煤礦救援機器人可以代替救援人員進入礦難現(xiàn)場進行環(huán)境探測和人員搜救,這對提高救援效率,減少救護隊員的傷亡具有重要的意義。然而,由于煤礦災后環(huán)境過于復雜,導致煤礦救援機器人的應用還不理想,機器人各方面的技術均有待突破。這其中,行走能力決定了機器人能否順利行走至災區(qū),因此,對煤礦救援機器人行走系統(tǒng)相關技術的研究十分重要且緊迫。但由于煤礦救援機器人的特殊性,研究其行走技術的同時還必須兼顧防爆設計,只有同時滿足行走和防爆雙重要求的行走系統(tǒng)才能真正用于煤礦救援機器人。然而,防爆設計與行走性能是相互影響,互相制約的。如何平衡二者之間的矛盾,使機器人行走系統(tǒng)既具有良好的行走能力,又能滿足防爆性能要求是本文研究的重點與難點。為了提出合理的煤礦救援機器人性能設計要求,對煤礦環(huán)境特點進行了深入研究。首先,闡述了煤礦救援機器人的工作原理,結合該原理對機器人所面對的災后環(huán)境進行了深入分析,提出了災后環(huán)境的五種特點,并對井下非結構化地形進行了結構化特征提取。其次,針對環(huán)境分析結果,提出了機器人八個方面的性能要求,并著重針對與行走系統(tǒng)相關的要求制定了量化指標。最后,對現(xiàn)行防爆方法進行了研究,分析了防爆設計對行走等性... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：185 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

Ratler礦井探索機器人

通過煤礦安全標志認證，并實現(xiàn)兩個以上煤礦的應用示范。.2 國內外研究現(xiàn)狀與分析 (Research Status and Analysis at Hond Abroad).2.1 煤礦救援機器人研究現(xiàn)狀（1）國外煤礦救援機器人世界上第一臺煤礦救援機器人是由美國勞工部礦山安全和衛(wèi)生管理局與 Sa智能系統(tǒng)和機器人中心協(xié)作研發(fā)的 Ratler 礦井探索機器人[23]，如圖 1-1 所示。這快速反應的機器人主要用于調查事故后的現(xiàn)場安全情況。礦難發(fā)生后，該機器人快速地進入現(xiàn)場，人們可以通過機器人尋找幸存者，檢查危險氣體并評估礦井危別。Willow Creek 煤礦于 1998 年 11 月 24 日遭受嚴重火災后，Ratler 機器人到現(xiàn)行了初步的適用性試驗。該機器人安裝了前視紅外攝像機、陀螺儀和危險氣體傳，通過射頻進行控制和信息傳輸，遙控距離大約有 250 英尺（76.2 m）。但總體，Ratler 還遠無法滿足煤礦救援機器人對機動性和可視性的要求。

Thrun 等人對賓夕法尼亞州的廢舊煤礦馬蒂斯礦的主巷道進行了探測和三維構圖，效果如圖1-3(b)所示。但此機器人只是從功能上進行了設計，并沒有過多的考慮防爆問題，只能在廢棄的礦井中應用。(a) Groundhog 探測機器人(b) 馬蒂斯礦的主巷道三維地圖圖 1-3 煤礦探測型機器人 Groundhog 及其構建的三維地圖Figure 1-3 Coal mine detection robot Groundhog and the 3D map-building美國卡內基梅隆大學機器人研究中心還設計了一款煤礦救災機器人平臺 CaveCrawler[26]，如圖 1-4 所示。其內部采用類似于“勇氣號”火星車的齒輪差動機構，左右的輪子采用搖桿式移動系統(tǒng)，并且通過差動機構連接左右兩搖桿與機器人主車體，將機器人左右搖桿的擺角進行線性平均，并轉化為機器人主車體的擺角輸出，這樣可以保持機器人主車體的相對平衡。當某一輪抬起時，整個車體的擺動角度是輪子抬起角度的一半，這樣能夠有效地減小地形變化對主車體的影響；同時，這種設計可以使機器人較為均勻地向各個車輪分配車體重量，并且各車輪能隨著地面的起伏被動地自由調整位置，提高了機器人的運行平穩(wěn)性、抗顛覆

【參考文獻】：
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本文編號：3296692