井下履帶式探測機器人及其運動抗擾控制研究

單杰， 關丙火

(國家能源集團 神東煤炭集團公司， 陜西 神木 719315)

0 引言

當前，中國煤礦安全形勢依然嚴峻，煤礦事故死亡人數是世界上其他產煤國家煤礦事故死亡總數的2～3倍[1-3]。井下災害發生后，救援的最大困難在于原有通信癱瘓、工作通道坍塌堵塞，導致無法進行信息和物質交換。由于不能掌握井下災害情況，地面工作人員很難進行決策并精準施救[4-5]。井下探測機器人可提前布置于井下或從地面釋放至井下進行探測作業，通過輪式或履帶式移動底盤驅動，并攜帶各類探測儀器，不僅可實時探測井下現場環境參數并回傳，還可用于應急通信甚至災后輔助救援[6-8]。由于井下尤其是災后路面環境極其復雜，多為非結構路面，所以對機器人的結構設計、爬坡越障性能及動力驅動算法等提出較高要求[9-10]。

在機器人結構設計方面，為提升機器人災后爬坡越障能力，通常采用履帶式移動平臺。履帶式移動底盤具有較好的移動越障能力，并且能夠原地零半徑轉向，更適應井下復雜的非結構路面環境[11-12]。但與輪式底盤相比，履帶式底盤體積和質量更大，導致其移動和轉向時受到較大路面摩擦力作用，故對驅動機構的驅動性能和控制精度提出更高要求。尤其當履帶式移動機器人在井下進行高精度定點探測或救援作業時，對移動轉向機構的驅動性能和控制精度提出很高要求。

在機器人驅動控制方面，永磁同步電動機(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)因具有結構簡單、效率高、功率密度大等優勢而被廣泛應用于井下履帶式機器人動力驅動系統[13]?！?br>