[发明专利]煤矿井下同步穿越机器人

权利要求书

1.一种煤矿井下同步穿越机器人，其特征是：该系统包括：前端同步穿越机器人(1)，后端操控平台(2)，工作面超宽带基站(5)，地面机房超宽带基站(6)，井下通信总站(7)，地面通信总站(8)，矿井环网(10)。其中，前端同步穿越机器人(1)布置在矿井工作面(3)中，后端操控平台(2)布置在地面工作机房(4)中。后端操控平台(2)与地面机房超宽带基站(6)通过超宽带无线电进行实时通信，地面机房超宽带基站(6)与地面通信总站(8)通过双绞线连接通信；前端同步穿越机器人(1)与工作面超宽带基站(5)通过超宽带无线电进行实时通信，工作面超宽带基站(5)与井下通信总站(7)通过双绞线连接通信；井下通信总站(7)与地面通信总站(8)通过光纤(9)接入矿井环网(10)中并实时通信。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下同步穿越机器人，其特征是：所述的前端同步穿越机器人(1)，其特征是：该系统包括：头部机构(11)，高清双目摄像头(12)，音频交互系统(13)，颈部Z轴旋转电机(14)，头部X轴旋转电机(15)，气体传感器(16)，探照大灯(17)，机器人手臂(18)，机器人机身工控机(19)，机器人仿生手掌(20)，机器人行走底盘(21)，机器人行走步进电机(22)。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下同步穿越机器人，其特征是：所述的后端操控平台(2)，其特征是：该系统包括：头部高清图传音频眼镜(23)，操控平台基架(24)，基架连接臂(25)，肩部Y轴旋转连接机构(26)，肩部X轴旋转连接机构(27)，手臂连接机构(28)，肘部X轴旋转连接机构(29)，手部动作捕捉手套(30)，手部三轴微陀螺仪(31)，行走部操控踏板(32)，行走电机正反向开关(33)。

4.一种用权利要求1所述的煤矿井下同步穿越机器人同步穿越实现方法，其特征是：

(1)将多台后端操控平台布置于地面工作机房中，每台操控平台中部署一名驾驶员，通过操控平台内置的多种类传感器，实时检测驾驶员头部动作信息、躯干手臂动作信息、手掌手指动作信息以及脚部动作信息，将多种类的肢体信息通过操控平台中内置的工控机处理后，利用超宽带无线电通信模块传输至机房超宽带通信基站，进而利用交换机通信系统传输至地面通信总站，通过光纤系统传输至矿井环网中；

(2)对应的，将多台前端同步穿越机器人布置于井下危险工作面中，该同步穿越机器人的运动机构自由度与后端操控平台所检测的驾驶员肢体信息保持完全一致；同时，前端机器人机身搭载双目视觉传感器、音频系统及气体传感器；

(3)机器人工作时，实时获取工作面的图像信息、声音信息以及气体信息，通过超宽带通信系统反馈至工作面通信基站和地下通信总站，进而通过光纤系统传输至矿井环网中，与后端操控平台进行数据交换；通过整套高带宽的矿井通信系统，将工作面中的机器人所检测的视觉、声音、气体等临场信息实时地传输至操控平台中，驾驶员通过高清图传音频眼镜实时获取机器人临场信息，从而做出相应的动作指令；

(4)后端操控平台中，高清图传音频眼镜中搭载X轴、Z轴微陀螺仪，用以检测驾驶员头部X轴和Z轴的转动角度；左右两根基架连接臂通过刻度滑槽与操控台基架相连接，用以检测驾驶员躯干绕Z轴旋转的角度；肩部Y轴旋转连接机构和肩部X轴旋转连接机构内分别搭载轴编码器，用以检测驾驶员大臂绕Y轴及X轴旋转的角度；手臂连接机构可调节长度，用以匹配不同驾驶员的手臂长度；肘部X轴旋转连接机构内搭载轴编码器，用以检测驾驶员小臂绕X轴转动角度；每部手部动作捕捉手套内搭载5台微型轴编码器，每台微型轴编码器与驾驶员每根手指通过特殊刚性连杆相连接，手指关节运动角度与微型轴编码器角度刻度一一对应，通过微型轴编码器旋转角度进而确定手指关节动作信息；每部手部动作捕捉手套上搭载一台三轴微机械陀螺仪，将手掌的三轴姿态信息转化为数字信号；行走部控制踏板分为左右两根踏板，分别由驾驶员左右脚进行控制，左右踏板绕X轴的转动信息分别对应行走部左右电机的转速，行走电机正反向开关控制行走部电机正反转向；

(5)通过整套高带宽的矿井通信系统，将驾驶员的肢体指令信息与工作面的工况临场信息进行实时交互，驾驶员根据机器人现场获取的信息做出相应的肢体动作，井下机器人根据驾驶员肢体动作信号实时驱动对应的步进电机旋转，进而完成与驾驶员相对应的同步动作，最终完成所需的矿井作业，实现“人在回路”的远程人机同步穿越控制。