一种采掘工作面巡检机器人制造技术

本实用新型专利技术涉及一种采掘工作面巡检机器人，该巡检机器人包括机体、防爆全向车载云台、传感器集成模块、防爆红外摄像头、本安型无线通讯器；四个独立悬挂装置对称设置在机架的前后左右，并分别连接行走装置；防爆伺服电机连接传动装置，传动装置连接行走装置；防爆舵机与独立悬挂装置连接，控制行走装置的转向。本实用新型专利技术采掘工作面巡检机器人，能够实时监控工作面顶板变形、突涌水和设备运行情况，能够实时监测工作面的温度和有害气体浓度，其搭载的行走装置能够实现轮式和履带式的转换，可进行全地形作业，不仅能够使巡检人员从危险环境中脱离保证巡检人员的安全，而且能够及时发现采掘工作面的异常情况，做到及时发现及时处理。

An inspection robot for mining face

【技术实现步骤摘要】
一种采掘工作面巡检机器人
本技术涉及一种采掘工作面巡检机器人，属于特种机器人

技术介绍
煤炭是我国的主体能源，也是最经济和可以清洁高效利用的能源。我国煤炭以井工开采为主，经过多年发展，矿井生产的机械化、信息化和自动化程度得到很大提高，井下安全形势得到好转，各类事故率和人员死亡率均大幅下降。但是井工开采的井下环境复杂，还是有各类事故发生。煤矿五大自然灾害为水、瓦斯、煤尘、火和顶板。顶板灾害是煤矿最常见、最容易发生的事故。在煤矿五大灾害中，无论是发生次数，还是死亡人数，顶板事故都居煤矿各类事故之首。随着工作面的开采，煤层上面的顶板岩层失去了支撑，原来的压力平衡遭到破坏，煤层顶板在上覆岩层压力的作用下，发生变形、破坏。如果我们支护不及时或支护强度不够，很容易使工作面的顶板岩层发生断裂和冒落，造成人员伤亡和财产及设备的损失。煤层中常伴随瓦斯(甲烷等)，若与一定浓度的煤尘混合形成易燃易爆气体，容易引发爆炸事故。同时煤层中的瓦斯有时伴随一氧化碳等有害气体，对井下工作人员生命安全造成极大威胁。矿井突水是掘进或采矿过程中当巷道揭穿导水断裂、富水溶洞,大量地下水突然涌入矿山井巷的现象。矿井突水是煤矿生产过程最具威胁的灾害之一，人员伤亡大，经济损失列于煤矿三大事故的榜首。因此，对井下的瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、氧气、煤尘浓度、顶板变形和采掘设备运行情况的监测关乎生产安全和工作人员安全。现有的腿式机器人运动效率低，控制复杂，无法满足井下的复杂的环境要求。轮式机器人具有结构简单、高速度、控制简单、运动稳定和低能耗等优点，但是它不适合于跨越像沟壑、通过泥泞路面等，越障能力、通过性差。履带式机器人相比轮式机器人有着较强的地形适应能力，在陡峭地形、复杂环境下有着较高的越障能力和良好的环境适应性，但由于存在较大的摩擦阻力，其能耗很高且运动速度较低。因此，针对井下复杂的环境，单一的行走方式已不能够满足需要。煤矿井下岩巷环境十分恶劣，瓦斯、煤尘、碎岩、沟壑、积水、泥泞等复杂情况相互交织，地面上的机器人的防爆性、防水性、绝缘性、通过性均不能够满足井下采掘工作面的使用要求。为推进煤矿安全发展，进一步实现采掘工作面的智能化和无人化，亟需一种具备自主移动、感知、预警和图像采集功能的采掘工作面巡检机器人。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种采掘工作面巡检机器人，其满足煤矿井下采掘工作面的防爆、防水、绝缘的要求，可以实现对采掘工作面有害气体、温度、粉尘、设备运行状态、顶板变形情况、突涌水情况和煤壁情况进行检测，并将数据信息通过无线通信网络上传到井上控制中心，进行实时监控与分析。且能够在各种路况条件下实现轮式和履带式的自由转换，满足不同路况的需求，提高地形适应性。本技术的技术方案如下：一种采掘工作面巡检机器人，包括机体、防爆全向车载云台、传感器集成模块、防爆红外摄像头、本安型无线通讯器；机体包括机架、防爆伺服电机、传动装置、独立悬挂装置、行走装置、防爆舵机、隔爆本安电源和隔爆箱；防爆伺服电机、隔爆本安电源、防爆舵机、隔爆箱均设置在机架底部；四个独立悬挂装置对称设置在机架的前后左右，并分别连接行走装置；防爆伺服电机通过传动装置驱动行走装置；防爆舵机与独立悬挂装置连接，控制行走装置的转向；机架的前后两端各设置有一个防爆红外摄像头，防爆全向车载云台通过转向台安装在机架上，防爆全向车载云台包括防爆摄像机和防爆LED红外灯，本安型无线通讯器设置在机架上；隔爆箱内设置有主控制器、伺服电机控制器、离合制动控制器、电缸控制器、舵机控制器及数据信息处理器；传感器集成模块、防爆红外摄像头、防爆摄像机、防爆LED红外灯分别与数据信息处理器连接；数据信息处理器、伺服电机控制器、离合制动控制器、电缸控制器、舵机控制器、本安型无线通讯器、防爆本安电源、防爆摄像机、防爆LED红外灯分别与主控制器连接。优选的，所述行走装置包括行星齿轮减速机构、活动组合式轮毂机构和橡胶履带传动机构；行星齿轮减速机构通过防爆电缸、支撑杆与活动组合式轮毂机构连接，通过防爆电缸工作使活动组合式轮毂机构改变外部形状；橡胶履带传动机构与活动组合式轮毂机构连接，当活动组合式轮毂机构外部形状改变时，实现橡胶履带传动机构的轮式形态与履带式形态之间的转换。优选的，所述行星齿轮减速机构包括前行星架、后行星架、驱动轴、太阳轮、行星轴、行星轮、防爆制动器和防爆离合器；太阳轮固定安装在驱动轴上，且驱动轴穿过后行星架通过万向联轴器连接传动装置；行星轮通过轴承连接安装在行星轴上，三个行星轮与太阳轮相啮合，行星轴连接于前行星架和后行星架之间，防爆制动器和防爆离合器安装于驱动轴上并位于后行星架一侧。优选的，所述活动组合式轮毂机构包括毂板、加强板和承重轴；防爆电缸固定安装在前行星架上，防爆电缸支柱的两侧对称铰接毂板，每侧毂板通过承重轴对应连接加强板，支撑杆一端与毂板铰接、另一端与前行星架或后行星架铰接。优选的，所述活动组合式轮毂机构包括十二块毂板，每四块毂板对称铰接于同一防爆电缸支柱的两侧。此设计的好处是，采用十二块毂板就可组成圆形轮毂，同时采用最少三个防爆电缸就可实现十二块毂板在圆形轮毂和履带形态之间的转换。优选的，所述橡胶履带传动机构包括橡胶履带、驱动轮、承重轮；行星轮左右两侧各有一个驱动轮且驱动轮安装于行星轴上，承重轮安装在毂板与加强板之间的承重轴上，橡胶履带包裹着驱动轮和承重轮，且橡胶履带内侧与驱动轮啮合。优选的，所述毂板与加强板之间布置有四个承重轮。优选的，所述独立悬挂装置包括上摆臂、下摆臂、转向支架、减震器和方向机连杆；上摆臂的一端与转向支架和减震器分别铰接、另一端与机架铰接，减震器的另一端与机架铰接，下摆臂两端分别与转向支架和机架铰接，方向机连杆一端与转向支架铰接、另一端与防爆舵机连接。优选的，所述防爆伺服电机、防爆舵机、防爆离合器、防爆制动器、防爆电缸分别由伺服电机控制器、舵机控制器、离合制动控制器、电缸控制器进行连接控制。此设计的好处是，上述控制器统一由主控制器控制，以使各部分能够相互协调工作。优选的，所述传动装置包括前主轴、后主轴、主轴万向联轴器、差速器；防爆伺服电机集成有减速器，前主轴与防爆伺服电机连接，后主轴通过主轴万向联轴器与防爆伺服电机连接，前主轴和后主轴的另一端各自连接差速器，差速器的两个输出轴分别与左右两侧的万向联轴器连接。优选的，所述防爆舵机与方向机连杆之间通过齿轮齿条结构连接。此设计的好处是，方向机连杆上有齿条结构，防爆舵机与方向机连杆形成齿轮齿条结构，以此实现行走装置的转向。优选的，所述传感器集成模块包含煤尘检测仪、甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、温度传感器和姿态传感器。此设计的好处是，传感器集成模块为一集合模块，能够获取多种数据信息，并将数据信息传输给主控制器，以此作为巡检机器人相应工作状态调整的依据。优选的，所述机架的四周设置有多个接近传感器，接近传感器与数据信息处理器连接。本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采掘工作面巡检机器人，其特征在于，包括机体、防爆全向车载云台、传感器集成模块、防爆红外摄像头、本安型无线通讯器；/n机体包括机架、防爆伺服电机、传动装置、独立悬挂装置、行走装置、防爆舵机、隔爆本安电源和隔爆箱；防爆伺服电机、隔爆本安电源、防爆舵机、隔爆箱均设置在机架底部；四个独立悬挂装置对称设置在机架的前后左右，并分别连接行走装置；防爆伺服电机通过传动装置驱动行走装置；防爆舵机与独立悬挂装置连接，控制行走装置的转向；/n机架的前后两端各设置有一个防爆红外摄像头，防爆全向车载云台通过转向台安装在机架上，防爆全向车载云台包括防爆摄像机和防爆LED红外灯，本安型无线通讯器设置在机架上；/n隔爆箱内设置有主控制器、伺服电机控制器、离合制动控制器、电缸控制器、舵机控制器及数据信息处理器；传感器集成模块、防爆红外摄像头、防爆摄像机、防爆LED红外灯分别与数据信息处理器连接；数据信息处理器、伺服电机控制器、离合制动控制器、电缸控制器、舵机控制器、本安型无线通讯器、防爆本安电源、防爆摄像机、防爆LED红外灯分别与主控制器连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种采掘工作面巡检机器人，其特征在于，包括机体、防爆全向车载云台、传感器集成模块、防爆红外摄像头、本安型无线通讯器；
机体包括机架、防爆伺服电机、传动装置、独立悬挂装置、行走装置、防爆舵机、隔爆本安电源和隔爆箱；防爆伺服电机、隔爆本安电源、防爆舵机、隔爆箱均设置在机架底部；四个独立悬挂装置对称设置在机架的前后左右，并分别连接行走装置；防爆伺服电机通过传动装置驱动行走装置；防爆舵机与独立悬挂装置连接，控制行走装置的转向；
机架的前后两端各设置有一个防爆红外摄像头，防爆全向车载云台通过转向台安装在机架上，防爆全向车载云台包括防爆摄像机和防爆LED红外灯，本安型无线通讯器设置在机架上；
隔爆箱内设置有主控制器、伺服电机控制器、离合制动控制器、电缸控制器、舵机控制器及数据信息处理器；传感器集成模块、防爆红外摄像头、防爆摄像机、防爆LED红外灯分别与数据信息处理器连接；数据信息处理器、伺服电机控制器、离合制动控制器、电缸控制器、舵机控制器、本安型无线通讯器、防爆本安电源、防爆摄像机、防爆LED红外灯分别与主控制器连接。


2.如权利要求1所述的采掘工作面巡检机器人，其特征在于，所述行走装置包括行星齿轮减速机构、活动组合式轮毂机构和橡胶履带传动机构；行星齿轮减速机构通过防爆电缸、支撑杆与活动组合式轮毂机构连接，通过防爆电缸工作使活动组合式轮毂机构改变外部形状；橡胶履带传动机构与活动组合式轮毂机构连接，当活动组合式轮毂机构外部形状改变时，实现橡胶履带传动机构的轮式形态与履带式形态之间的转换。


3.如权利要求2所述的采掘工作面巡检机器人，其特征在于，所述行星齿轮减速机构包括前行星架、后行星架、驱动轴、太阳轮、行星轴、行星轮、防爆制动器和防爆离合器；太阳轮固定安装在驱动轴上，且驱动轴穿过后行星架通过万向联轴器连接传动装置；行星轮通过轴承连接安装在行星轴上，三个行星轮与太阳轮相啮合，行星轴连接于前行星架和后行星架之间，防...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆良，孙志远，万丽荣，戴汉政，田明倩，杨扬，逯振国，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：新型
国别省市：山东;37