煤矿井下危险区域探测机器人平台制造技术

本发明专利技术涉及一种煤矿井下危险区域探测机器人平台，其包括正压壳体、设置于正压壳体外部的行走单元和辅助臂单元、以及设置于正压壳体内部的行走驱动电机单元、辅助臂电机单元和正压保护系统，行走单元与行走驱动电机单元连接，辅助臂单元与辅助臂电机单元连接；所述正压保护系统包括控制装置、安全阀和若干排气口，控制装置分别与电源、流量传感器、压力传感器和电磁阀连接，流量传感器与截止阀Ⅱ连接，电磁阀的一个接口依次与调速阀和其中一个排气口连接，电磁阀的另一个接口连接于高压气瓶与截止阀Ⅲ相连的管道上；若干排气口中的其余排气口均与截止阀Ⅰ连接；所述安全阀、截止阀Ⅰ、截止阀Ⅱ和截止阀Ⅲ均密封设置于正压壳体后端面上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种移动机器人平台，特别是一种适用于煤矿井下危险区域进行环境 信息探测的履带式移动机器人平台。
技术介绍
目前世界上55%的用电来自火力发电，另外金属冶炼、工业锅炉等每年也要消耗 大量的煤炭，煤炭是目前人类社会生活中最主要的能源。我国是煤炭大国，已探明的煤炭储 量仅次于美国。同时，我国煤炭开采机械化程度很低，很多矿井(尤其是私营矿井)管理不完 善，每年都有瓦斯爆炸、火灾、透水、塌方等矿难发生，其中瓦斯爆炸发生最为频繁，造成很 大的人员伤亡和财产损失。矿难发生后，煤矿井下地形环境复杂、充满各种爆炸性气体，对 各种爆炸性气体的探测以及对井下被困人员的搜索是矿难发生后抢险救灾的关键，但该阶 段对救护队员有极大的危险性。 为减少矿难发生后，在抢险救灾过程中的人员伤亡，国外已研制出RATLER矿井探 索机器人、Simbot矿井搜索机器人、V2煤矿救援机器人等。国内，中国矿业大学研制了一种 煤矿井下搜救机器人(申请号200810019993. 1)，该机器人采用带辅助臂的双履带行走机 构，对井下的复杂地形环境具有较强的适应能力，并且将行走驱动单元、电源模块、控制单 元等电气部分封闭在一个隔爆外壳内，达到了煤矿井下作业的安全要求。但由于采用隔爆 方式，使机器人整体质量大大增加，不便于救护队员携带和运输，同时减小了机器人的负载 能力并增加了功率消耗。中国科学院沈阳自动化研究所设计了一种四轮式煤矿井下救援探 测机器人(申请号2008100127289. 5)，并进行了隔爆设计，但四轮式移动机构越障能力差， 无法适应煤矿井下阶梯上(下)山、铁轨、枕木以及壕沟等复杂地形环境。国内另有多篇专利 文献涉及煤矿井下移动机器人(申请号200810079879.8，申请号200510027369.2，申请 号200610150840. 1 )，但这些文献中均没有提及防爆技术，达不到在煤矿井下进行作业的 安全要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种质量轻、易于携带和运输、负载能力强、能耗低、适应能力强的煤矿井下危险区域探测机器人平台。 为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案一种煤矿井下危险区域探测机器人平台，其包括正压壳体、设置于正压壳体外部的行 走单元和辅助臂单元、以及设置于正压壳体内部的行走驱动电机单元、辅助臂驱动电机单 元和正压保护系统，行走单元与行走驱动电机单元连接，辅助臂单元与辅助臂驱动电机单 元连接；所述正压保护系统包括控制装置、安全阀和若干排气口 ，控制装置分别与电源、流 量传感器、压力传感器和电磁阀连接，流量传感器与截止阀II连接，电磁阀的一个接口依次 与调速阀和其中一个排气口连接，电磁阀的另一个接口连接于高压气瓶与截止阀III相连的管道上；若干排气口中的其余排气口均与截止阀I连接；所述安全阀、截止阀I 、截止阀n 和截止阀III均密封设置于正压壳体后端面上。 所述正压壳体由铜铝合金铸造加工而成，正压壳体前后两端面上开有透孔，透孔 内部分别安装有热像仪、摄像头和照明灯；安装热像仪的透孔处用锗玻璃和密封圈进行静 密封，安装摄像头和照明灯的透孔处用石英玻璃和密封圈进行静密封；所述锗玻璃和石英 玻璃由压盖固定在玻璃固定座内，在压盖与锗玻璃或石英玻璃之间均安装有密封垫；正压 壳体左右两侧有两个侧盖，分别用密封圈进行静密封；正压壳体上部的上盖上安装有天线 和控制外部设备的信号线接口 ，所述上盖与正压壳体的侧面立板之间采用密封圈进行静密 封；正压壳体前端两侧有用于固定驱动轴的侧向圆孔，驱动轴与正压壳体间采用密封圈进 行旋转动密封。 所述行走单元包括左右两个前轮空心轴，两个前轮空心轴分别设置于正压壳体前端两侧的侧向圆孔内，前轮空心轴上安装有前驱动轮，前驱动轮外部设有与后轮连接的主履带，后轮为光轮，后轮通过安装轴安装于正压壳体侧面后端两侧，且安装轴与正压壳体之间设有调整螺钉；所述前驱动轮与后轮之间正压壳体上安装有履带支撑轮。 所述行走驱动电机单元包括与电源连接的两个驱动电机，两驱动电机的输出轴上分别设有同步带轮，同步带轮上设有与位于正压壳体内的前轮空心轴上的同步带轮连接的同步带。 所述辅助臂单元包括蜗轮轴，蜗轮轴穿过前轮空心轴，蜗轮轴外端上安装有辅助臂，辅助臂的前端设有滚轮，滚轮外部设有与前驱动轮连接的辅助臂履带。 所述辅助臂驱动电机单元包括驱动电机，驱动电机与蜗轮蜗杆减速箱连接，蜗轮蜗杆减速箱与蜗轮轴的设于正压壳体内的一端连接。 本专利技术的正压壳体由铜铝合金铸造加工而成，具有一定的强度和刚度。正压壳体 将控制系统、电源、行走驱动单元等封闭并保护在具有一定正压的环境中，使煤矿井下危险 区域的爆炸性气体不能进入到正压壳体内，从而达到防爆的目的。正压壳体前后两端开有 透孔，透孔内部分别安装有热像仪、摄像头和照明灯。安装热像仪的透孔处用锗玻璃和密封 圈进行静密封、安装摄像头和照明灯的透孔处用石英玻璃和密封圈进行静密封。正压壳体 左右两则有两个侧盖，分别用密封圈进行静密封。上盖安装有天线和控制外部设备的信号 线接口 ，上盖与正压壳体之间采用密封圈进行静密封。正压壳体前端两侧有侧向圆孔，用于 固定驱动轴，驱动轴与正压壳体间采用密封圈进行旋转动密封。 行走驱动单元由行走驱动电机、同步带轮、同步带、前轮空心轴、前驱动轮、主履带 等组成。电机轴上安装有同步带轮，通过同步带驱动一端安装有同步带轮的前轮空心轴，从 而驱动与前轮空心轴固定在一起的前驱动轮。驱动电机、同步带轮、同步带安装在正压壳体 内部，前轮空心轴连接正压壳体内部的同步带轮和外部的前驱动轮。前轮空心轴与正压壳 体之间用密封圈进行旋转动密封。 辅助臂单元由辅助臂、辅助臂履带、蜗轮轴、蜗轮蜗杆减速箱及驱动电机等组成。 辅助臂由蜗轮蜗杆减速箱通过蜗轮轴驱动，可做整周转动或摆动，用来增强机器人平台的 越障能力。蜗轮蜗杆减速箱的蜗杆与驱动电机输出轴连接，安装在正压壳体内部。蜗轮轴 穿过前轮空心轴与辅助臂连接，且二者之间用密封圈进行旋转动密封。辅助臂履带和主履 带均由前驱动轮驱动，具有相同的运动速度。 正压保护系统安全装置由压力传感器、高压气瓶、电磁阀、安全阀、调速阀、排气 口、截止阀、流量传感器及计算机组成。压力传感器实时检测正压壳体内的压力，当检测到 的压力低于200pa时，计算机向电磁阀发出指令，由高压气瓶向正压壳体内充保护气体，充 气速度由调速阀控制，当正压壳体内压力达到1000pa时，停止充气。当检测压力低于100pa 时，表明高压气瓶中已没有高压气体或机器人平台出现故障，计算机立即切断机器人平台 总电源，停止工作。机器人平台每次进入危险区域工作前必须对正压壳体进行换气，换气量 由流量传感器检测，根据GB3836. 5-2004的规定，换气量至少5倍于正压壳体容积。 采用如上技术方案的煤矿井下危险区域探测机器人平台具有如下优点(1)采用 正压防爆，达到煤矿井下作业的安全要求；(2)采用履带移动方式，可适应煤矿井下的复杂 地形环境；(3)安装有辅助臂，机器人的越障能力强；(4)质量轻，便于携带。附图说明 图1是本专利技术煤矿井下危险区域探测机器人平台的立体示意图； 图2是本专利技术的正压壳体； 图3是本专利技术的驱动系统原理图； 图4是本专利技术的正压壳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤矿井下危险区域探测机器人平台，其特征在于：其包括正压壳体、设置于正压壳体外部的行走单元和辅助臂单元、以及设置于正压壳体内部的行走驱动电机单元、辅助臂驱动电机单元和正压保护系统，行走单元与行走驱动电机单元连接，辅助臂单元与辅助臂驱动电机单元连接；所述正压保护系统包括控制装置、安全阀和若干排气口，控制装置分别与电源、流量传感器、压力传感器和电磁阀连接，流量传感器与截止阀Ⅱ连接，电磁阀的一个接口依次与调速阀和其中一个排气口连接，电磁阀的另一个接口连接于高压气瓶与截止阀Ⅲ相连的管道上；若干排气口中的其余排气口均与截止阀Ⅰ连接；所述安全阀、截止阀Ⅰ、截止阀Ⅱ和截止阀Ⅲ均密封设置于正压壳体后端面上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李贻斌，宋锐，荣学文，宋先明，孙中坦，吴磊，孟庆志，谢爱珍，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]