多节履带式煤矿井下搜索机器人设计.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：《机器人技术基础》大作业智能搜索机器人设计——多节履带式煤矿井下搜索机器人设计班级：32010704班设计小组：张吉红、刘志伟、李泽宇、潘永飞、沈晓川、孙琛时间：2010年12月29日目录机器人设计目的·····················2机器人结构设计·····················32.1煤矿事故现场环境分析················42.2煤矿搜索机器人总体结构设计·············42.3煤矿搜索机器人行走履带设计·············52.3.1履带接地应力和地面承载能力··········62.3.2地面最大推力·················72.3.3地面最大推力牵引力的影响因素·········82.4煤矿搜索机器人关节模块设计·············92.5煤矿搜索机器人单元模块设计·············102.6煤矿搜索机器人运动驱动设计·············123.小结···························13机器人设计目的近年来随着原油价格不断攀高国际能源紧张局面再次显现。我国有着储量丰富的煤炭资源是目前经济发展和社会运行的主要能源之一全球能源紧张局势的加剧和经济高速发展的迫切需要对煤炭的需求量快速增长促使许多煤矿超量超载运营。由于对安全保障设施投入的不足或各种非法的开采导致矿难事故不断发生对人民的生命安全构成了严重的威胁给社会财产造成了严重的损失。据统计：2005年全国煤矿共发生死亡事故3341起死亡5986人；一次死亡10人以上特大事故58起死亡1739人；一次死亡3-9人重大事故210起死亡886人。从2004年四季度到2005年发生的百人以上的矿难事故就有6起。2006年1至4月份全国煤矿发生安全事故死亡1154人发生一次死亡3-9人的重大事故44起一次死亡10人以上特大事故4起一次死亡30人以上特别重大事故1起2006年全国煤矿共发生事故294起、死亡4746人。全国煤矿平均2.5天就发生一起一次死亡3人以上的重特大事故。矿难事故主要包括瓦斯事故、粉尘爆炸事故、顶板事故、水害事故、运输事故等其中以瓦斯事故最为严重死亡人数所占比例最大。2005年全国煤矿发生瓦斯事故405起死亡2157人瓦斯事故死亡人数占全国煤矿事故总死亡人数的36.0%。煤矿井下发生瓦斯、煤尘等爆炸事故后井下环境异常凶险抢险人员一般难以在第一时间进入往往在井上等待很长时间直到井下情况有所好转才能下井耽误了宝贵的救援时间。事故专家和决策者也由于缺少信息无法及时做出判断和决策许多矿工因救援不及时而丧生。基于此本文提出一种多节履带式搜索机器人携带各类传感器等检测设备先于抢险人员进入井下发挥自身越障功能到达矿井深处探测井下爆炸事故破坏和环境、人员情况并通过分散在巷道内的小型通讯节点利用无线通讯手段将信息以声、像和数据的形式实时反馈到控制中心辅助指挥人员进行紧急决策或实施快速、有效的救助。该项目研究对提高煤矿事故应急抢险能力、减少人员伤亡、决策建议具有重要的意义同时也促进了机器人技术的研究、应用和推广。为煤矿事故处理过程中更安全、更快速地搜索被困人员、侦察和监督危险地域情况提供一种替代人工作业的高效煤矿井下搜索探测机器人为减少人员伤亡、确保安全生产提供有力支持为煤矿生产现代化、提升煤矿安全生产水平起到积极的推进作用。本文研究的机器人除用于煤矿矿井安全生产探测以及用于抢险目的外还可用于地铁硫矿、铜矿爆炸等生产矿山和其它事故灾害现场广阔的推广领域极大地提高了其社会效益和经济效益。单元模块对于完成搜救任务的机器人可以分为如下五个系统：机械系统、控制系统、通信系统、传感系统和能源供给系统。功能实现在此基础上发展适当的智能控制进入到半自主和遥控相结合的阶段机器人能够辨别障碍构建电子地图并进行自主避障、路径规划、路径跟踪、任务规划等。并进一步提高机器人的搜索能力包括特征识别、环境识别具体为辨认幸存者和环境结构。未来将提高机器人的视觉、机械和远程医疗的能力机器人将能够救助已经没有意识的幸存者能够在非结构环境中开辟通道可以对幸存者进行医疗救助。2.机器人结构设计2.1煤矿事故现场环境分析煤矿事故发生后井下呈现出非常复杂的非结构化环境尤其发生爆炸后各种碎片散落堆积、并可能伴有积水、淤泥等对煤矿搜索机器人来讲环境异常恶劣图2-1显示了矿井下的一些情况。通过分析煤矿发生事故后的地形可以总结为：(1)入口狭小；(2)有限的空间；(3)地面有积水；(4)爆炸腐蚀气体；(5)到处充满碎片不稳定结构；(6)缺少照明；(7)通讯困难GPS不能用。2.2煤矿搜索机器人总体结构设计通过对煤矿搜索机器人使