煤矿救灾机器人的瓦斯传感器升降装置设1.doc

煤矿救灾机器人的瓦斯传感器升降装置设计 煤炭是我国能源的核心部分，但是，我国大部分煤矿属于高瓦斯矿，在开采前瓦斯抽取难。由于我国煤矿自然条件差，地质条件复杂，我国的煤矿尤其是瓦斯严重的矿井发生灾害事故也居世界首位。根据国家煤矿相关部门的数据分析，矿井瓦斯爆炸事故是我国煤矿的主要灾害。因此，瓦斯灾害事故防治是煤矿安全工作的重中之重。瓦斯爆炸事故后，在发生爆炸后的煤矿井下依然存在着大量瓦斯气体，仍然有可能引起二次爆炸的危险。在这种艰难的情况下就需要救灾机器人来代替救援人员来进行井下的工作，因此，煤矿救灾机器人在矿难后的救援工作中发挥了重要作用，减少了煤矿行业和人民的生命财产的损失。我国矿用救援机器人起步比较晚，技术还不是很成熟，面对一些困难还束手无策，没有很好的解决办法。国内也正在开展煤矿救灾机器人的研究工作，煤矿救灾机器人需要在矿难发生后进入到井下探测，探测矿井内部的瓦斯浓度关键信息，并实时将现场信息传回到井上，为救灾指挥工作提供重要的现场灾难信息。这就要求煤矿救灾机器人与救灾指挥控制端保持良好的通信，并且能够准确的测量各个重要参数，瓦斯是井下的关键参数，而且还要求测量一定高度的瓦斯浓度。本文设计了煤矿救灾机器人的瓦斯传感器升降装置。该装置能够实现在得到前方有障碍的情况下提前将顶端的瓦斯传感器降落下来，以保障救灾机器人能够从障碍下面通过。 1 煤矿救灾机器人的总体介绍 煤矿救灾机器人由于要考虑到在艰难环境下工作，所以就要求具有一定的爬坡功能和一定抗干扰的传感器测量功能，因此机器人安装了摆臂用于爬坡，安装了许多传感器测量井下重要参数，瓦斯传感器升降装置测量一定高度的瓦斯浓度煤矿救灾机器人采用履带式，主动驱动履带侧面安装有摆臂，摆臂的作用是能够攀爬一定高度的斜坡或是石块，在机器人的前面两侧对称安装两个矿灯，在前面正中间位置安装一个摄像头，以便于将井下的可视信息通过视频形式拍下来，然后将信号传输给矿井上指挥人员， 为防爆开关，在运行之前要将机器人的开关按下，接通电源后才能运行， 为防爆接线口，在机器人上面运行的防爆电机和传感器等都需要线路供电和传输信号，在机器人顶部的后面设置了一个电子罗盘，另一侧安装瓦斯传感器升降装置，为升降装置 ，为电机为升降装置提供动力，全部电源由箱体内部的电池供电，通过电源线将电能输出给外部的电机和传感器，当按下开关后就可以通过操作装置控制机器人运动、转向、测量数据、拍摄视频和数据传输等活动，为井上的指挥人员提供帮助。 2 瓦斯传感器升降装置设计 煤矿救灾机器人上的瓦斯升降装置能够自动上升和下降，然后通过控制拉线的松紧度控制升降装置上下移动，当遇到障碍物时通过收线降低装置的高度，当需要测量一定高度的瓦斯浓度的时候就可以通过电机旋转放松拉线，升降柱就可以通里面安装的弹簧将其自动弹起，瓦斯传感器安装在升降柱的最顶端，升降柱是中空分节的，每一节内部之间都安装一个弹簧，拉线在升降柱的里面一端连接在升降柱的最顶端，拉线在升降柱下端经过滚珠从下面的小孔中伸出，拉线中间穿过压线轮8，从压线轮的下面通过连接到卷线轮上，压线轮保证拉线不脱离卷线轮，卷线轮的中心通过键与防爆电机轴相连接，升降装置整体安装在机器人的外壳上表面。 3 升降装置工作原理 为了测量一定高度的瓦斯浓度，瓦斯传感器升降柱平时处于伸长状态，中间使用弹簧支撑，当遇到障碍物时，通过传感器控制电机旋转收线，通过拉线拉动 升降柱顶端下降，升降柱就会在拉力作用下下降，瓦斯传感器就随着升降柱一起下降，机器人就可以从一定高度的物体下面通过去，当通过之后，传感器检测到无障碍信号时，再通过控制器控制伺服电机反向旋转放线，升降柱就会在内部安装的弹簧力的作用下升起来，通过控制器可以控制电机的旋转程度控制收线的程度，间接的控制升降柱的伸缩位置。 4 结论 本文设计的煤矿救灾机器人的瓦斯传感器升降装置，由于瓦斯气体的密度小于空气，因此在井下要测量一定高度的瓦斯浓度，平时在弹簧力的作用下升降柱处于最高点，但是发生事故后的井下充满了大量的障碍物，当在行走中遇到障碍物时，传感器将测量到的障碍信号传给控制器控制伺服电机旋转，收紧拉线牵动升降柱的顶部向下移动，能够自主从障碍物下面通过，当从障碍物底下通过以后由传感器检测到无障碍，然后将信号传给控制器，控制器通过控制电机旋转放线，升降柱在弹簧力的作用下自动升高，这样就实现了瓦斯传感器的自动升降过程。当传感器再次检测到前方有障碍物的时候，传感器再次将信号传给控制器，控制器发出信号控制电机运行，重复以上的动作。 [参考文献] References [1] 卢鉴章,刘见中. 煤矿灾害防治技术现状与发展[J]. 煤炭科学技术, 2006, 345 1-5 [2] 钱善华, 葛世荣等. 救灾机器人的研究现状与煤矿救灾的应用[J]. 机器人, 2006, 283 350-354 [3] 巴特尔 E.W二工业机器人及其应用于采矿中的可能性[J].1983 年美国采矿技术与政策问题会议, 1983. [4] Gajunyao, Gao Xueshan, Zhu Jianguo, et al. Coal mine detect and rescue robot design and research[C]. InProceedings of 2008 IEEE International Conference on Networking, Sensing and Control, ICNSC. SanyaInstitute of Electrical and Electronics Engineers Computer Society, 2008, 780-785 [5] 徐国华,谭民.移动机器人的发展现状及趋势.机器人技术与应用[J] , 2001, 2337-1 [6] 于长波,孙春义. 现有井下通信方式的分析与比较[J]. 煤炭工程, 2008, 2 126-127 [7] 陈为, 李元宗. 煤矿救援探测机器人通信系统的综合研究[J]. 机械工程与自动化, 2009. 475-77.