基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，包括机体，机体上设置有固定的轮轴，机体左侧和右侧的轮轴端部上分别设置有驱动轮，所述驱动轮为偏心轮；本发明采用偏心轮作为驱动轮，相对于现有履带式、腿式行走装置，其避免了能量损耗高、效率低、机构及控制系统复杂的问题，可充分发挥机器人移动灵活、控制简单等优点；同时，由于偏心轮可使机体离地面距离更高，且在前进过程中偏心轮使机体上下移动，类似于腿式行走时的弯腿动作，因此具有腿式行走的优点，相比于传统轮式驱动机器人其具有更强的复杂地形适应能力。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种煤矿救援探测机器人，特别涉及一种基于偏心轮和腿式组合的便 携式矿用本安探测机器人。 基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人
【背景技术】
[0002] 矿业是关系国家经济命脉的重要基础产业，支撑着国民经济持续高速发展。然而， 我国的矿业仍属于高危险性行业。根据2003年的一份调查报告数据，我国当年的煤矿事故 死亡人数为6995人，约占全球的80%，百万吨死亡率是美国的10倍，是俄罗斯、澳大利亚的 12倍。虽然近年来死亡率有所下降，但我国仍是世界上煤矿灾害最严重、灾害最多的国家。
[0003] 导致我国煤矿灾害严重、死亡率居高不下的原因很多，除了地质条件差、井工矿比 例高、生产力水平低、防灾系统不健全等因素外，井下快速救援关键技术与装备落后也是一 个重要的原因。很多救援行动中为了避免次生事故，救援队员使用机电类设备受到极大限 制，长达数公里的巷道也只能步行；救援队员完全不清楚前方的实际情况，不仅冒着巨大风 险，在心理上也会给救援人员极大的影响，使得实际救援效率大打折扣。
[0004] 值得庆幸的是，随着机械、电子、信息技术和传感器技术等领域的快速发展，机器 人代替救援队员进入高危险区域或者人类难以到达的地方搜救幸存者和寻找受难矿工、采 集现场信息为救援计划提供信息支持已经成为可能。大量研究和实践证明，将机器人应用 到矿难救援中，可帮助救援队员掌握事故现场第一手信息和资料，提高救援效率，最大限度 地减少伤亡和损失。
[0005] 我国的煤矿地形复杂，矿道深而复杂，矿难类型主要是瓦斯爆炸、煤尘爆炸、瓦斯 突出、透水事故、矿井失火、顶板塌方等。其中，瓦斯爆炸和顶板塌方就占了矿难数量和死亡 人数的60% - 70%。这些类型的矿难也常常导致矿道损毁，救援通道被易燃易爆物、有毒 气体、泥水和沙石等填充，极大地增加了救援行动的困难。在这样复杂的环境下开展探测救 援工作，需要机器人具有强大的通过能力。为了保证通过能力，现有的机器人往往体积重量 巨大（数百公斤），使用履带甚至复合履带作为行走部件。需要用大功率电机驱动，由于驱 动功率大，必须使用隔爆外壳，这又进一步增加了体积重量。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器 人，以解决复杂路面下机器人通过能力和自身体积重量的矛盾的问题。
[0007] 本发明基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，包括机体，机体上设置有 固定的轮轴，机体左侧和右侧的轮轴端部上分别设置有驱动轮，所述驱动轮为偏心轮。
[0008] 进一步，所述驱动轮的行走轮面上设置有至少一根撑杆。
[0009] 进一步，所述驱动轮的偏心距与驱动轮半径之比为0. 25?0. 75。
[0010] 进一步，所述驱动轮包括圆形轮缘和焊接在圆形轮缘上的加强连板，所述圆形轮 缘和加强连板由铝合金材料制成。
[0011] 进一步，所述机体上还设置有驱动设置在机体左侧轮轴上驱动轮的第一电机组和 驱动设置在机体右侧轮轴上驱动轮的第二电机组，所述第一电机组和第二电机组均包括至 少两个转子同轴串联的电机。
[0012] 进一步，所述基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人还包括用于控制第一 电机组的第一控制器和控制第二电机组的第二控制器，所述第一电机组中的各电机分别通 过单独的信号模块和隔离器件和第一控制器连接；所述第二电机组中的各电机分别通过单 独的信号模块和隔离器件和第二控制器连接。
[0013] 进一步，所述各电机、各信号模块和各控制器均设置有独立的供电模块。
[0014] 进一步，所述机体由铝合金制成。
[0015] 本发明的有益效果：
[0016] 1、本发明基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，其采用偏心轮作为驱动 轮，相对于现有履带式、腿式行走装置，其避免了能量损耗高、效率低、机构及控制系统复杂 的问题，可充分发挥机器人移动灵活、控制简单等优点；同时，由于偏心轮可使机体离地面 距离更高，且在前进过程中偏心轮使机体上下移动，类似于腿式行走时的弯腿动作，因此具 有腿式行走的优点，相比于传统轮式驱动机器人其具有更强的复杂地形适应能力。
[0017] 2、本发明基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，由于驱动机体同侧驱动 轮的各电机的转子同轴串联连接，因此同一驱动轮便同时受到若干各电机的合力驱动，在 翻越障碍时，可使机器人在只有少量驱动轮接触地面情况下，仍然具有足够的动力翻越障 碍或脱困，越障脱困能力大大提高。
[0018] 3、本发明基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，驱动同一驱动轮的各电 机和同一控制器连接，因此控制器能向驱动同一驱动轮的各电机发出统一的控制信号，实 现了各电机的并联控制，相对于现有机器人各驱动轮的驱动电机需要分别控制而言，本申 请在机器人行走控制设计方面更简单。
[0019] 4、本发明基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，由于同一行走轮由多个 电机驱动，因此单个电机的功率较低；同时各电机、各信号模块和各控制器均设置有独立的 供电模块，因此各电器件的电压、电流、电感都较低，可使机器人具有很好的防爆特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本发明基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人的立体结构示意图；
[0021] 图2为对驱动轮运动并联控制的原理图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0023] 如图所示，本实施例基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，包括机体1， 机体1上设置有固定的轮轴2,机体左侧和右侧的轮轴端部上分别设置有驱动轮3,所述驱 动轮3为偏心轮。
[0024] 本实施例基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，其采用偏心轮作为驱动 轮，相对于现有履带式、腿式行走装置，其避免了能量损耗高、效率低、机构及控制系统复杂 的问题，可充分发挥机器人移动灵活、控制简单等优点；同时，由于偏心轮可使机体1离地 面距离更高，且在前进过程中偏心轮使机体上下移动，类似于腿式行走时的弯腿动作，因此 具有腿式行走的优点，相比于传统轮式驱动机器人其具有更强的复杂地形适应能力。
[0025] 作为对本实施例的改进，所述驱动轮3的行走轮面上设置有一根撑杆4,当然撑杆 4的数量可根据实际需要增减，撑杆4可进一步增强驱动轮的抓地和越障能力。
[0026] 作为对本实施例的改进，所述驱动轮3的偏心距与驱动轮3半径之比为0. 25 ;当 然驱动轮3的偏心距与驱动轮3半径之比还可为0. 5、0. 75等0. 25?0. 75范围内的其它 值，在这一范围内取值机器人的越障能力最佳。
[0027] 作为对本实施例的改进，所述驱动轮3包括圆形轮缘301和焊接在圆形轮缘301 上的加强连板302 ;加强连板302的可提高驱动轮3的强度和承载能力，其数量可根据需要 增减；所述圆形轮缘301和加强连板302由铝合金材料制成（如6061铝合金材料），使驱 动轮3重量轻、强度好，且具有本质安全特性。
[0028] 作为对本实施例的改进，所述机体1上还设置有驱动设置在机体左侧轮轴上驱动 轮的第一电机组5和驱动设置在机体右侧轮轴上驱动轮的第二电机组6,所述第一电机组5 和第二电机组6均包括两个转子同轴串联的电机，本实施例中同组中的各电机的转子通过 弹性联轴器7连接，电机和驱动轮之间通过减速皮带传动装置连接；当然在不同实施例中， 第一电机组5和第二电机组6中的电机数量还可根据需要调整，但每组中的电机数量至少 为两台。
[0029] 本实施例中由于驱动机体同侧驱动轮的各电机的转子同轴串联连接，因此同一驱 动轮便同时受到若干各电机的合力驱动，在翻越障碍时，可使机器人在只有少量驱动轮接 触地面情况下，仍然具有足够的动力翻越障碍或脱困，越障脱困能力大大提高。
[0030] 作为对本实施例的改进，本基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人还包括 用于控制第一电机组5的第一控制器8和控制第二电机组6的第二控制器9，所述第一电机 组5中的各电机分别通过单独的信号模块10和隔离器件11和第一控制器8连接；所述第 二电机组6中的各电机分别通过单独的信号模块10和隔离器件11和第二控制器9连接。
[0031] 本实施例中，机器人的转向通过控制左侧和右侧驱动轮以不同的转速转动实现。 由于驱动同一驱动轮的各电机和同一控制器连接，因此控制器能向驱动同一驱动轮的各电 机发出统一的控制信号，实现了各电机的并联控制，相对于现有机器人各驱动轮的驱动电 机需要分别控制而言，本申请在机器人行走控制设计方面更简单。
[0032] 作为对本实施例的改进，所述各电机、各信号模块10和各控制器均设置有独立的 供电模块12,由于同一驱动轮由多个电机驱动，因此单个电机的功率较低；同时各电机、各 信号模块和各控制器均设置有独立的供电模块，因此各电器件的电压、电流、电感都较低， 可使机器人满足本质安全要求，具有很好的防爆特性。
[0033] 作为对本实施例的改进，所述机体1由铝合金制成，具体由6061铝合金制成，6061 铝合金板材质量轻、强度和焊接性好，使得机器人本体重量较轻，移动灵活性更强、便于携 带，同时还能满足本质安全要求。
[0034] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本 发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 一种基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，包括机体，其特征在于：机体 上设置有固定的轮轴，机体左侧和右侧的轮轴端部上分别设置有驱动轮，所述驱动轮为偏 心轮。
2. 根据权利要求1所述的基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，其特征在 于：所述驱动轮的行走轮面上设置有至少一根撑杆。
3. 根据权利要求1所述的基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，其特征在 于：所述驱动轮的偏心距与驱动轮半径之比为0. 25?0. 75。
4. 根据权利要求1所述的基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，其特征在 于：所述驱动轮包括圆形轮缘和焊接在圆形轮缘上的加强连板，所述圆形轮缘和加强连板 由铝合金材料制成。
5. 根据权利要求1-4中任一所述的基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，其 特征在于：所述机体上还设置有驱动设置在机体左侧轮轴上驱动轮的第一电机组和驱动设 置在机体右侧轮轴上驱动轮的第二电机组，所述第一电机组和第二电机组均包括至少两个 转子同轴串联的电机。
6. 根据权利要求5所述的基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，其特征在 于：还包括用于控制第一电机组的第一控制器和控制第二电机组的第二控制器，所述第一 电机组中的各电机分别通过单独的信号模块和隔离器件和第一控制器连接；所述第二电机 组中的各电机分别通过单独的信号模块和隔离器件和第二控制器连接。
7. 根据权利要求6所述的基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，其特征在 于：所述各电机、各信号模块和各控制器均设置有独立的供电模块。
8. 根据权利要求1所述的基于偏心轮和腿式组合的矿用本安探测机器人，其特征在 于：所述机体由铝合金制成。
【文档编号】B62D57/028GK104118489SQ201410401360
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】王克全, 张自力, 伯志革, 刘林, 宋文, 王宇俊, 方灿, 李小波, 薛春荣, 刘成, 王莉, 李飞龙, 葛耿玉, 祁海莹, 柳玉垒, 张安然 申请人:中煤科工集团重庆研究院有限公司, 西南大学