井下机器人无线通信控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种井下机器人通信控制系统，该系统应用于井下巡检和事故救援，特别适用于发生瓦斯爆炸和火灾等事故的矿井，井下机器人可到达存在有毒害气体而救援人员无法到达的区域；所述机器人无线通信控制系统在多跳无线网络技术的基础上，提出了新的临时无线网络的建设方法，可使井下机器人的无线通信距离随机器人的行进而不断增长，保证井下机器人与控制设备的通信。解决了在矿井内的原有无线通信系统无法使用的情况下，井下机器人与控制设备的无线通信距离有限的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种井下机器人无线通信控制系统，该系统涉及无线通信和视频、音频采集等领域。
技术介绍
随着各类矿井生产的机械化、信息化和自动化程度的提高，中国矿井安全生产形势逐年好转，各类事故率和死亡率均大幅下降。然而井下生产环境复杂，还是不可避免的发生各类事故，事故发生后，及时掌握井下事故现场情况，是正确、有效救援，减少人员伤亡的关键。井下瓦斯爆炸和火灾等事故，会产生大量CO，CO2，CH4等有毒有害气体，消耗大量O2。当事故现场有毒有害气体浓度超高、O2含量较低时、搜寻，救护人员难以到达有关区域进行侦察、搜寻和救援。井下机器人除用于救灾外，也可用于井下巡检领域。因此、研究井下机器人相关的技术十分必要。由于目前井下无线通信的接入设备需供电系统和通信光缆或电缆连接，所以事故发生时，巷道内原有无线通信系统无法使用，井下机器人必须自带通信系统进行通信。轮式、履带式、蛇形等地面行进的机器人可通过有线通信方式与控制设备进行通信，而采用飞行行进方式的机器人则应采用无线通信方式，但无线通信距离受发射功率和空间阻挡等因素影响，直接影响井下机器人的工作距离。所以需要新的通信组网方式和系统以保证井下机器人的通信距离。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种井下机器人通信控制系统，所述系统用于使井下机器人的无线通信距离随井下机器人的行进而不断增长。井下机器人采用多跳无线网络与控制设备通信，在行进过程中同时铺设无线网络，使无线通信网络的覆盖范围随机器人的行进路程的增加而不断推进，保证井下机器人与机器人控制设备的通信；所述通信控制系统通过井下机器人携带的视频采集设备采集视频或图像数据，将数据通过多跳无线网络传输至机器人控制设备；系统通过机器人携带的语音采集元件采集语音信号，通过井下机器人携带的语音放大设备将语音数据还原为语音信号，语音数据通过多跳无线网络传输。所述系统井下机器人携带有多个无线路由设备，铺设无线网络的方法包括以下3种：1.井下机器人在行进过程中监测最近的固定无线路由设备信号强度，当信号强度低于设定阈值时，则机器人在当前位置投放新的固定无线路由设备，重复执行以上监测与投放过程，使无线通信网络的覆盖范围随飞行器的行进距离不断推进。2.井下机器人在行进过程中测量并记录行进的路程长度，当以最近的固定无线路由设备为起点行进的路程长度达到设定阈值时，则在当前位置投放新的固定无线路由设备，重复执行以上监测和投放过程，使无线通信网络的覆盖范围随机器人的行进路程的增加而不断推进。3.井下机器人在行进过程中监测最近的固定无线路由设备信号强度，同时测量以最近的固定无线路由设备为起点的行进路程长度，当满足信号强度低于设定设定阈值或行进的路程长度达到设定阈值时，则在当前位置投放新的固定无线路由设备，重复执行以上监测和投放过程，使无线通信网络的覆盖范围随机器人的行进路程的增加而不断推进。所述系统还包括以下特点：1.井下机器人采用模块化结构，具有标准通信接口，用于携带各类与井下现场环境监测相关的传感器模块，所采集数据通过多跳无线网络传输至控制设备。2.井下机器人携带的传感器包括：温度、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氧气传感器。3.机器人控制设备可部署于井上也可部署于井下，井下机器人可受机器人控制设备控制从井上出发移动至井下。4.井下机器人包括采用两轴或多轴旋翼飞行移动的机器人。附图说明图1系统实施方式1示意图。图2系统实施方式2示意图。图3四轴旋翼井下机器人结构示意图。图4路由器投放装置示意图。图5路由器投放装置仰视图。图6四轴旋翼井下机器人主控板结构示意图。图7四轴旋翼井下机器人数据采集板结构示意图。图8四轴旋翼井下机器人主控板软件示意图。图9路由投放子系统流程图具体实施方式所述通信控制系统的具体实施方式1如图1所示，组成包括：1.机器人控制设备(101)，负责控制井下机器人，通过多跳无线网络和以太网接收井下机器人上传的各类数据，包括视频或图像数据，各类传感器数据、语音数据；同时通过以太网和多跳无线网络向井下机器人发送控制数据和语音数据。2.井上交换机(102)，负责所有接入以太网的设备的管理和数据交换。3.井下交换机(103)，负责井下所有接入以太网的设备的数据交换。4.井下机器人(104)，可采用旋翼飞行机器人，也可采用轮式、履带式、蛇形等地面行进的机器人，携带多个路由设备(106)，用于在行进中投放布网。5.核心路由设备(105)，负责多跳无线网络的建立和管理，接收和转发所有路由设备的数据，具有网络接口用于连接井下交换机，从而接入与以太网。6.路由设备(106)，负责无线终端设备的接入和无线网络接续，由电池供电，体积小重量轻，便于井下机器人携带。所述通信控制系统的具体实施方式2如图2所示，与实施方式1的区别在于机器人控制设备(101)直接连接核心路由设备(105)，机器人控制设备可部署于井上也可部署于井下，机器人控制设备部署于井上时，井下机器人可直接通过斜井、平硐飞行至井下。所述通信控制系统中的井下机器人可采用飞行机器人也可采用地面行进机器人，在本示例采用四轴旋翼井下机器人，机器人结构如图3所示：1.旋翼(301)，通过旋转使空气向下运动产生升力，使机器人悬浮在空中。2.电机(302)，负责为旋翼提供动力，由控制板控制转速，通过各旋翼不同转速而实现机器人的不同运动方向和姿态。3.传感器仓(303)用于放置各种类与井下现场环境监测相关的传感器模块。4.天线(304)用于无线信号发送和接收。。5.控制板仓(305)内置无人机控制板，用于飞行控制、数据采集和无线通信等。6.电池仓(306)用于电池存放，为旋翼、控制板及各传感器模块供电。7.麦克风(307)用于语音信号采集，当救援无人机到达井下工作人员被困地点时，可通过麦克风采集被困人员的语音信号，并通过无线网络和以太网将语音数据传送至控制设备。8.数字摄像机(308)用于视频信号采集，由将视频信号数字化并编码压缩，通过无线网络和以太网将视频或图像数据传送至控制设备。9.舵机(311)为路由设备投放装置提供动力，由控制板发出的脉冲信号控制，根据脉冲信号转动特定角度。10.路由设备存放仓(309)用于路由设备存放。11.转盘(310)用于路由设备投放控制。路由设备投放装置结构如图4和图5所示，主要包括路由设备存放仓(309)和转盘(310)，路由设备存放仓(309)在上部，底部为带有投本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下机器人通信控制系统，其特征在于：井下机器人采用多跳无线网络与机器人控制设备通信，在行进过程中同时铺设无线网络，使无线通信网络的覆盖范围随机器人的行进路程的增加而不断推进，保证井下机器人与机器人控制设备的通信；所述通信控制系统通过机器人携带的视频采集设备采集视频或图像数据，将数据通过多跳无线网络传输至机器人控制设备；系统通过机器人携带的语音采集元件采集语音信号，通过机器人携带的语音放大设备将语音数据还原为语音信号，语音数据通过多跳无线网络传输。

【技术特征摘要】
1.一种井下机器人通信控制系统，其特征在于：井下机器人采用多跳无线网络与机器人控
制设备通信，在行进过程中同时铺设无线网络，使无线通信网络的覆盖范围随机器人的
行进路程的增加而不断推进，保证井下机器人与机器人控制设备的通信；所述通信控制
系统通过机器人携带的视频采集设备采集视频或图像数据，将数据通过多跳无线网络传
输至机器人控制设备；系统通过机器人携带的语音采集元件采集语音信号，通过机器人
携带的语音放大设备将语音数据还原为语音信号，语音数据通过多跳无线网络传输。
2.如权利要求1所述的通信控制系统，其特征在于：井下机器人携带有多个无线路由设备，
井下机器人在行进过程中监测最近的固定无线路由设备信号强度，当信号强度低于设定
阈值时，则机器人在当前位置投放新的固定无线路由设备，重复执行以上监测与投放过
程，使无线通信网络的覆盖范围随飞行器的行进距离不断推进。
3.如权利要求2所述的通信控制系统，其特征在于：或采用以下无线路由设备部署方法，
井下机器人在行进过程中测量并记录行进的路程长度，当以最近的固定无线路由设备为
起点行进的路程长度达到设定阈值时，则在当前位置投放新的固定无线路由设备，重复
执行以上监测和投放过程，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，刘毅，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11