申请/专利权人：山东科技大学

申请日：2019-08-28

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN110410152B

主分类号：E21F17/18

分类号：E21F17/18;G08C17/02;H04N23/57;H04N7/18;B62D57/02;B25J11/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.11.29#实质审查的生效;2019.11.05#公开

摘要：本发明涉及一种采掘工作面巡检机器人及其应用，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。本发明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。

主权项：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；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；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；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；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；所述防爆舵机与方向机连杆之间通过齿轮齿条结构连接；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。

全文数据：一种采掘工作面巡检机器人及其应用技术领域本发明涉及一种采掘工作面巡检机器人及其应用，属于特种机器人技术领域。背景技术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。发明内容针对现有技术的不足，本发明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。本发明还提供上述一种采掘工作面巡检机器人的工作方法。本发明的技术方案如下：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。一种采掘工作面巡检机器人的工作方法，包括以下步骤：在采掘工作面，巡检机器人通过传感器集成模块对采掘工作面的煤尘、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氧气的浓度进行检测，同时温度传感器检测工作面环境温度，通过姿态传感器和接近传感器检测自身周围障碍和自身位姿，防爆红外摄像头与防爆全向车载云台相互配合，对地面路况、突涌水情况、顶板变形情况及设备运行情况进行实时监控，将采集到的数据信息传入数据信息处理器中，进行数据的转换处理后，传输到主控制器中；主控制器通过本安型无线通讯器与控制中心进行实时通讯，将采掘工作面的数据信息传输给控制中心，接收控制中心的控制命令，然后由主控制器统一向伺服电机控制器、离合制动控制器、电缸控制器、舵机控制器下发程序指令，使防爆伺服电机、防爆舵机、防爆离合器、防爆制动器、防爆电缸相互协调作业；巡检机器人具有两种行走模式，轮式与履带式，根据地面路况决定：当需要轮式形态行驶时，防爆电缸收起防爆电缸支柱，毂板向内收缩组成圆形轮毂，防爆制动器分离，防爆离合器接合闭锁行星排，整个行星排与橡胶履带跟随驱动轴同步转动，从而实现由履带式向轮式形态的转换；或当需要履带式形态行驶时，防爆制动器接合，防爆离合器分离，驱动轴驱动太阳轮，太阳轮带动行星轮，进而带动驱动轮驱动橡胶履带，防爆电缸升起防爆电缸支柱，毂板向外扩散组成三角形轮毂，从而实现由轮式向履带式形态的转换。本发明的有益效果在于：1本发明采掘工作面巡检机器人，设置了防爆红外摄像头和防爆全向车载云台，能够实时监控工作面顶板变形、突涌水和设备运行情况，设置了温度传感器和多种气体传感器，能够实时监测工作面的温度和有害气体浓度，并将数据信息通过本安型无线通讯器传输到井上控制中心，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。2本发明采掘工作面巡检机器人，行走装置设置了行星齿轮减速机构、活动组合式轮毂机构和橡胶履带传动机构，能够通过防爆制动器、防爆离合器和防爆电缸的相互配合控制轮式与履带式形态之间的相互转换，因此可以根据采掘工作面巡检机器人行驶的需要进行快速的形态转换，在平坦硬路面上，转换成轮式形态，从而提高行驶速度，降低功率消耗；在松软地面上，转换成履带式形态，从而增大接地面积，提高牵引力，提高通过性，进而提高采掘工作面巡检机器人的工作效率。3本发明采掘工作面巡检机器人，结构设计科学合理，操作使用方便，替代了人工在采掘工作面的巡检作业，能够全面地收集温度、湿度、有害气体、顶板形变等多种信息，并能够及时传输到井上控制中心，从而实现巡检机器人的实时操控，针对不同的作业环境做出相应的调整，其具有工作效率高，适用范围广的优点。附图说明图1为采掘工作面巡检机器人轮式形态的结构示意图；图2为采掘工作面巡检机器人系统框图；图3为采掘工作面巡检机器人中机体内部结构布置图；图4为采掘工作面巡检机器人轮式形态的结构简图；图5为采掘工作面巡检机器人履带式形态的结构简图；图6为采掘工作面巡检机器人中行走装置轮式形态的结构示意图；图7为采掘工作面巡检机器人中行走装置与独立悬挂装置连接方式结构示意图；图8为采掘工作面巡检机器人中行走装置履带式形态的结构示意图；图9为采掘工作面巡检机器人中行走装置轮式形态下轮毂的结构示意图；图10为采掘工作面巡检机器人中行走装置履带式形态下轮毂的结构示意图；图11为采掘工作面巡检机器人中行走装置行星减速机构的结构示意图；图12为采掘工作面巡检机器人中行走装置活动式毂板与承重轮安装示意图；图中：1-机体；11-机架；12-防爆伺服电机；13-传动装置；14-独立悬挂装置；141-上摆臂；142-下摆臂；143-转向支架；144-减震器；145-方向机连杆；15-防爆舵机；16-隔爆本安电源；17-本安型无线通讯器；2-隔爆箱；21-主控制器；22-伺服电机控制器；23-离合制动控制器；24-电缸控制器；25-舵机控制器；26-数据信息处理器；27-隔爆箱体；3-信息采集模块；31-防爆红外摄像头；32-防爆全向车载云台；321-防爆摄像机；322-转向台；323-防爆LED红外灯；33-接近传感器；34-传感器集成模块；4-行走装置；41-行星齿轮减速机构；411-前行星架；412-后行星架；413-驱动轴；414-太阳轮；415-行星轴；416-行星轮；417-防爆制动器；418-防爆离合器；419-万向联轴器；42-活动组合式轮毂机构；421-毂板；422-防爆电缸支柱；423-防爆电缸；424-支撑杆；425-加强板；426-承重轴；43-橡胶履带传动机构；431-橡胶履带；432-驱动轮；433-承重轮。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例1：如图1至图12所示，本实施例提供一种采掘工作面巡检机器人，该巡检机器人主要包括机体1、防爆全向车载云台32、传感器集成模块34、防爆红外摄像头31、本安型无线通讯器17；机体1包括机架11、防爆伺服电机12、传动装置13、独立悬挂装置14、行走装置4、防爆舵机15、隔爆本安电源16和隔爆箱2，其中防爆伺服电机12、隔爆本安电源16、防爆舵机15、隔爆箱2均安装在机架11底部。四个独立悬挂装置14对称设置在机架11的前后左右，防爆伺服电机12连接传动装置13，传动装置13连接驱动行走装置，通过万向节实现四驱，防爆舵机15与独立悬挂装置14的方向机连杆145连接，控制巡检机器人的转向，隔爆本安电源16安装于机架11左侧，为巡检机器人提供能源与动力，本安型无线通讯器17安装在机架11上表面，以保障同控制中心的实时通讯。独立悬挂装置14包括上摆臂141、下摆臂142、转向支架143、减震器144和方向机连杆145；上摆臂141的一端与转向支架143和减震器144分别铰接、另一端与机架11铰接，减震器144的另一端与机架11铰接；下摆臂142两端分别与转向支架143和机架11铰接，方向机连杆145一端与转向支架143铰接、另一端设置有齿条且齿条与防爆舵机15输出轴连接的齿轮啮合，后续防爆舵机15通过齿轮齿条结构带动方向机连杆145实现行走装置的转向，转向支架143通过法兰盘与防爆制动器417固定连接。隔爆箱2置于机架右侧，隔爆箱2包括主控制器21、伺服电机控制器22、离合制动控制器23、电缸控制器24、舵机控制器25、数据信息处理器26和隔爆箱体27，上述电气设备均安装于隔爆箱体27内，线缆通过隔爆接口引出引入隔爆箱2。信息采集模块3包括防爆红外摄像头31、防爆全向车载云台32、接近传感器33和传感器集成模块34。防爆红外摄像头31在机架11前后各安装一个，防爆全向车载云台32安装于机架11上方，接近传感器33在机架11的前后左右对称设置八个，传感器集成模块34安装于机架11上方。防爆全向车载云台32包括防爆摄像机321、转向台322和防爆LED红外灯323，两组防爆摄像机321和防爆LED红外灯323分别安装于转向台322的顶端，两组成夹角设计，转向台322能够实现360度的旋转，采用常规设备即可实现，能够避免巡检机器人顶部监控死角。传感器集成模块34包括煤尘检测仪、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。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均选用本安型设备，由于该模块集成有气体传感器和温度传感器，故该模块的外壳留出均匀密布的小孔。机架11的前后左右对称设置有四个行走装置4，每一行走装置4通过独立悬挂装置14与机架11连接。行走装置4包括行星齿轮减速机构41、活动组合式轮毂机构42和橡胶履带传动机构43；行星齿轮减速机构41通过防爆电缸423、支撑杆424与活动组合式轮毂机构42连接，通过防爆电缸423的伸缩工作使活动组合式轮毂机构42改变外部形状；橡胶履带传动机构43与活动组合式轮毂机构42连接，当活动组合式轮毂机构42外部形状改变时，实现橡胶履带传动机构43的轮式形态与履带式形态之间的转换。行星齿轮减速机构41包括前行星架411、后行星架412、驱动轴413、太阳轮414、行星轴415、行星轮416、防爆离合器418和万向联轴器419；太阳轮414固定安装在驱动轴413上，驱动轴413通过万向联轴器419与传动装置13连接，驱动轴413穿过后行星架412，行星轮416通过轴承连接安装在行星轴415上，三个行星轮416与太阳轮414相啮合，并与前行星架411和后行星架412结合组成行星排，行星轴415安装连接于前行星架411和后行星架412之间，防爆离合器418安装于驱动轴413与后行星架412之间。这里的防爆离合器418用来连接或断开后行星架412与驱动轴413，从而决定行星架是否跟随驱动轴413和太阳轮414同步转动。传动装置13为常规设计，主要包括前主轴、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419连接，进而驱动行走装置实现四驱。行星齿轮减速机构41还包括防爆制动器417，防爆制动器417安装于后行星架412与转向支架143之间，这里的防爆制动器417主要是用于使行星架与独立悬挂装置14保持静止，以实现行星传动。本实施例中防爆制动器417、防爆离合器418选用矿用防爆设备。本实施例中共有三个防爆电缸423安装在前行星架411上，三个防爆电缸423之间等间隔分布，防爆电缸支柱422活塞杆为一T型结构，前端为一T型块。活动组合式轮毂机构42包括毂板421、支撑杆424、加强板425和承重轴426；防爆电缸423固定安装在前行星架411上，防爆电缸支柱422的两侧对称铰接毂板421毂板一端铰接在T型块上，每侧毂板421通过承重轴426对应连接加强板425，支撑杆424一端与毂板421铰接、另一端与前行星架411或后行星架412铰接，此时毂板421、防爆电缸支柱422、防爆电缸423和支撑杆424组成含有一个移动副的四连杆机构。本实施例中由十二块毂板421组成轮毂机构，左右两端均安装六块，每四块毂板421对称铰接于同一防爆电缸支柱422的两侧。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，部件少，成本低。橡胶履带传动机构43包括橡胶履带431、驱动轮432、承重轮433；驱动轮432安装于行星轴415并固定连接在行星轮416上，行星轮416左右两端各有一个驱动轮432，驱动轮432与行星轮416同步转动，承重轮433安装在毂板421与加强板425之间的承重轴426上，毂板421与加强板425之间布置有四个承重轮433，橡胶履带431包裹着驱动轮432和承重轮433，且橡胶履带431内侧与驱动轮432啮合。所用电气设备均符合《爆炸性气体环境用电气设备》GB3836-2010系列国家标准，以达到防爆隔爆的使用要求。本实施例技术方案采用矿用防爆型电气设备，同时对一般型电气设备做防爆隔爆处理，并且采用新型行走装置，使巡检机器人可以根据采掘工作面复杂的地形在轮式形态与履带式形态之间相互转换，提高巡检机器人的地形适应能力；采用温度传感器、煤尘检测仪、多种气体传感器和红外摄像头，可以对采掘工作面有害气体、粉尘、温度、顶板变形、煤壁和突涌水情况进行实时监测，并通过本安型无线通讯器传输至控制中心。实施例2：如实施例1所述的采掘工作面巡检机器人的工作方法，具体工作过程如下：采掘工作面巡检机器人工作于采掘工作面，通过传感器集成模块34中的煤尘检测仪、甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器和氧气传感器对采掘工作面的煤尘、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氧气的浓度进行检测，同时温度传感器检测工作面环境温度，通过姿态传感器和接近传感器33检测自身周围障碍和自身位姿，防爆红外摄像头31与防爆全向车载云台32相互配合，对地面路况、突涌水情况、顶板变形情况及设备运行情况进行实时监控。将采集到的数据信息传入数据信息处理器26中，进行数据的转换处理后，传输到主控制器21中。防爆伺服电机12、防爆舵机15、防爆离合器418、防爆制动器417、防爆电缸433分别由伺服电机控制器22、离合制动控制器23、电缸控制器24和舵机控制器25进行控制，上述控制器统一由主控制器21控制，其中防爆离合器418和防爆制动器417统一由离合制动控制器23连接控制，以使各部分能够相互协调工作。主控制器21通过本安型无线通讯器17与控制中心进行实时通讯，将采掘工作面的数据信息传输给控制中心，接收控制中心的控制命令。采掘工作面巡检机器人具有两种运行模式，按照预先设定好的巡视路径对工作面进行监测，或控制中心对机器人的运动进行实时控制。采掘工作面巡检机器人具有两种行走模式：轮式与履带式，其形态的选择由地面路况决定：当需要轮式形态行驶时，防爆电缸423收起防爆电缸支柱433，毂板421向内收缩组成圆形轮毂，防爆制动器417分离，防爆离合器418接合闭锁行星排，整个行星排与橡胶履带锁定并跟随驱动轴413同步转动，从而实现由履带式向轮式形态的转换；当需要履带式形态行驶时，防爆制动器417接合，防爆离合器418分离，驱动轴413驱动太阳轮414，太阳轮414带动行星轮416，进而带动驱动轮432驱动橡胶履带431，防爆电缸433升起防爆电缸支柱432，毂板431向外扩散组成三角形轮毂，从而实现由轮式向履带式形态的转换。在轮履形态转换过程中，通过控制防爆电缸支柱的伸缩，使轮毂的形状发生变化，并且在此过程中保证轮毂外圈周长基本保持不变，以使橡胶履带与驱动轮正确啮合。

权利要求：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。4.如权利要求3所述的采掘工作面巡检机器人，其特征在于，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。5.如权利要求4所述的采掘工作面巡检机器人，其特征在于，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。6.如权利要求4所述的采掘工作面巡检机器人，其特征在于，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。7.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。8.如权利要求3所述的采掘工作面巡检机器人，其特征在于，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。9.如权利要求7所述的采掘工作面巡检机器人，其特征在于，所述防爆舵机与方向机连杆之间通过齿轮齿条结构连接；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。10.一种如权利要求1-9任一项所述的采掘工作面巡检机器人的工作方法，包括以下步骤：在采掘工作面，巡检机器人通过传感器集成模块对采掘工作面的煤尘、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氧气的浓度进行检测，同时温度传感器检测工作面环境温度，通过姿态传感器和接近传感器检测自身周围障碍和自身位姿，防爆红外摄像头与防爆全向车载云台相互配合，对地面路况、突涌水情况、顶板变形情况及设备运行情况进行实时监控，将采集到的数据信息传入数据信息处理器中，进行数据的转换处理后，传输到主控制器中；主控制器通过本安型无线通讯器与控制中心进行实时通讯，将采掘工作面的数据信息传输给控制中心，接收控制中心的控制命令，然后由主控制器统一向伺服电机控制器、离合制动控制器、电缸控制器、舵机控制器下发程序指令，使防爆伺服电机、防爆舵机、防爆离合器、防爆制动器、防爆电缸相互协调作业；巡检机器人具有两种行走模式，轮式与履带式，根据地面路况决定：当需要轮式形态行驶时，防爆电缸收起防爆电缸支柱，毂板向内收缩组成圆形轮毂，防爆制动器分离，防爆离合器接合闭锁行星排，整个行星排与橡胶履带跟随驱动轴同步转动，从而实现由履带式向轮式形态的转换；或当需要履带式形态行驶时，防爆制动器接合，防爆离合器分离，驱动轴驱动太阳轮，太阳轮带动行星轮，进而带动驱动轮驱动橡胶履带，防爆电缸升起防爆电缸支柱，毂板向外扩散组成三角形轮毂，从而实现由轮式向履带式形态的转换。

百度查询： 山东科技大学 一种采掘工作面巡检机器人及其应用

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