井下探測機器人的應用和設計要點

劉博

摘? 要：隨著現代科學技術的快速發展以及廣泛應用，探測機器人以其獨特技術優勢以及更好的安全性等因素在越來越多的領域得到了廣泛應用。煤炭開采過程中需要相關工作人員深入到地下幾百米深的礦井之中進行開采，由于地下礦井的情況相對較為復雜，因此具有高度的危險性以及未知性。倘若在煤礦開采的過程中發生礦難事故，人工進行救援工作的開展同樣也要面臨著諸多的困難以及危險，因此井下探測機器人便在礦難救援方面發揮著十分重要的輔助作用。基于此，該文以下就井下探測機器人的應用以及設計要點進行分析。

關鍵詞：井下? 探測機器人? 應用實例? 設計要點

中圖分類號：TD774 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（a）-0057-02

由于煤礦開采過程中地下礦井高度的危險性以及情況的復雜性，因此，礦難事故發生之后相關救援人員在開展救援工作的過程中常常會遇到較多的困難，復雜的地質情況也會在一定程度上對于救援人員的安全造成威脅。煤礦企業作為我國工業化的重要基礎，但是礦難問題的不斷出現也成為了當今社會引起廣泛關注的現實問題。正是在這樣的背景下，為了進一步保障救援人員安全以及煤礦開采安全，井下機器人在煤礦開采以及礦難救援過程中的探測以及輔助作用便顯得尤為重要。故該文就井下探測機器人在礦難救援中的應用實例進行分析，并以此為基礎探究井下探測機器人的設計要點。

1? 井下探測機器人在礦難救援中的作用分析

1.1 有效開展精準探測

礦難作為煤礦開采過程中出現的主要安全問題之一，不僅直接威脅著眾多煤礦開采工作人員自身的生命安全，同時也在一定程度上直接影響到了煤礦開采工作的正常開展。然而由于煤礦開采時所使用的礦井深度過深，因此礦井井下的地質情況以及安全情況相較于其他救援情況而言更為復雜，這也為相關救援人員深入礦井開展救援工作造成了極大的生命威脅。通過在礦難救援過程中應用井下探測機器人，不僅可以代替救援人員深入到條件惡劣的礦井井下進行精準的探測，從而更加高效地對于礦井井下的安全情況以及地質條件等基本信息進行收集以及傳輸，隨著現代科學技術的不斷發展井下探測機器人同樣也成為了涵蓋繪圖、傳感以及防爆等多種功能于一體的探測機器人，相較于礦難救援人員而言井下探測機器人可以更加迅速地適應井下環境，并通過精準高效的探測來為礦難救援人員提供必要的信息基礎。

1.2 保障救援人員安全

正如上文中所提到的，由于現代煤礦開采過程中礦井井下的地質情況以及氣體條件等因素相對較為復雜，因此礦難救援人員在開展救援的過程中，過于復雜的井下條件也將時刻威脅著救援人員自身的生命安全。除此之外，煤礦開采過程中井下的瓦斯以及一氧化碳等氣體也在一定程度上為礦難事故的二次發生埋下了一定的隱患，這些不穩定因素的存在都直接增加了礦難救援的現實難度。利用井下探測機器人在深入井下以后對于井下的瓦斯以及氧化碳等氣體進行探測，將為救援人員深入礦井開展救援工作提供必要的參考。這不僅可以有效地降低救援人員礦難救援過程中的風險，同時，救援人員也可以依靠探測機器人所發回的礦井信息來選擇所需必需的救援工具，這在一定程度上為救援人員更加高效地開展礦難救援工作打下了堅實的基礎。除此之外，由于地下礦井的地質情況相較于其他救援情景而言更為復雜，因此有效地探知礦難發生的地點以及被困人員的具體位置便十分必要。依靠礦難機器人則可以進一步對于礦難發生的具體位置進行排查，并利用礦難機器人體積小以及越障能力強等優勢進一步為礦難救援人員深入井下開展救援工作提供必要的輔助作用。

2? 井下探測機器人的設計要點分析

2.1 控制系統設計

井下探測機器人在深入井下開展探測以及數據傳輸工作都需要一套相對完善的控制系統進行操作，進而有效保證井下探測機器可以依靠控制要求來有效地進行相關數據采集以及傳輸。這不僅要求井下探測機器人的控制器擁有實時性以及高度的拓展性，同時在礦井的復雜條件之下開展探測工作的消耗以及性能都是考慮的重要因素。因此井下探測機器人的控制系統不僅需要包含最基本的視頻采集模塊，同時環境信息采集模塊以及運動控制模塊都是重要的組成部分。在此基礎之上，相關設計人員應當根據井下探測機器人的工作環境特點，為其安裝具有高度拓展性的信息采集模塊原件，進而保證井下探測機器人可以根據礦難救援的實際情況安裝必要的濕度傳感器以及一氧化碳傳感器等。

2.2 傳動機構設計

正如上文中所提到的，井下探測機器人在深入礦井開展探測工作的過程中有效地尋找礦難發生的地點以及被困人員的具體位置是井下探測機器人的一項重要工作內容，然而井下復雜的地質情況以及礦難發生后的地質坍塌等因素都對于機器人的越障能力擁有較高的要求，因此傳動機構的設計對于探測機型性能的發揮具有重要的影響。井下探測機器人在開展平面以及越障運動的過程中履帶以及擺臂式機器人完成相應動作的重要基礎，這就要求井下機器人在設計的過程中應當有意識地通過步進電機來帶動大齒輪驅動雙聯輪，進而帶動整體主履帶以及擺臂的正常運作以及行走，礦井下復雜的地質情況對于電機的實際功率也有著一定的要求。除此之外，井下探索機器人在開展數據采集工作的過程中保證擺臂運動可以長時間保持固定姿態也是十分重要的，因此，井下探測機器人應當有效地利用蝸輪蝸桿的反向自鎖性，來有效地對于探測過程中的必要動作進行持續性的固定以及加固，這也可以在一定程度上有效地避免擺臂動作反復變化而造成的功率消耗。

2.3 總體設計

井下探測機器人作為礦難救援工作開展過程中的重要外界輔助，因此，有效地提高井下探測機器人各個復合結構的總體設計兼容性是十分必要的。正如上文中所分析的，履帶結構設計以及擺臂的自鎖性設計對于井下探測機器人移動能力以及探測能力提供了必要的外在保障，因此，在最大程度上保證井下探測機器人性能的基礎之上確保各個機構設計的兼容性是井下探索機器人可以正常運行的關鍵。通過在井下探測機器人結構設計過程中加入減速設置可以保證機械在遇到突發情況時保證自身的安全，同時也可以更加靈活地以一種低能耗的方式應對礦井下復雜的地質情況以及障礙條件。除此之外，為了進一步降低井下探測機器人在開展數據收集過程中的能量消耗，通過配備同步帶也可以進一步保障井下探測機器人越障能力的提升，同時也在一定程度上為井下機器人進一步智能化地完成控制系統的各項要求提供了必要的機械設計基礎。這些必要的設計結構都是提升井下探測機器人整體性能以及能耗的關鍵要點，在開展井下探測機器人的設計過程中都是應當重點考慮以及不斷改進的重要結構。

3? 結語

綜上所述，井下探測機器人憑借著強大的越障能力以及探測能力在礦難救援過程中發揮了十分重要的作用，這也與井下探測機器人自身結構設計的兼容性以及高性能有著十分密切的聯系。因此，在進行井下探測機器人的設計過程中，應當重點對于其自身的控制系統以及傳動機構進行設計，進而在保障井下探測機器人越障能力以及探測能力的基礎之上提高系統的運動性等。在此基礎之上，通過對于井下探測機器人的必要元件進行調整及改進，從而進一步確保井下探測機器人的運行性能智能化水平，進而真正發揮井下探索機器人在礦難救援中的重要作用。

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