[发明专利]煤矿井下救援机器人控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种煤矿井下救援机器人控制系统，包括远程操控端和机器人本体端，远程操控端通过通讯模块发送控制指令遥控机器人的运动、接收机器人本体端上传到数据信息处理后变成直观的信息；其特征在于：所述的机器人本体端包括

用于检测井下现场的多种气体浓度、风速风向、机器人腔体及外部的温湿度的环境感知模块；

用于检测机器人的位置姿态以及检测机器人控制系统线路状态及续航能力的自身感知模块；

用于检测机器人两侧短距离内的障碍物以及检测机器人前后侧的长距离内地障碍物的避障模块；

用于执行控制指令驱动机器人执行动作的驱动模块；

用于生成定位和环境地图的构建进而规划机器人的运动轨迹的自主导航模块；

用于控制冷却剂阀门的启停间隔以及阀门的开度的自动降温模块；

用于采集图像数据和扫描数据并转换成数字信号的视觉感知模块；

用于采集环境感知模块、自身感知模块、避障模块、驱动模块、自动降温模块的数据的数据采集及控制模块。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下救援机器人控制系统，其特征在于：所述的环境感知模块包括温湿度传感器、甲烷传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器和风速风向传感器。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下救援机器人控制系统，其特征在于：所述的自身感知模块包括三轴光纤陀螺仪、三轴精密加速度计、力矩传感器、电流传感器、电压传感器和电量传感器；用三轴光纤陀螺仪、三轴精密加速度计、力矩传感器检测机器人的位置姿态，用电流传感器、电压传感器、电量传感器来检测机器人控制系统线路状态及续航能力。

4.根据权利要求1所述的煤矿井下救援机器人控制系统，其特征在于：所述的避障模块包括红外传感器和超声波传感器，红外传感器检测机器人两侧短距离内的障碍物，超声波传感器检测机器人前后侧的长距离内地障碍物。

5.根据权利要求1所述的煤矿井下救援机器人控制系统，其特征在于：所述的驱动模块包括行走机构的电机驱动器及编码器、摆臂电机驱动器及编码器、光纤收放电机驱动器及编码器，驱动模块与数据采集控制模块交换数据，执行控制指令驱动机器人执行动作。

6.根据权利要求1所述的煤矿井下救援机器人控制系统，其特征在于：所述的自主导航模块包括图像处理器、路径规划模块和地图生成模块，图像处理器处理视觉感知的数据生成定位和环境地图的构建进而规划机器人的运动轨迹。

7.根据权利要求1所述的煤矿井下救援机器人控制系统，其特征在于：所述的视觉感知模块包括全景摄像头、低照度摄像头，红外成像仪、三维激光扫描雷达和DSP采集处理单元，DSP采集处理单元采集图像数据和扫描数据并转换成数字信号，以相应的格式存储。

8.根据权利要求1所述的煤矿井下救援机器人控制系统，其特征在于：所述的自动降温模块包括冷却剂容器开关阀、百分比阀和溢出阀，数据采集及控制模块根据控制指令打开冷却剂容器开关阀，按设定的温度调整百分比阀的开度大小，到达设定压力后打开溢出阀。

9.根据权利要求1所述的煤矿井下救援机器人控制系统，其特征在于：所述的数据采集及控制模块微控制器及外设、数据采集单元、以太网单元、CAN单元，采集处理CAN网络上的环境感知模块、自身感知模块、避障模块、驱动模块、自动降温模块的数据，通过以太网传到通讯网络；处理发来的控制信息生成相应的控制指令通过CAN网络控制行走电机、摆臂电机、光纤收放电机及降温模块的阀组。

10.一种煤矿井下救援机器人控制方法，采用权利要求1-9中的控制系统，其特征在于：包括远程监控模式和自主导航模式；

远程监控模式由通讯模块、远程监控模块、数据采集及控制模块、视频感知模块、环境感知模块、自身感知模块、避障模块、驱动模块组成，远程监控模块装载于远程操控端，其他模块装载于机器人本体端；具体步骤如下：

1)控制系统开启并自检；

2)搭建通信网络，检测通讯是否良好；

3)视频感知模块、环境感知模块、自身感知模块、避障模块把相关信息传到远程监控模块，远程监控模块处理并显示机器人的位置姿态、自身状况及环境状况；

4)远程监控模块通过通讯模块将控制指令传送到数据采集控制模块；

5)数据采集控制模块处理后通过CAN网络传到驱动模块相应的驱动器，驱动煤矿井下机器人动作执行；

6)重复步骤3～5，实现远程控制机器人的动作，监测机器人本身及现场的信息；

自主导航模式由视觉感知、数据采集及控制模块、视频感知模块、环境感知模块、自身感知模块、避障模块、驱动模块组成，所有模块均装载于机器人本体；具体步骤如下：

1)控制系统开启并自检；

2)搭建通信网络，检测通讯是否良好；

3)视觉感知模块采集图像、地理扫描信息，处理后存储到内存；

4)自主导航模块读取内存的数据，进行处理计算，规划机器人的行走轨迹，并发指令到数据采集控制模块；

5)数据采集控制模块处理后通过CAN网络传到驱动模块相应的驱动器，驱动煤矿井下机器人动作执行；

6)重复步骤3～5，实现煤矿井下机器人的自主导航。