[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

本發明公開了一種煤礦井下同步穿越機器人，該系統包括前端同步穿越機器人、后端操控平臺和礦井通信系統。其中，前端同步穿越機器人布置在礦井工作面中；后端操控平臺布置在地面工作機房中，由駕駛員操作；礦井通信系統由局域UWB通信定位系統、光纖系統及礦井環網組成。通過整套高帶寬的礦井通信系統，駕駛員的肢體指令信息可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一一對應的機器人關節步進電機旋轉，進而完成與駕駛員相對應的同步穿越動作，實現“人在回路”的遠程人機同步穿越控制，最終完成所需的礦井工作面無人化作業。

技術領域

本發明涉及一種礦用機器人，特別是涉及一種煤礦井下同步穿越機器人。

背景技術

我國作為世界第一煤炭大國，在未來相當長的時期內，煤礦資源在我國的資源格局中仍會占據著重要地位。我國煤礦從業人員中，從事采煤、掘進、運輸、安控等危險、艱苦、繁重、重復性高的工作崗位人員占比在60％以上，一旦發生事故，就會造成重大損失。因此亟需大范圍使用具備“自主感知、自主學習、自主決策”的各類作業機器人來大幅度減少井下作業人員，減少人身傷亡事故。煤礦機器人的大規模應用，必將在大幅度降低煤礦事故的基礎上有效提升采煤效率，成為解決“事故”難題的關鍵。因此研發應用煤礦機器人有利于減少井下作業人數、降低安全風險、提高生產效率、減輕礦工勞動強度，有利于解決煤礦招工難等問題，對推動煤炭開采技術革命、實現煤炭工業高質量發展、保障國家能源安全供應、建設安全高效綠色智慧礦山具有重要意義。

但是，煤礦井下工況條件十分復雜，各工種間的配合要求程度很高。因此，以傳統方式開發完全自主化的各類煤礦井下機器人，旨在完全替代礦井工人是極其困難的；以電腦完全代替人腦協調地處理井下各方面的海量復雜信息，研發出煤礦井下完全無人干預的理想礦井機器人是極難實現的，煤礦機器人獨立自主地完成復雜任務甚至是不可能的。這主要是由以下兩方面的因素造成的：1)煤礦機器人所處的井下環境往往具有復雜性、動態性和不可預測性；2)煤礦機器人對環境感知的不可靠性、與環境交互過程中產生的不確定性。傳統的示教再現或預編程作業方式因對環境的適應能力差，只能從事一些簡單重復的工作。而由于受計算機、控制、人工智能和機構等關鍵支撐技術發展的制約，目前研制出能在非結構化環境下進行完全自主工作的全自主煤礦機器人這一目標還難以實現。此外，難以實現全工種的煤礦機器人同步研發，這就導致煤礦開采中的各個環節自動化程度極不均衡，難以實現煤炭開采的技術革命。

因此，為了保障高效綠色智慧煤礦的實現，有必要開展一種煤礦井下機器人研發的新思路。在這種情況下，一個自然的構想是將人的經驗智慧和機器人的智能結合起來，將人作為控制系統中的一個環節參與到機器人的控制中，利用人腦進行高層次的任務規劃和命令設計，利用機器人完成任務執行工作，這樣既發揮了人類智能的關鍵性決策作用，也可發揮機器人的任務執行能力，實現了人的感知能力和行為能力的延伸，從而可以利用機器人完成非結構化煤礦井下環境中復雜的作業。煤礦井下同步穿越機器人系統就是這樣的人機協作系統，這種“人在回路”的遙操作系統相對于完全自主的機器人系統的優點就是使系統具有了人的推理能力、任務規劃能力和及時調整的能力，從而減少了系統控制的復雜性，并提高了可靠性。

本發明涉及一種以人腦為決策單元，高清圖像音頻等傳感器為感知單元，物理機械機構為執行單元，高帶寬的無線電傳輸模塊為通信單元的通用型煤礦井下同步穿越機器人。使得礦井機械設備真正成為人類肢體的延伸，進而實現煤礦井下完全無人化作業的終極狀態。此通用型的煤礦同步穿越機器人的另一個現實意義在于，對現有煤礦所投入的所有設備無需更新換代，以機器人的機械機構代替工人的肢體進行同步穿越操控原有設備，進而節省巨大的設備換代成本。

鑒于現有煤礦發展現狀和迫切需求，為了實現礦井工作面的無人化作業，將礦井工作人員徹底從礦井危險工作面的繁重危險的工作中解救出來，經過不斷的研究及設計，并經反復試驗及改進后，終于創設出確具實用價值的本發明。

發明內容