專利名稱：一種煤礦井下救援探測機器人的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領域，具體地說是一種煤礦井下救援探測 機器人。
背景技術(shù)：
當前，我國已成為世界煤炭生產(chǎn)和消耗的第一大國。同時，我國 也是發(fā)生煤礦安全事故最多的國家，煤礦安全事故造成了嚴重的財產(chǎn) 損失和惡劣的社會影響。由于礦難原因和礦難現(xiàn)場情況不明，救援人 員在搶險中遇難的情況時有發(fā)生。如果在救援前釆用可替代人的自動 化設備深入礦井探測礦難位置和礦難現(xiàn)場情況，就能在確保救援人員 安全的前提下實施高效率救援，最大限度地減少人員和財產(chǎn)損失。因 此研制一種具有避障、越障、跨越溝渠、爬坡等能力，可以在爆炸性 氣體環(huán)境的l區(qū)工作，具有隔爆、防塵、防水的性能的探測機器人已 成為亟待解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供 一種煤礦井下救援探測機器人，可以在爆 炸性氣體環(huán)境的l區(qū)工作，具有隔爆、防塵、防水的性能以及避障、 越障、跨越溝渠、爬坡等能力。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的
本發(fā)明包括箱體、主動輪及光纖收放機構(gòu)，主動輪對稱設置在箱
體的兩側(cè)，與箱體內(nèi)的驅(qū)動裝置相連接；光纖收放機構(gòu)安裝在箱體內(nèi)，
光纖收入機構(gòu)及驅(qū)動裝置中的驅(qū)動電機分別與控制系統(tǒng)電連接。
其中所述驅(qū)動裝置有兩個、彼此反向安裝在箱體內(nèi)，分別驅(qū)動 箱體兩側(cè)的主動輪；每一個驅(qū)動裝置均包括第一驅(qū)動電機、行星減速
機、第一驅(qū)動軸、主動鏈輪、從動鏈輪、傳動滾子鏈及輸出軸，第一 驅(qū)動軸通過行星減速機與第一驅(qū)動電機相連接，在第一驅(qū)動軸上套設
有主動鏈輪；輸出軸安裝在箱體上并由箱體穿出，穿出端設有主動輪， 在輸出軸上套設有從動鏈輪，通過傳動滾子鏈與主動鏈輪相連接；在 主動輪與箱體之間設有安裝在箱體上的減震裝置；減震裝置包括固定支架、活動支架、支柱及彈簧，固定支架安裝在箱體的外側(cè)面，固定
支架上均布有通孔；活動支架包括上、下臺板及軸，軸的兩端分別固
接在上、下臺板上，軸上設有隔板，帶有隔板的軸由通孔穿過，可在
通孔內(nèi)往復運動；通孔內(nèi)、隔板的上下兩側(cè)均設有抵接在隔板上的彈 簧；在活動支架的上、下臺板之間安裝有與輸出軸相連接的支柱；所 述光纖收放機構(gòu)安裝在箱體內(nèi)后部的獨立艙體，包括光纖纏繞輪盤、 連桿、曲軸、行星減速器、第二驅(qū)動電機、第二驅(qū)動軸、蝸桿、蝸輪、 正齒輪及擺爪，第二驅(qū)動軸的一端通過行星減速器與第二驅(qū)動電機相 連，另一端分別連接有蝸桿及第一正齒輪；蝸輪位于蝸桿的上方、與 蝸桿嚙合傳動，蝸輪上設有曲軸，曲軸通過連桿與擺爪相連；光纖纏 繞輪盤安裝在獨立艙體上，輪盤軸的端部套設有與蝸桿上第一正齒輪 嚙合傳動的第二正齒輪；獨立艙體上設有導軌，擺爪可往復移動地安 裝在導軌上；主動輪為四個，對稱設置在箱體的兩側(cè)；主動輪的直徑 大于箱體的高度。
本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為
1. 結(jié)構(gòu)簡單、靈活。本發(fā)明自身結(jié)構(gòu)簡單，可以在惡劣的環(huán)境 中完成復雜的工作；兩個電機分別驅(qū)動左右兩個主動輪，相同的速度 實現(xiàn)前進和后退，差速實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。
2. 大直徑輪具有良好的爬坡和越障性能。本發(fā)明選用直徑大于 車箱體高度的大直徑主動輪，這樣的結(jié)構(gòu)更有利于在復雜的地形條件 下行走，即使不慎發(fā)生傾翻，也不會影響其行走功能。
3. 在主動輪與箱體之間安裝了減震裝置，在不影響機器人工作 的同時，延長了機器人的使用壽命。
4. 由于無線通訊在井下巷道中會受到嚴重的回波干擾，以及信 號的急劇衰減，本發(fā)明釆用光纖傳輸替代無線通訊；本發(fā)明自帶光纜 及收放裝置，在行進過程中自主鋪設光纜；與控制平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 的光纖可通過光纖收放機構(gòu)控制收放，有效地控制了光纖回收時的纏 繞位置。
5. 車體釆取整體隔爆的設計形式，完全按照GB3836對爆炸性氣 體環(huán)境用電器設備的要求進行隔爆設計。本發(fā)明可以在煤礦井下礦難 現(xiàn)場的含有爆炸性氣體環(huán)境的1區(qū)工作，同時具有防塵、防水的性能。
圖l為本發(fā)明的整體裝配結(jié)構(gòu)示意5圖2為圖1的仰視圖; 圖3為本發(fā)明減震裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明光纖收入機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明控制系統(tǒng)流程其中l(wèi)為箱體，2為主動輪，3為第一驅(qū)動電機，4為行星減速 機，5為光纖收放機構(gòu)，6為減震裝置，7為輸出軸，8為從動鏈輪， 9為傳動滾子鏈，IO為第一驅(qū)動軸，ll為主動鏈輪，12為固定支架， 13為活動支架，14為支柱，15為彈簧，16為光纖纏繞輪盤，17為 連桿，18為曲軸，19為行星減速器，20為第二驅(qū)動電機，21為第二 驅(qū)動軸，22為蝸桿，23為蝸輪，24為第一正齒輪，25為擺爪，26 為高能量密度鋰離子動力電池，27為控制系統(tǒng)，28為輪盤軸，29為 第二正齒輪，30為隔板，31為通孔，32為軸，33為上臺板，34為 下臺板，35為導軌。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。
如圖l、圖2所示，本發(fā)明包括箱體l、主動輪2及光纖收放機 構(gòu)5,主動輪2有四個，與箱體l內(nèi)的驅(qū)動裝置相連接，四個主動輪 對稱設置在箱體l的兩側(cè)，每一側(cè)有兩個主動輪，主動輪2的直徑大 于箱體1的高度；在主動輪2與箱體1之間設有安裝在箱體1上的減 震裝置6。光纖收放機構(gòu)5安裝在箱體1內(nèi)，箱體l內(nèi)還設有控制系 統(tǒng)27，光纖收放機構(gòu)5和驅(qū)動裝置分別與控制系統(tǒng)27電連接。
驅(qū)動裝置有兩個、彼此反向安裝在箱體1內(nèi)，分別驅(qū)動箱體1兩 側(cè)的主動輪；每一個驅(qū)動裝置均包括第一驅(qū)動電機3、行星減速機4、 第一驅(qū)動軸10、主動鏈輪11、從動鏈輪8、傳動滾子鏈9及輸出軸7, 行星減速機4的輸入軸與第一驅(qū)動電機3相連，行星減速機4的輸出 軸端開有內(nèi)孔，與第一驅(qū)動軸10鍵連；在第一驅(qū)動軸IO上套設有主 動鏈輪ll,主動鏈輪11與第一驅(qū)動軸10鍵連；輸出軸7通過軸承 與安裝在箱體1側(cè)面的減震裝置6相連，輸出軸7由箱體l穿出，穿 出端設有主動輪2,在輸出軸7上套設有從動鏈輪8,從動鏈輪8與 輸出軸7鍵連，主動鏈輪11通過傳動滾子鏈9與從動鏈輪8相連接； 第一驅(qū)動電機3與控制系統(tǒng)27電連接。
如圖3所示，減震裝置6包括固定支架12、活動支架13、支柱 14及彈簧15,固定支架12安裝在箱體1的外側(cè)面，固定支架12上均布有兩個通孔31;活動支架13包括上、下臺板33、 34及兩個軸 32，軸32的兩端分別固接在上、下臺板33、 34上，軸32上設有隔 板30,帶有隔板30的軸32由通孔31穿過，可在通孔31內(nèi)往復運 動；隔板30將通孔31分成兩部分，每一部分均設有抵接在隔板30 上的彈簧15,彈簧15共四個；在活動支架13的上、下臺板33、 34
之間安裝有支柱14,通過軸承與輸出軸7相連接，可帶動輸出軸相 對于箱體l移動。
如圖4所示，光纖收放機構(gòu)5安裝在箱體1內(nèi)后部的獨立艙體， 包括光纖纏繞輪盤16、連桿17、曲軸18、行星減速器19、第二驅(qū)動 電機20、第二驅(qū)動軸21、蝸桿22、蝸輪23、第一、二正齒輪24、 29及擺爪25,行星減速器19的輸入軸與第二驅(qū)動電機20相連，行 星減速器19的輸出軸端開有內(nèi)孔，與第二驅(qū)動軸21鍵連，蝸桿22 和第一正齒輪24分別與第二驅(qū)動軸21鍵連；蝸輪23位于蝸桿22的 上方、與蝸桿22嚙合傳動，蝸輪23上設有與其鍵連的曲軸18,曲 軸18通過連桿17與擺爪25相連，連桿17—端與曲軸18鉸接，另 一端與擺爪25鉸接；光纖纏繞輪盤16通過軸承與固定在箱體1上的 獨立艙體側(cè)壁相連接，輪盤軸28的端部套設有與第二驅(qū)動軸21上第 一正齒輪24嚙合傳動的第二正齒輪29;獨立艙體上設有導軌35,擺 爪25作為滑塊可往復移動地安裝在導軌35上；第二驅(qū)動電機20與 控制系統(tǒng)27電連接。
本發(fā)明原理及工作過程為
本發(fā)明的控制部分由高能量密度鋰離子動力電池26和控制系統(tǒng) 27 (本發(fā)明的控制系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù))組成，能夠?qū)γ旱V井下救援探測 機器人進行運動控制，以及通過纏繞在光纖纏繞輪盤16上的光纖與 控制平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。如圖5所示，煤礦井下救援探測機器人工作 時，控制系統(tǒng)27啟動，系統(tǒng)自檢，如果自檢發(fā)現(xiàn)異常，則電機下電， 停止工作；如果自檢正常，機器人在原地靜止，光端機啟動，接收遙 控指令，如果停止指令，則電機下電，工作結(jié)東；如果不停止指令， 根據(jù)遙控指令使機器人做前進、后退、轉(zhuǎn)彎等動作，并通過光纖傳輸 視頻、車體狀態(tài)等信息。煤礦井下救援探測機器人具體工作過程為 第一驅(qū)動電機3接收到遙控指令后工作，通過行星減速機4帶動第一 驅(qū)動軸IO旋轉(zhuǎn)，與第一驅(qū)動軸IO鍵連的主動鏈輪11在第一驅(qū)動軸 10的帶動下一同旋轉(zhuǎn)，進而通過傳動滾子鏈9驅(qū)動從動鏈輪8旋轉(zhuǎn)；輸出軸7與從動鏈輪8鍵連，在從動鏈輪8的帶動下，輸出軸7旋轉(zhuǎn), 驅(qū)動主動輪2旋轉(zhuǎn)。當箱體l左右兩側(cè)的主動輪旋轉(zhuǎn)速度相同時，機
器人向前或向后移動；當箱體l左右兩側(cè)的主動輪旋轉(zhuǎn)速度不同時， 機器人轉(zhuǎn)彎。第二驅(qū)動電機20接收到遙控指令后工作，通過行星減 速器19帶動第二驅(qū)動軸21旋轉(zhuǎn)，與第二驅(qū)動軸21鍵連的蝸桿22及 第一正齒輪24在第二驅(qū)動軸21的帶動下同速旋轉(zhuǎn)，蝸桿22與蝸輪 23嚙合傳動，帶動蝸輪23旋轉(zhuǎn)，蝸輪23帶動一個曲軸一連桿一滑 塊機構(gòu)，擺爪25作為滑塊在導軌35上往復運動，用以限制回收光纖 時光纖在光纖纏繞輪盤16上的纏繞位置；第一正齒輪24通過與第二 正齒輪29的嚙合傳動，帶動光纖纏繞輪盤16旋轉(zhuǎn)，光纖纏繞輪盤 16與曲軸18的轉(zhuǎn)速比由蝸輪23蝸桿22的傳動比和正齒輪24的傳 動比預先設定，以便有效地控制光纖回收時光纖在光纖纏繞輪盤16 上的纏繞位置。
本發(fā)明的四個主動輪的輪胎為巿購產(chǎn)品，購置于為焦作巿恒成橡 膠有限公司生產(chǎn)的礦用防爆輪胎，規(guī)格4. 00-12。
權(quán)利要求
1.一種煤礦井下救援探測機器人，其特征在于包括箱體(1)、主動輪(2)及光纖收放機構(gòu)(5)，主動輪(2)對稱設置在箱體(1)的兩側(cè)，與箱體(1)內(nèi)的驅(qū)動裝置相連接；光纖收放機構(gòu)(5)安裝在箱體(1)內(nèi)，光纖收入機構(gòu)(5)及驅(qū)動裝置中的驅(qū)動電機分別與控制系統(tǒng)(27)電連接。
2. 按權(quán)利要求l所述的煤礦井下救援探測機器人，其特征在于 所述驅(qū)動裝置有兩個、彼此反向安裝在箱體U)內(nèi)，分別驅(qū)動箱體 兩側(cè)的主動輪；每一個驅(qū)動裝置均包括第一驅(qū)動電機(3)、行星減速 機(4 )、第一驅(qū)動軸(10 )、主動鏈輪(11 )、從動鏈輪(8 )、傳動滾 子鏈(9)及輸出軸(7),第一驅(qū)動軸(10)通過行星減速機(4)與 第一驅(qū)動電機(3)相連接，在第一驅(qū)動軸(10)上套設有主動鏈輪(11) ;輸出軸(7)安裝在箱體(1)上并由箱體(1)穿出，穿出端 設有主動輪(2),在輸出軸(7)上套設有從動鏈輪(8)，通過傳動 滾子鏈(9)與主動鏈輪(11)相連接。
3. 按權(quán)利要求l所述的煤礦井下救援探測機器人，其特征在于 在主動輪(2)與箱體(1)之間設有安裝在箱體(1)上的減震裝置(6)。
4. 按權(quán)利要求3所述的煤礦井下救援探測機器人，其特征在于 所述減震裝置(6 )包括固定支架(12 )、活動支架(13 )、支柱(14 ) 及彈簧(15),固定支架(12)安裝在箱體(1)的外側(cè)面，固定支架(12) 上均布有通孔(31);活動支架(13)包括上、下臺板(33、 34)及軸(32),軸(3"的兩端分別固接在上、下臺板(33、 34) 上，軸(32)上設有隔板(30)，帶有隔板(30)的軸(32)由通孔(31)穿過，可在通孔(31)內(nèi)往復運動；通孔(31)內(nèi)、隔板(30) 的上下兩側(cè)均設有抵接在隔板(30 )上的彈簧(15 );在活動支架(13 ) 的上、下臺板(33、 34)之間安裝有與輸出軸(7)相連接的支柱(14)。
5. 按權(quán)利要求l所述的煤礦井下救援探測機器人，其特征在于 所述光纖收放機構(gòu)(5)安裝在箱體(1)內(nèi)后部的獨立艙體，包括光 纖纏繞輪盤(16)、連桿(17)、曲軸(18)、行星減速器(19)、第二 驅(qū)動電機(20)、第二驅(qū)動軸(21)、蝸桿(22:)、蝸輪(23)、正齒輪及擺爪(25),第二驅(qū)動軸(21)的一端通過行星減速器(19)與第二驅(qū)動電機(20)相連，另一端分別連接有蝸桿(22)及第一正齒輪 (24);蝸輪(23)位于蝸桿(22)的上方、與蝸桿(22)嚙合傳動， 蝸輪(23)上設有曲軸(18)，曲軸(18)通過連桿(17)與擺爪(25) 相連；光纖纏繞輪盤(16)安裝在獨立艙體上，輪盤軸(28)的端部 套設有與蝸桿(")上第一正齒輪(24 )嚙合傳動的第二正齒輪(")； 獨立艙體上設有導軌(35 )，擺爪(25 )可往復移動地安裝在導軌(35 ) 上。
6.按權(quán)利要求l所述的煤礦井下救援探測機器人，其特征在于 主動輪(2)為四個，對稱設置在箱體(1)的兩側(cè)；主動輪(2)的 直徑大于箱體(1)的高度。
全文摘要
本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領域，具體地說是一種煤礦井下救援探測機器人。包括箱體、主動輪及光纖收放機構(gòu)，主動輪對稱設置在箱體的兩側(cè)，與箱體內(nèi)的驅(qū)動裝置相連接；光纖收放機構(gòu)安裝在箱體內(nèi)，光纖收入機構(gòu)及驅(qū)動裝置中的驅(qū)動電機分別與控制系統(tǒng)電連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、靈活；大直徑輪具有良好的爬坡和越障性能；在主動輪與箱體之間安裝了減震裝置，在不影響機器人工作的同時，延長了機器人的使用壽命；本發(fā)明與控制平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w可通過光纖收入機構(gòu)控制收放，有效地控制了光纖回收時的纏繞位置；車體采取整體隔爆的設計形式，可以在煤礦井下礦難現(xiàn)場的含有爆炸性氣體環(huán)境的1區(qū)工作，同時具有防塵、防水的性能。
文檔編號B62D63/02GK101643096SQ200810012729
公開日2010年2月10日 申請日期2008年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者吳鎮(zhèn)煒, 郎智明, 華 鐘, 韓建達 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所