与地面控制站无线通讯连接,地面控制站与远程指挥站无线通讯连接。
2.如权利要求1所述的矿山灾害预警、侦查和救援机器人集群系统,其特征在于,所述井下超前探测机器人包括第一移动平台、第一通讯组件、探测机械臂组件、多点旋转式探测组件、矩阵式超前探测模组,井下超前探测机器人通过第一通讯组件与地面控制站无线通讯,第一移动平台为履带式移动平台,内部设置有驱动控制组件,第一移动平台上部设置第一通讯组件,且驱动控制组件连接第一通讯组件、探测机械臂组件,探测机械臂组件的下端面设置在第一移动平台的上端前侧,探测机械臂组件的上端安装固定有多点旋转式探测组件,多点旋转式探测组件上设置有矩阵式超前探测模组。
3.如权利要求2所述的矿山灾害预警、侦查和救援机器人集群系统,其特征在于,所述多点旋转式探测组件为多自由度的云台,能带动矩阵式超前探测模组实现空间方位和角度变换,多点旋转式探测组件包括探测本体、旋转驱动电机、防护壳体,探测本体为圆柱体结构,探测本体前端设置矩阵式超前探测模组,探测本体的后端与旋转驱动电机的输出轴连接,旋转驱动电机设置在防护壳体的内部,旋转驱动电机输出轴的轴心与防护壳体的轴心平行,防护壳体设置在探测机械臂组件上端。
4.如权利要求2或3所述的矿山灾害预警、侦查和救援机器人集群系统,其特征在于,所述矩阵式超前探测模组包括数据采集处理和解析模块、超前探测模块,超前探测模块设有多组,每组超前探测模块包括发射模组和接收模组,发射模组的内部包含发射调理电路,发射调理电路与数据采集处理和解析模块连接,用以发射模组的信号调制发射,接收模组的内部包含接收调理电路,接收调理电路与数据采集处理和解析模块连接,用以信号的解调接收、分析和处理。
5.如权利要求4所述的矿山灾害预警、侦查和救援机器人集群系统,其特征在于,所述多组超前探测模块中的一部分设置于多点旋转式探测组件中探测本体的最前端端面上,另一部分设置于多点旋转式探测组件中探测本体的外侧圆周上,多组超前探测模块发出的波频率不同。
6.如权利要求1所述的矿山灾害预警、侦查和救援机器人集群系统,其特征在于,所述井下侦查机器人包括第二移动平台、侦查传感器组、第二通讯组件,地表侦查探测机器人包括第三移动平台、地表探测传感组件、第三通讯组件,空中探测机器人包括第一空中平台、第四通讯组件、空探传感组件,井下救援机器人包括第四移动平台、第五通讯组件、救援机械臂模块,第二移动平台、第三移动平台、第四移动平台均为履带式、轮式或轮履复合式移动平台,第一空中平台为多轴飞行器;侦查传感器组、第二通讯组件设置于第二移动平台上,地表探测传感组件、第三通讯组件设置于第三移动平台上,第四通讯组件、空探传感组件设置于第一空中平台上,第五通讯组件、救援机械臂模块设置于第四移动平台上,井下侦查机器人、地表侦查探测机器人、空中探测机器人、井下救援机器人分别通过第二通讯组件、第三通讯组件、第四通讯组件和第五通讯组件与地面控制站无线连接。
7.如权利要求1所述的矿山灾害预警、侦查和救援机器人集群系统,其特征在于,所述地面控制站包括第六通讯组件、显示和控制组件、数据分析和决策模块,第六通讯组件连接数据分析和决策模块模块,显示和控制组件与数据分析和决策模块连接,第六通讯组件与井下超前探测机器人中的第一通讯组件、井下侦查机器人中的第二通讯组件、地表侦查探测机器人中的第三通讯组件、空中探测机器人中的第四通讯组件和井下救援机器人中的第五通讯组件无线通讯连接。
8.如权利要求1所述的矿山灾害预警、侦查和救援机器人集群系统,其特征在于,所述远程指挥站包括第七通讯组件、显示组件和控制器,第七通讯组件与地面控制站中的第六通讯组件通讯连接,第七通讯组件、显示组件均与控制器连接,第七通讯组件通过网络中继通讯系统与地面控制站中的第六通讯组件通讯。
9.一种矿山灾害预警、侦查和救援机器人集群系统的作业方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)当矿山常规作业时,井下超前探测机器人对矿井掘进面前端的灾害参数进行采集、分析,将探测的参数等信息通过第一通讯组件发送至地面控制站中的第六通讯组件上;井下侦查机器人通过侦查传感器组进行对井下环境参数探测侦查,对井下环境参数和作业设备状态进行侦查探测,并将采集的参数通过第二通讯组件发送至地面控制站中的第六通讯组件上,地表侦查探测机器人通过地表探测传感组件对矿山的地表状况进行探测,并将探测的参数信息通过第三通讯组件发送至地面控制站中的第六通讯组件上;空中探测机器人通过空探传感组件从空中对矿山参数进行采集探测,并将探测的参数信息通过第四通讯组件发送至地面控制站中的第六通讯组件上;数据分析和决策模块将第六通讯组件接收的信息处理后显示至显示和控制组件上;
(2)当出现矿山灾害征兆时,井下超前探测机器人对矿井灾害参数进行快速采集,采集和分析步骤如步骤(1);在此过程中,井下侦查机器人、地表侦查探测机器人和空中探测机器人立体协同探测,将探测的数据无线发送至地面控制站中的第六通讯组件并通过数据分析和决策模块进行集中融合、分析和处理,生成灾害预测报告供地面控制指挥人员决策,同时该灾害预测报告还通过网络中继发送至远程指挥站中,供高层决策者分析以便应对;
(3)当矿山灾害不可避免时,此时经过步骤(2)中的决策后,井下的作业设备停止工作,井下超前探测机器人对矿井灾害参数进行快速采集,采集和分析的步骤如步骤(1),在条件允许的情况下,井下侦查机器人对井下灾害现场进行侦查探测,并将采集的参数通过第二通讯组件发送至地面控制站中的第六通讯组件上供地面指挥人员决策;与此同时,井下救援机器人携带救援机械臂模块从地面巷道下方,进入灾害现场救援,同时将灾害现场信息实时发送至地面控制站供地面指挥人员决策;另外,救援机械臂模块对受困人员进行施救;地面控制站将井下超前探测机器人、井下侦查机器人、井下救援机器人采集的参数进行信息融合生成灾情分析报告供地面指挥人员进行决策分析并作出对策;同时,地面控制站还将机器人集群系统采集的参数和自身的灾情报告发送至远程指挥站进一步供高层决策者分析决策并作出对应部署。
10.如权利要求9所述的矿山灾害预警、侦查和救援机器人集群系统的作业方法,其特征在于,所述步骤(1)中井下超前探测机器人对矿井掘进面前端的灾害参数进行采集、分析的步骤如下:
1)井下超前探测机器人的第一移动平台带动探测机械臂组件、多点旋转式探测组件通过矩阵式超前探测模组对前端和周围灾害参数进行探测采集,矩阵式超前探测模组中多组超前探测模块中的某一组超前探测模块的发射模组发射频率为f1的波形对a区域进行探测,此时波形经过探测a区域后反射回来第一组待分析处理信号f1,该信号被该组超前探测模块中的接收模块接收,并传输至数据采集处理和解析模块解析处理;
2)多点旋转式探测组件中的旋转驱动电机旋转,带动矩阵式超前探测模组旋转,此时另一组超前探测模块中的发射模组发射频率为f2的波形对a区域进行探测,此时波形经过探测a区域后反射回来第二组待分析处理信号f2,该信号被该另一组超前探测模块中的接收模块接收,并传输至数据采集处理和解析模块解析处理;依次进行循环,对多组发射回来的信号进行依次对比分析,获取对a区域的精准参数分析;
3)当采集完某个方向或角度的定点区域的参数后,探测机械臂组件进行角度方位变换,实现其它区域的采集,当该片区域采集完毕后,第一移动平台带动第一通讯组件、探测机械臂组件、多点旋转式探测组件、矩阵式超前探测模组进行位置移动,依次进行另外区域的参数采集探测;当全部采集完毕后,将探测的参数信息通过第一通讯组件发送至地面控制站中的第六通讯组件上,并通过数据分析和决策模块处理后显示至显示和控制组件上。