[發明專利]煤礦井下同步穿越機器人

在審

• 申請號: 202011498765.4
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112621778A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 符世琛;王東杰;馬源
• 申請（專利權）人: 北京建筑大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J13/00;B25J13/08;B25J3/00;B62D57/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種煤礦井下同步穿越機器人，其特征是：該系統包括：前端同步穿越機器人(1)，后端操控平臺(2)，工作面超寬帶基站(5)，地面機房超寬帶基站(6)，井下通信總站(7)，地面通信總站(8)，礦井環網(10)。其中，前端同步穿越機器人(1)布置在礦井工作面(3)中，后端操控平臺(2)布置在地面工作機房(4)中。后端操控平臺(2)與地面機房超寬帶基站(6)通過超寬帶無線電進行實時通信，地面機房超寬帶基站(6)與地面通信總站(8)通過雙絞線連接通信；前端同步穿越機器人(1)與工作面超寬帶基站(5)通過超寬帶無線電進行實時通信，工作面超寬帶基站(5)與井下通信總站(7)通過雙絞線連接通信；井下通信總站(7)與地面通信總站(8)通過光纖(9)接入礦井環網(10)中并實時通信。

2.根據權利要求1所述的煤礦井下同步穿越機器人，其特征是：所述的前端同步穿越機器人(1)，其特征是：該系統包括：頭部機構(11)，高清雙目攝像頭(12)，音頻交互系統(13)，頸部Z軸旋轉電機(14)，頭部X軸旋轉電機(15)，氣體傳感器(16)，探照大燈(17)，機器人手臂(18)，機器人機身工控機(19)，機器人仿生手掌(20)，機器人行走底盤(21)，機器人行走步進電機(22)。

3.根據權利要求1所述的煤礦井下同步穿越機器人，其特征是：所述的后端操控平臺(2)，其特征是：該系統包括：頭部高清圖傳音頻眼鏡(23)，操控平臺基架(24)，基架連接臂(25)，肩部Y軸旋轉連接機構(26)，肩部X軸旋轉連接機構(27)，手臂連接機構(28)，肘部X軸旋轉連接機構(29)，手部動作捕捉手套(30)，手部三軸微陀螺儀(31)，行走部操控踏板(32)，行走電機正反向開關(33)。

4.一種用權利要求1所述的煤礦井下同步穿越機器人同步穿越實現方法，其特征是：

(1)將多臺后端操控平臺布置于地面工作機房中，每臺操控平臺中部署一名駕駛員，通過操控平臺內置的多種類傳感器，實時檢測駕駛員頭部動作信息、軀干手臂動作信息、手掌手指動作信息以及腳部動作信息，將多種類的肢體信息通過操控平臺中內置的工控機處理后，利用超寬帶無線電通信模塊傳輸至機房超寬帶通信基站，進而利用交換機通信系統傳輸至地面通信總站，通過光纖系統傳輸至礦井環網中；

(2)對應的，將多臺前端同步穿越機器人布置于井下危險工作面中，該同步穿越機器人的運動機構自由度與后端操控平臺所檢測的駕駛員肢體信息保持完全一致；同時，前端機器人機身搭載雙目視覺傳感器、音頻系統及氣體傳感器；

(3)機器人工作時，實時獲取工作面的圖像信息、聲音信息以及氣體信息，通過超寬帶通信系統反饋至工作面通信基站和地下通信總站，進而通過光纖系統傳輸至礦井環網中，與后端操控平臺進行數據交換；通過整套高帶寬的礦井通信系統，將工作面中的機器人所檢測的視覺、聲音、氣體等臨場信息實時地傳輸至操控平臺中，駕駛員通過高清圖傳音頻眼鏡實時獲取機器人臨場信息，從而做出相應的動作指令；

(4)后端操控平臺中，高清圖傳音頻眼鏡中搭載X軸、Z軸微陀螺儀，用以檢測駕駛員頭部X軸和Z軸的轉動角度；左右兩根基架連接臂通過刻度滑槽與操控臺基架相連接，用以檢測駕駛員軀干繞Z軸旋轉的角度；肩部Y軸旋轉連接機構和肩部X軸旋轉連接機構內分別搭載軸編碼器，用以檢測駕駛員大臂繞Y軸及X軸旋轉的角度；手臂連接機構可調節長度，用以匹配不同駕駛員的手臂長度；肘部X軸旋轉連接機構內搭載軸編碼器，用以檢測駕駛員小臂繞X軸轉動角度；每部手部動作捕捉手套內搭載5臺微型軸編碼器，每臺微型軸編碼器與駕駛員每根手指通過特殊剛性連桿相連接，手指關節運動角度與微型軸編碼器角度刻度一一對應，通過微型軸編碼器旋轉角度進而確定手指關節動作信息；每部手部動作捕捉手套上搭載一臺三軸微機械陀螺儀，將手掌的三軸姿態信息轉化為數字信號；行走部控制踏板分為左右兩根踏板，分別由駕駛員左右腳進行控制，左右踏板繞X軸的轉動信息分別對應行走部左右電機的轉速，行走電機正反向開關控制行走部電機正反轉向；

(5)通過整套高帶寬的礦井通信系統，將駕駛員的肢體指令信息與工作面的工況臨場信息進行實時交互，駕駛員根據機器人現場獲取的信息做出相應的肢體動作，井下機器人根據駕駛員肢體動作信號實時驅動對應的步進電機旋轉，進而完成與駕駛員相對應的同步動作，最終完成所需的礦井作業，實現“人在回路”的遠程人機同步穿越控制。