内容发布更新时间 : 2024/12/29 13:32:14星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

矿用井下探测机器人总体方案

1、 总体方案

1.1主要功能

1.1.1 图象采集功能，可将采集到的各种信息以图像、数据形式传送到主控制中心。

1.1.2 环境参数探测功能，能够探测环境的气体成分，井下各种有害气体的浓度、环境温度、位置及状态。如温度、压力、氧气、瓦斯浓度、甲烷、一氧化碳等指标。

1.1.3 声音采集功能，可将采集到的声音传送到主控制中心。 1.1.4 行走时间：≥2h;

1.1.5 续航能力：≥2000m; 1.1.6 最高运行速度：≥0.3m/s; 1.1.7 爬行坡度：≥30°；

1.1.8 爬行单级台阶高度：≥0.2m; 1.1.9 连续台阶（高度х跨度）：≥0.15mх0.28m； 1.1.10 跨越沟道宽度：≥0.4m;

1.1.11 涉水能力：能通过0.3mх10m（长度х宽度）的体积积水区；

1．2主要性能：

符合GB3836.1~4-2010的相关要求并取得防标证和安标证、防爆关联设备应进行防爆关联检查和检验，取得防爆审查检验合格证明。 1．3 环境要求：

机器人应在下列环境运行正常工作： 1．3．1 环境温度（0°C~40°C）

1．3．2 海拔不超过2000m;

1.3.3 周围环境相对湿度不大于98%；

1．3．4在有甲烷、煤尘等爆炸性气体的煤井下中工作；

1．3．5 大气压（80~106kpa）。 1．3．6 照度：0Lx; 1.4 机器人组成部分：

1.4．1 机器人底盘，采用履带式行走和摆臂越障，升降系统采用弹簧和电机线收放；该机器人为三节履

带机构形式，分为驱动部分、摆臂部分和摆腿部分。

1.4．2 用具有音频探测、视频观测、红外热成像、生命探测等多种技术手段相结合；甲烷、一氧化碳、氧气粉等种气体、尘浓度的传感器，通过传感器向地面传送各种气体的数据；

1.4．3 运动控制机构功能，主要采用电机，采用多轴驱动，工控机主控制系统包括工控机以及各种外围器件;驱动电机测控系统主要由运动控制器、编码器、减速器和直流伺服电机等组成。要越障、涉水，采用步进电机或司服电机；采用六轴式履带可以保证机器人行走，攀爬，转向等控制； 1.4．4 通讯方式采用有线光纤或无线Zibee模式通讯、无线光纤转换/WIFI等，通讯距离应该在2000m以外；

1.4．5声纳数据采集系统包括声纳传感器、数据采集板、CAN总线适配卡等;及远程中心控制计算机等。 1.4．6 图象采集摄象头可以三轴运动转动，保证全方位采集图象信号； 14．7 有的有自定位、采集识别功能，可选配。 2、系统原理

2.1 控制系统原理

系统的控制部分结构拓扑结构如图所示，机器人包括移动机构、动力系统、通讯系统和人机界面，

有的分为硬件部分和软件部分和结构机构，实际上一个带有采集系统和运动控制的软硬件结合的自动化控制系统，通过摄象头与电脑中的采集卡将视频信号通过光纤传输到中心计算机；通过机器人的采集卡通过传感器采集各种环境信息，包括温度、湿度、压力、氧气、甲烷、一氧化碳等信号，声音信号、生命探测的信号通过相关装置传输到电脑。通过485信号传输控制命令驱动各机构完成响应动作；相关硬件和软件配合完成对于机器人控制。

机器人控制系统拓扑架构

2．2 执行机构原理

执行机构主要由底盘、减速机和电机履带、电缆等组成，拓扑结构为六个相对独立的轴构成；视频转台由三轴构成，通过对于相应电机控制来驱动机器人进行各种动作；有的机器人为了增加特殊功能，还增加了一些机械臂可以完成特定动作。

3、 设计中应该注意的问题

3．1 通讯方式选择，在地面可以选择无线方式比较灵活；在井下考虑到信号环境及可靠，可以选择有有线方式提高可靠性，当然有线也有相应的不便；通讯系统和控制方式救灾机器人通讯

系统负责完成前方与后方之间的双向信息交流,包括数据通讯、视频信号、音频信号的通讯,其视频、音频信号由微波设备进行无线传输,控制指令由有线或无线遥控系统完成.其次,救灾机器人的控制方式分为线控式、无线遥控式、自适应式.目前,大多数使用线控式和无线遥控式.线控式控制可靠性高,但控制线缆很容易被现场锋利的金属片划破、刺穿,甚至割断;无线遥控式控制操作方便,机器人行动灵活,但控制信号容易受到现场各种金属残片的屏蔽;而自适应救灾机器人具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑推理、规划和决策,在作业环境中自主行动,具有很高的智能性。

3．2电池采用大功率大容量的，和相应的电机和设备驱动能力相符和才能发挥作用；

应采用防爆型和本安型材料和电子器材，确保达到安全检验标准；装备材料现场的尘土、烟雾和散落的废墟都会增加探测机器人执行任务的难度.同时,现场的高温也不利于机器人的使用,甚至可能出现履带被高温熔化并发生燃烧等现象.因此,在设计过程中应注意机器人的防尘能力和耐热性,还要考虑它的防水、防爆、防腐蚀、防电磁干扰、抗热辐射等功能.此外,复杂的现场环境还对机器人的控制线提出了新的要求,锋利的金属残片或其它残骸对控制线产生了威胁,所以在选择控制线时必须考虑它的坚固性。

3．3控制软件上位机采用高级语言编写，下位机及平台选择考虑电机控制、模拟数据采集和相关通讯要求；可采用工控板带多路模拟信号，IO通道和串口通讯接口。系统设计主要在软件技术设计部分，完成电机控制、数据采集传输、控制双向同步。

3．4部分配置可采用公司矿用可视化救援监测通信装置

4、 机器人检测检验标准

可参考矿用设备有关标准进行，如下：