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煤矿探测与救援机器人

      每每当大家从新闻中看到某某煤矿因其工作条件恶劣等原因发生事故,都会无比心痛,希望可以加大预防工作防止事故产生的同时也希望可以提高救援工作的效率,抓住最佳搜救时间救出更多生命。有很多矿井发生瓦斯爆炸等事故后,救援人员是很难进入救援现场的,而此时,救援机器人便是最好的选择,它们可进入井下进行环境探测以及对被困人员实施救援。

      下面小编通过本文向您介绍:采用多台可编程控制器(PLC)的分布式测控系统的煤矿探测与救援机器人,煤矿探测与救援机器人是一种救灾特种机器人,当煤矿矿井发生瓦斯爆炸等事故后,可进入井下进行环境探测以及对被困人员实施救援。

      让我们先来了解一下现在世界上救援机器人的发展状况:美国劳工部采矿安全与健康监管中心(MSHA)资助美国圣地亚智能系统与机器人中心(ISRC)研制的RATLER矿井救灾机器人,如下图所示。该机器人能够远程遥控进入矿井并带回所需的各种信息,配置有前置摄像头、危险气体传感器,采用无线信号传输方式,信号传输的距离为80m。

      目前国内在救援机器人方面也有自己的研究成果:下图所示的矿井救灾机器人,由中国某大学救灾机器人研究所研制,是第一台用于煤矿救灾的机器人,如图3所示,该机器人采用履带式行走机构,配置低照度摄像头,能够在烟雾和粉尘环境下获取井下视频信息,同时装备水、药品、工具等救灾物资,能帮助被困者展开自救。

      国内外煤矿救灾机器人的总体发展水平并不高,还没有非常成熟的产品,当前只能完成一些辅助性的工作,要完全替代救灾人员完成井下探测与搜救工作,还需要开展大量的研究工作。

      煤矿救援机器人的核心技术主要包括高可靠性高通过性能移动机器人平台、任务执行操作臂、救灾机器人基于井下环境的运动控制、救灾机器人基于井下环境的防护设计、井下环境感知、井下环境高可靠性通信、高功率大容量能源驱动装置等,另外也需要结合矿井建设及信息系统改造来提高煤矿救灾机器人在各个矿井中的适用性。

      机器人由机械运载分系统、电气驱动分系统、控制分系统、通讯分系统、光学与传感器分系统、电源供电分系统和遥控箱组成。

      矿难后矿井下环境复杂,地形坑洼不平,有煤渣、碎石和电线等障碍物。为了实现机器人在井下能够正常行进,其机械分系统采用六履带式结构,可灵活调整机器人形状,从而具有较强的越障能力。机器人平地时展开前后摆臂履带,可减小对地压强,利于跨越沟壑;上坡时抬起前摆臂进行爬坡;下坡时下压前摆臂,可减小冲击;折叠前后摆臂后机器人体积减小,便于运输和存储。机器人前端有一根据需要可安装或拆卸的机械手臂,用于清除前方障碍物。机械结构上在保证强度的同时尽可能减轻重量,动力传动装置采用直流电机和蓄电池供电。

      机器人有两种工作方式:人工遥控模式,此模式下机器人完全按照遥操作人员发出的指令行动,完成井下的受困人员的搜索和救援等任务;自主运动模式,机器人对所携带的各种传感器的信息进行数据融合,进行智能决策和控制,实现避障和跨沟等功能,从而拥有一定的自主运动能力。

      矿难发生后井下环境变复杂,如温度升高、湿度增大和瓦斯等有毒气体浓度上升等,拥有能够可靠工作的控制系统对机器人正常工作有重要意义,因此要求其控制系统具有稳定性高、可靠性强和实时性好等性能。机器人采用基于多PLC的分布式控制系统设计,每个PLC负责各自不同的功能,从而增强了机器人系统的稳定性、可靠性和鲁棒性。

      通过使用上位机,操作人员对机器人上的摄像头传回画面进行判断,做出相应的操作,可使煤矿救援机器人更好地工作,完成搜救、勘测任务。

      煤矿探测与救援机器人采用的分布式测控系统,提高了机器的稳定工作,即使在一个模块发生故障时也不会导致整个系统的瘫痪。机器人的煤矿井下大量实践证明,此分布式控制系统设计是合理、可靠和实用的,可使机器人在矿难灾后工作中发挥重要作用。

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