煤矿救援探测机器人控制系统的研制

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中国作为世界上最大的产煤国家,同时也是在世界范围内事故起数、死亡人数最多的国家,瓦斯、煤尘爆炸、矿山动力性灾害、透水事故、火灾各项指标虽然有缓解,但是依然是居于世界最高位,国家对此高度重视。  本课题研究内容来源于“863”计划重大项目“救援救灾危险作业机器人技术”,“煤矿井下救援探测机器人”是该重大项目的其中的一个子课题。本论文设计了一台煤矿探测机器人控制系统。提供一个移动机器人的原形系统,为开展移动机器人运动控制研究提供试验平台。  在文章开始介绍了课题的来源、背景、意义及国内外研究的现状,并且专门针对于控制系统介绍了国内外的研究情况。为了使大家对机器人平台有直观的认识,介绍了一下机器人的机械本体结构。然后,介绍了课题的总体设计方案及指标。  本论文围绕煤矿探测机器人控制系统的关键问题,针对于煤矿环境下履腿式机器人底层运动控制系统采用了基于CAN总线的嵌入式计算机控制系统,驱动系统采用“直流伺服电机+光电编码器+CAN总线伺服电机控制器”方式。煤矿灾难环境有别于地面环境,灾难后伴随着的环境潮湿、高温、弥漫着有毒气体和石砾以及大量涌水,本文将采用能在爆炸环境下使用的本质安全性的传感器和计算机通过CAN总线实时通讯,在特殊环境下的传感系统的工艺改进方面提出了新的方法,并经过了验证。接口电路作为计算机和底层系统的中间环节非常关键,本文设计了整套针对于煤矿井下运动系统及传感系统的一整套接口电路。  总之,煤矿探测机器人的控制系统需要做到在整体机械密封环境下工作,采用嵌入式计算机控制,低功耗、高性能、分布式CAN总线控制,中断响应。要做到运动系统的高机动性,爬坡、越障、涉水,要保持速度和转矩特性的平衡,针对于不同的路面特征,每个环节能够单独工作亦能协同运动;传感系统要求本质安全型设计,基于CAN总线分布式的数据采集、数据通讯,将井下的位置、姿态、环境参数、视音频等信息通过计算机光纤通讯接口实时远传到地面指挥中心,达到快速救援、避免二次伤亡的目的。  煤矿探测机器人对于煤矿灾难救援有着十分重要的意义和产业化前景。
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