[实用新型]一种煤矿井下掘进巷道空中迈步运输机器人

说明书

本实用新型涉及一种煤矿井下掘进巷道空中迈步运输机器人，属于煤矿机械运输设备技术领域，本实用新型的煤矿井下掘进巷道空中迈步运输机器人包括储料箱、伸缩机构、垂帘防护装置、检测系统、框架平台、行走器Ⅰ、行走器Ⅱ、行走器Ⅲ、行走器Ⅳ、行走器Ⅴ、行走器Ⅵ、垂直陀螺仪系统、移动装置、控制系统、液压系统和遥控器，控制系统同时与遥控器联锁，实现远距离遥控操作，通过光缆，实现地面遥控。本实用新型实现无人值守或少人值守，符合国家安全要求和安全政策；实现空中迈步行走，占用空间小、设备外型小、灵活性好、工作效率高。

技术领域

本实用新型涉及煤矿机械运输设备技术领域，特别是涉及一种煤矿井下掘进巷道空中迈步运输机器人。

背景技术

国家煤矿安全监察局公告(2019年第1号)，《煤矿机器人重点研发目录》中明确了井下掘进巷道运输机器人的研发方向，井下巷道运输机械化、智能化、无人化是今后发展趋势，特别是人工成本的增加、煤矿安全的要求等因素，对智能化、机械化运输的要求也越来越高；如何减少安全隐患、无人值守或少人值守，是煤矿急需解决的技术难题；由于受防爆、光线、粉尘、地面条件等因素的限制，成功应用在煤矿井下掘进巷道内的机器人很少，正在处于研究阶段。

足式机器人国内外目前常用的驱动形式主要有电动和液压，由于液压驱动具有负载能力强、功率密度高、无级变速、能承受较大冲击、系统的刚度高和响应快等优点，成为高性能户外重载四足机器人的首要选择。美国波士顿动力公司研制的“BigDog”四足机器人，意大利技术研究院研制的“HYQ”四足机器人，国内山东大学研制的“SCalf”四足机器人等，都采用的是液压驱动方式，各关节处采用液压缸直线驱动实现足式机器人关节转动，然而，直线液压缸驱动关节转动，其安装与运动空间需求大，对应关节转动角度小，不能满足足式机器人关节大运动转角的特殊场合运动性能要求；其次，关节运动转速与直线液压缸移动速度的速比随运动位置不同而不同，同理直线液压缸输出力随运动位置不同也不同，这种速度与力不均衡的缺点，使得关节运动的力与速度控制难度增加，不利于足式机器人运动实现，也阻碍了液压驱动足式机器人关节设计思路；此外，传统的非对称直线型液压缸，液压伺服控制模型相对复杂，给控制算法增加了难度；这种机器人不适合于煤矿井下掘进巷道内的环境。

仿生机器人的发展是机器人发展的高级阶段，其采用的仿生物特性的设计不仅使机器人的运动更灵活、控制更精确，而且其特定的结构可以更好的满足某些特殊的工作要求。目前，世界上很多国家的科研机构都在着力研究仿生机器人，仿生机器人己逐渐应用于抢险救灾、科研探索等领域，特别是在人类难以到达或很危险的作业环境下工作。仿生机器人的发展经历了原始探索、仿生仿型、机电与生物系统融合三个阶段。随着现代科技的快速发展，仿生机器人正迈向更加智能、更加符合生物结构特性的方向。但是，如今仿生机器人还存在很多问题，包括：结构模型相对简单、对生物机理揭示不足、驱动方式能量利用率较低、控制无法达到足够精确等，现有的运输机器人重量沉、体积大，且只能平地运输，很多场合不能应用，更不适合于煤矿井下掘进巷道内的环境。

目前主要的运输方案为：

1)目前掘进迎头一段距离，约30000mm，大部分采用人工运输：在掘进迎头附近，掘进机宽度约3000mm至3800mm，长约8000mm至10000mm；皮带运输机最大外形宽度约1500mm，长约10000mm，而巷道宽度约 4000mm至5000mm；在巷道内，掘进机和皮带运输机两侧预留的空间狭窄，运输车辆很难通过，单轨吊虽然能从皮带运输机(偏一侧)的一侧通过，但很难从掘进机一侧通过，掘进机长度方向这段距离仍需要人工运输。

2)专利号为201721426485.6的实用新型专利《一种四足机器人》，授权公告日2018年5月11日；专利号为201810675697.0的实用新型专利《一种新型仿生多足运输机器人及使用方法》，申请公布号 CN108995732A，申请公布日2018年12月14日；这两项专利主要存在不足：①四足自由度多，故障率高；②承载力小；③结构复杂，且不适用于空中抓锚杆迈步；④对于防爆、防尘、光线、检测等问题没有研究。