专利名称：煤矿井下灾害信息探测机器人平台的制作方法
技术领域：
本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种煤矿井下灾害信息探测机器人平台。
背景技术：
我国是世界上主要产煤国之一，大多煤炭生产是采用地下作业，客观上讲，在煤炭生产实施过程中，受到顶板压力、瓦斯、煤尘、水、火等自然灾害的安全威胁；另外，由于煤炭生产的作业条件复杂多变和管理失控等原因，还会发生机械电器、运输提升和爆破等其他安全事故。灾害发生后，在高温高压的环境中伴有大量有毒有害气体，救援人员无法第一时间到达灾害事故现场，无法了解事故现场的信息，严重影响救援的实施时效。这时，煤矿信息探测机器人就起到了十分重要的作用。但是，煤矿井下一旦发生灾害，现场路况较为恶劣，探测机器人要进入现场完成信息探测与搜救任务就必须具备较强的行走和探测能力。由于煤矿救灾机器人和煤矿灾害探测机器人对煤矿灾害救援具有不可估量的现实意义，如果能第一时间掌握灾害现场的信息将会对救援工作起到关键性的作用。因此，国内外一直以来都在对其进行着深入的研究和探讨，例如:Transeth、Lil jeback、Cao、蒋湘军和赵武等人通过研究自然界中蛇的形态特征与运动规律，研制了由蛇头、蛇体和蛇尾组成的蛇形救援机器人，所有环境探测传感器安装在蛇头部，蛇体中安装变向、抬升和驱动组件，可实现模拟生物蛇的多种真实运动形态；Kamegawa、Polverar1、Marques、Tunwannarux、宋小康和王勇等人研制了类似NASA火星探测车的多轮式救灾机器人和伸缩轮腿式仿生搜救机器人，环境探测传感器安装于移动平台的前部或机械臂上，其优点是自由度较少、结构紧凑、运动速度快、轮式滚动摩擦阻力小和机械传动效率高；Thrun、Qi> Kamikawa> Deapp和郭丽峰等人开发了类似蜘蛛、人体结构的多腿式救灾机器人，激光测距传感器、夜视摄像机、气体探测传感器和陀螺仪分别安装于机器人上部平台的前端，其优点是对起伏坡度大、多沟壕地形适应能力强；Zhao、Megid, Li和葛世荣等人研制可仿蝎变形履带搜救机器人和履带式矿井搜救机器人，低照度摄像机固定在机器人移动平台的前端，气体传感器和温度传感器固定在移动平台的左右两侧，其优点是可实现多种恶劣路况下的快速移动，如湿地、沙石及松土路面。但是，在煤矿井下发生灾害时，由于矿井巷道繁多，地面环境错综复杂，布满障碍物，沿地面行走十分困难，上述机器人还不能完全满足灾害信息收集与现场开展搜救任务的需求，机器人如何准确的将现场灾害信息传输到地面、如何快速的到达事故现场依然是国内外专家学者的研究关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构紧凑、灵活小巧和智能化程度高的煤矿井下灾害信息探测机器人平台。为实现上述目的，本发明的技术方案是:煤矿井下灾害信息探测机器人平台，包括轨道平台和轨道平台上滑动设置的行走机构，行走机构上设有信息探测机器人；轨道平台上至少设有两根支撑横杆，一根支撑横杆上设有固定支架，另一根支撑横杆上设有伸缩支架。所述轨道平台为方形环状，其包括纵向连接板和纵向连接板上、下两端垂直设置的上轨道板与下轨道板，上轨道板之间设有上弧形板、下轨道板之间设有下弧形板，上弧形板与下弧形板之间设有弧形连接板。所述上轨道板与下轨道板分别通过组装螺栓固定在纵向连接板上，上弧形板与下弧形板分别通过组装螺栓固定在弧形连接板上；上轨道板与上弧形板通过轨道连接片和固定螺栓相连，下轨道板与下弧形板通过轨道连接片和固定螺栓相连。所述行走机构包括两块并列设置的行走支架，两块行走支架通过连接螺栓与固定螺母组装为一体；行走支架上设有轴线竖直的行走轮和与行走轮相邻的固定板，固定板上设有轴线水平的轮轴，轮轴端部设有支撑轮。所述行走轮包括外轮和外轮内部的轮毂电机，轮毂电机通过其电机轴下端的电机固定螺母安装在行走支架上；轮毂电机与行走支架之间设有制动器，制动器包括制动器外壳、制动转子和制动定子，制动器外壳通过螺栓安装在行走支架上，制动定子通过定子固定螺钉安装在行走支架上，制动转子与外轮下部键连接。所述信息探测机器人包括箱体和箱体支架，箱体支架与行走机构相连；箱体一侧设有信息探测传感器，箱体底部设有机械手，机械手包括机械臂和其前端设置的机械臂末端执行器、摄像头和无线图像发射器。所述固定支架和伸缩支架上分别设有障碍物放置支架，其包括定支撑杆和定支撑杆端部铰连的动支撑杆，定支撑杆另一端设有管箍，管箍通过紧固螺栓与螺母固定在固定支架或者伸缩支架上；动支撑杆端部设有托盘。所述定支撑杆下部设有倾斜设置的加固杆，加固杆端部设有管箍，管箍通过紧固螺栓与螺母固定在固定支架或者伸缩支架上。所述固定支架和伸缩支架上端分别设有固定套块，固定套块套装在支撑横杆上。与现有技术相比，本发明的优点是:
1、本发明包括轨道平台和轨道平台上滑动设置的行走机构，行走机构上设有信息探测机器人；轨道平台上至少设有两根支撑横杆，一根支撑横杆上设有固定支架，另一根支撑横杆上设有伸缩支架，其构建了以轨道平台为框架的实验平台，结构紧凑，灵活小巧，操作简单，智能化程度高，能够使信息探测机器人快速准确的到达距离灾害现场最近的地点，并使信息探测机器人实现在轨道平台上前进、倒退和悬停，以进行信息探测和进行搜救措施；通过伸缩支架可调节轨道平台的坡度，便于信息探测机器人爬坡作业。2、行走机构包括两块并列设置的行走支架，两块行走支架通过连接螺栓与固定螺母组装为一体；行走支架上设有轴线竖直的行走轮和与行走轮相邻的固定板，固定板上设有轴线水平的轮轴，轮轴端部设有支撑轮；行走轮包括外轮和外轮内部的轮毂电机，轮毂电机通过其电机轴下端的电机固定螺母安装在行走支架上；轮毂电机与行走支架之间设有制动器，制动器包括制动器外壳、制动转子和制动定子，制动器外壳通过螺栓安装在行走支架上，制动定子通过定子固定螺钉安装在行走支架上，制动转子与外轮下部键连接，使用时，两侧的行走轮夹持在纵向连接板侧面上、支撑轮滚动支撑在下轨道板上，行走轮为行走机构提供有效的摩擦力，且为行走机构提供动力，以使行走机构通过支撑轮在下轨道板上运行；制动器通过与外轮键连接对其实现制动，从而实现信息探测机器人沿轨道平台前进、倒退和悬停，便于控制。3、信息探测机器人包括箱体和箱体支架，箱体支架与行走机构相连；箱体一侧设有信息探测传感器，箱体底部设有机械手，机械手包括机械臂和其前端设置的机械臂末端执行器、摄像头和无线图像发射器，通过机械臂的旋转与伸展来控制末端执行器对障碍物的处理，通过摄像头进行环境图像信息的采集，信息探测传感器可以对环境中的氧气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、甲烷、温度、湿度、压差等信息进行采集，并将上述采集到的信息上传给上位机进行信息融合与决策，智能化程度高。4、障碍物放置支架包括定支撑杆和定支撑杆端部通过铰连螺栓与螺母铰连的动支撑杆，定支撑杆另一端设有管箍，管箍通过紧固螺栓与螺母固定在固定支架或者伸缩支架上，在动支撑杆端部设有托盘，托盘用于机械手在行走路线上放置障碍物。5、在定支撑杆下部设有倾斜设置的加固杆，加固杆端部设有管箍，管箍通过紧固螺栓与螺母固定在固定支架或者伸缩支架上，可大大提高结构强度。
图1为本发明的结构示意 图2为图1中轨道平台的结构示意 图3为图1中行走机构的结构示意 图4为图3中行走轮的结构示意 图5为图1中信息探测机器人的结构示意 图6为图1中障碍物放置支架的结构示意图。
具体实施例方式如图1所示的煤矿井下灾害信息探测机器人平台，其包括轨道平台I和轨道平台I上滑动设置的行走机构2，在行走机构2下部设有信息探测机器人3。在轨道平台I上设有两根支撑横杆4，支撑横杆4穿过轨道平台I上的横杆固定孔20，两端通过横杆固定螺母41固定，左边支撑横杆4上通过固定套块8设有固定支架5，右边支撑横杆4上通过固定套块9设有伸缩支架7，固定支架5和伸缩支架7用于支撑轨道平台I，伸缩支架7通过伸缩调节轨道平台I与水平面的角度，用于信息探测机器人3的爬坡实验。在固定支架5和伸缩支架7上分别设有障碍物放置支架6。伸缩支架7选用南京永诺传动设备有限公司生产的型号为YNT-Ol的蜗轮蜗杆式推拉电机，可根据需要伸缩80cm，用以调整轨道平台I与水平面的角度，模拟煤矿井下带有一定坡度的巷道。如图2所示，轨道平台I为方形封闭环状，其包括纵向连接板12和垂直于纵向连接板12的上轨道板11与下轨道板13，上轨道板11与下轨道板13分别通过组装螺栓19固定在纵向连接板12上、下端。上轨道板11之间设有上弧形板14、下轨道板13之间设有下弧形板16，上轨道板11与上弧形板14、下轨道板13与下弧形板16分别通过轨道连接片17和固定螺栓18相连。上弧形板14与下弧形板16之间设有弧形连接板15，上弧形板14与下弧形板16分别通过组装螺栓19固定在弧形连接板15上。上轨道板11和上弧形板14用于将轨道平台I固定安装在煤矿井下巷道顶板上。如图3和图4所示，行走机构2包括两块并列设置的行走支架21，行走支架21上设有水平方向的组装孔27，两块行走支架21通过组装孔27内的连接螺栓24与固定螺母25组装为一体。在行走支架21上设有轴线竖直的行走轮22和与行走轮22相邻的固定板26，固定板26上设有轴线水平的轮轴29，轮轴29端部设有支撑轮23，支撑轮23为深沟球轴承，其承受整个信息探测机器人3的重量。行走轮22包括外轮210和外轮210内部的轮毂电机211，外轮210内部与轮毂电机211外缘通过螺栓214与螺母215相连，轮毂电机211通过其电机轴212下端的电机固定螺母213安装在行走支架21上。在轮毂电机211与行走支架21之间设有制动器，制动器包括制动器外壳219、制动转子216和制动定子217，制动器外壳219通过螺栓220安装在行走支架21上，制动定子217通过定子固定螺钉218安装在行走支架21上，制动转子216与外轮210下部键连接，通过制动转子216与制动定子217依靠电磁吸合实现对外轮210的制动。使用时，两侧的行走轮22夹持在纵向连接板12上、支撑轮23滚动支撑在下轨道板13上,行走轮22为行走机构2提供有效的摩擦力，且为行走机构2提供动力，以使行走机构2通过支撑轮23在下轨道板13上运行；制动器通过与外轮210键连接对其实现制动，从而实现信息探测机器人3沿轨道平台I前进、倒退和悬停。如图5所示，信息探测机器人3包括箱体32和箱体支架31，箱体支架31通过穿设在行走支架21上箱体固定孔28内的箱体固定螺栓38连接在行走支架21下部。在箱体32 一侧设有信息探测传感器33，箱体32底部设有机械手，机械手包括机械臂34和其前端设置的机械臂末端执行器35、摄像头36和无线图像发射器37。机械臂34为五自由度机械臂，可进行五自由度旋转和伸展运动进行图像信息采集。箱体32用于放置电池和控制器，信息探测传感器33用于探测井下灾害信息，机械臂末端执行器35用于抓取和移动障碍物，摄像头36用于获取灾害图像并通过无线图像发射器37把图像传输给上位机，上位机通过串口进行动态控制。如图6所示，障碍物放置支架6包括定支撑杆51和定支撑杆51端部通过铰连螺栓53与螺母54铰连的动支撑杆52,定支撑杆51另一端设有管箍56,管箍56通过紧固螺栓57与螺母58固定在固定支架5或者伸缩支架7上，在动支撑杆52端部设有托盘55，托盘55用于机械手在行走路线上放置障碍物。为了提高结构强度，在定支撑杆51下部设有倾斜设置的加固杆59，加固杆59端部设有管箍，管箍通过紧固螺栓与螺母固定在固定支架5或者伸缩支架7上。在本实施方式中，轨道平台I还可以由工字钢轻轨制成，上弧形板14、弧形连接板15和下弧形板16可根据需要设置不同的曲率半径。本发明在煤矿井下发生灾害时，机械手可自动前往灾害现场探测灾害现场信息，并提供给救援人员，以便实施快速有效的救援。
权利要求
1.矿井下灾害信息探测机器人平台，其特征在于，包括轨道平台和轨道平台上滑动设置的行走机构，行走机构上设有信息探测机器人；轨道平台上至少设有两根支撑横杆，一根支撑横杆上设有固定支架，另一根支撑横杆上设有伸缩支架。
2.按权利要求1所述的煤矿井下灾害信息探测机器人平台，其特征在于，所述轨道平台为方形环状，其包括纵向连接板和纵向连接板上、下两端垂直设置的上轨道板与下轨道板，上轨道板之间设有上弧形板、下轨道板之间设有下弧形板，上弧形板与下弧形板之间设有弧形连接板。
3.按权利要求2所述的煤矿井下灾害信息探测机器人平台，其特征在于，所述上轨道板与下轨道板分别通过组装螺栓固定在纵向连接板上，上弧形板与下弧形板分别通过组装螺栓固定在弧形连接板上；上轨道板与上弧形板通过轨道连接片和固定螺栓相连，下轨道板与下弧形板通过轨道连接片和固定螺栓相连。
4.按权利要求1所述的煤矿井下灾害信息探测机器人平台，其特征在于，所述行走机构包括两块并列设置的行走支架，两块行走支架通过连接螺栓与固定螺母组装为一体；行走支架上设有轴线竖直的行走轮和与行走轮相邻的固定板，固定板上设有轴线水平的轮轴，轮轴端部设有支撑轮。
5.按权利要求4所述的煤矿井下灾害信息探测机器人平台，其特征在于，所述行走轮包括外轮和外轮内部的轮毂电机，轮毂电机通过其电机轴下端的电机固定螺母安装在行走支架上；轮毂电机与行走支架之间设有制动器，制动器包括制动器外壳、制动转子和制动定子，制动器外壳通过螺栓安装在行走支架上，制动定子通过定子固定螺钉安装在行走支架上，制动转子与外轮下部键连接。
6.按权利要求1所述的煤矿井下灾害信息探测机器人平台，其特征在于，所述信息探测机器人包括箱体和箱体支架，箱体支架与行走机构相连；箱体一侧设有信息探测传感器，箱体底部设有机械手，机械手包括机械臂和其前端设置的机械臂末端执行器、摄像头和无线图像发射器。
7.按权利要求1-6中任一所述的煤矿井下灾害信息探测机器人平台，其特征在于，所述固定支架和伸缩支架上分别设有障碍物放置支架，其包括定支撑杆和定支撑杆端部铰连的动支撑杆，定支撑杆另一端设有管箍，管箍通过紧固螺栓与螺母固定在固定支架或者伸缩支架上；动支撑杆端部设有托盘。
8.按权利要求7所述的煤矿井下灾害信息探测机器人平台，其特征在于，所述定支撑杆下部设有倾斜设置的加固杆，加固杆端部设有管箍，管箍通过紧固螺栓与螺母固定在固定支架或者伸缩支架上。
9.按权利要求8所述的煤矿井下灾害信息探测机器人平台，其特征在于，所述固定支架和伸缩支架上端分别设有固定套块，固定套块套装在支撑横杆上。
全文摘要
煤矿井下灾害信息探测机器人平台，包括轨道平台和轨道平台上滑动设置的行走机构，行走机构上设有信息探测机器人；轨道平台上至少设有两根支撑横杆，一根支撑横杆上设有固定支架，另一根支撑横杆上设有伸缩支架。本发明构建了以轨道平台为框架的实验平台，结构紧凑，灵活小巧，操作简单，智能化程度高，能够使信息探测机器人快速准确的到达距离灾害现场最近的地点，并使信息探测机器人实现在轨道平台上前进、倒退和悬停，以进行信息探测和进行搜救措施；通过伸缩支架可调节轨道平台的坡度，便于进行信息探测机器人的爬坡能力实验。
文档编号B25J19/00GK103085056SQ20131003046
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者王裕清, 秦玉鑫, 陈晓静, 李智国 申请人:河南理工大学