井下探測(cè)機(jī)器人的應(yīng)用和設(shè)計(jì)要點(diǎn)

劉博

摘? 要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及廣泛應(yīng)用，探測(cè)機(jī)器人以其獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及更好的安全性等因素在越來越多的領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。煤炭開采過程中需要相關(guān)工作人員深入到地下幾百米深的礦井之中進(jìn)行開采，由于地下礦井的情況相對(duì)較為復(fù)雜，因此具有高度的危險(xiǎn)性以及未知性。倘若在煤礦開采的過程中發(fā)生礦難事故，人工進(jìn)行救援工作的開展同樣也要面臨著諸多的困難以及危險(xiǎn)，因此井下探測(cè)機(jī)器人便在礦難救援方面發(fā)揮著十分重要的輔助作用?；诖?，該文以下就井下探測(cè)機(jī)器人的應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：井下? 探測(cè)機(jī)器人? 應(yīng)用實(shí)例? 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TD774 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(xiǎn)性以及情況的復(fù)雜性，因此，礦難事故發(fā)生之后相關(guān)救援人員在開展救援工作的過程中常常會(huì)遇到較多的困難，復(fù)雜的地質(zhì)情況也會(huì)在一定程度上對(duì)于救援人員的安全造成威脅。煤礦企業(yè)作為我國工業(yè)化的重要基礎(chǔ)，但是礦難問題的不斷出現(xiàn)也成為了當(dāng)今社會(huì)引起廣泛關(guān)注的現(xiàn)實(shí)問題。正是在這樣的背景下，為了進(jìn)一步保障救援人員安全以及煤礦開采安全，井下機(jī)器人在煤礦開采以及礦難救援過程中的探測(cè)以及輔助作用便顯得尤為重要。故該文就井下探測(cè)機(jī)器人在礦難救援中的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)探究井下探測(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1? 井下探測(cè)機(jī)器人在礦難救援中的作用分析

1.1 有效開展精準(zhǔn)探測(cè)

礦難作為煤礦開采過程中出現(xiàn)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(shí)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(shí)所使用的礦井深度過深，因此礦井井下的地質(zhì)情況以及安全情況相較于其他救援情況而言更為復(fù)雜，這也為相關(guān)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(yīng)用井下探測(cè)機(jī)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(jìn)行精準(zhǔn)的探測(cè)，從而更加高效地對(duì)于礦井井下的安全情況以及地質(zhì)條件等基本信息進(jìn)行收集以及傳輸，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展井下探測(cè)機(jī)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(cè)機(jī)器人，相較于礦難救援人員而言井下探測(cè)機(jī)器人可以更加迅速地適應(yīng)井下環(huán)境，并通過精準(zhǔn)高效的探測(cè)來為礦難救援人員提供必要的信息基礎(chǔ)。

1.2 保障救援人員安全

正如上文中所提到的，由于現(xiàn)代煤礦開采過程中礦井井下的地質(zhì)情況以及氣體條件等因素相對(duì)較為復(fù)雜，因此礦難救援人員在開展救援的過程中，過于復(fù)雜的井下條件也將時(shí)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(fā)生埋下了一定的隱患，這些不穩(wěn)定因素的存在都直接增加了礦難救援的現(xiàn)實(shí)難度。利用井下探測(cè)機(jī)器人在深入井下以后對(duì)于井下的瓦斯以及氧化碳等氣體進(jìn)行探測(cè)，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(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，救援人員也可以依靠探測(cè)機(jī)器人所發(fā)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。除此之外，由于地下礦井的地質(zhì)情況相較于其他救援情景而言更為復(fù)雜，因此有效地探知礦難發(fā)生的地點(diǎn)以及被困人員的具體位置便十分必要。依靠礦難機(jī)器人則可以進(jìn)一步對(duì)于礦難發(fā)生的具體位置進(jìn)行排查，并利用礦難機(jī)器人體積小以及越障能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)進(jìn)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(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

井下探測(cè)機(jī)器人在深入井下開展探測(cè)以及數(shù)據(jù)傳輸工作都需要一套相對(duì)完善的控制系統(tǒng)進(jìn)行操作，進(jìn)而有效保證井下探測(cè)機(jī)器可以依靠控制要求來有效地進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)采集以及傳輸。這不僅要求井下探測(cè)機(jī)器人的控制器擁有實(shí)時(shí)性以及高度的拓展性，同時(shí)在礦井的復(fù)雜條件之下開展探測(cè)工作的消耗以及性能都是考慮的重要因素。因此井下探測(cè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)不僅需要包含最基本的視頻采集模塊，同時(shí)環(huán)境信息采集模塊以及運(yùn)動(dòng)控制模塊都是重要的組成部分。在此基礎(chǔ)之上，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)井下探測(cè)機(jī)器人的工作環(huán)境特點(diǎn)，為其安裝具有高度拓展性的信息采集模塊原件，進(jìn)而保證井下探測(cè)機(jī)器人可以根據(jù)礦難救援的實(shí)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(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

正如上文中所提到的，井下探測(cè)機(jī)器人在深入礦井開展探測(cè)工作的過程中有效地尋找礦難發(fā)生的地點(diǎn)以及被困人員的具體位置是井下探測(cè)機(jī)器人的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，然而井下復(fù)雜的地質(zhì)情況以及礦難發(fā)生后的地質(zhì)坍塌等因素都對(duì)于機(jī)器人的越障能力擁有較高的要求，因此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)于探測(cè)機(jī)型性能的發(fā)揮具有重要的影響。井下探測(cè)機(jī)器人在開展平面以及越障運(yùn)動(dòng)的過程中履帶以及擺臂式機(jī)器人完成相應(yīng)動(dòng)作的重要基礎(chǔ)，這就要求井下機(jī)器人在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)當(dāng)有意識(shí)地通過步進(jìn)電機(jī)來帶動(dòng)大齒輪驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)輪，進(jìn)而帶動(dòng)整體主履帶以及擺臂的正常運(yùn)作以及行走，礦井下復(fù)雜的地質(zhì)情況對(duì)于電機(jī)的實(shí)際功率也有著一定的要求。除此之外，井下探索機(jī)器人在開展數(shù)據(jù)采集工作的過程中保證擺臂運(yùn)動(dòng)可以長時(shí)間保持固定姿態(tài)也是十分重要的，因此，井下探測(cè)機(jī)器人應(yīng)當(dāng)有效地利用蝸輪蝸桿的反向自鎖性，來有效地對(duì)于探測(cè)過程中的必要?jiǎng)幼鬟M(jìn)行持續(xù)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(dòng)作反復(fù)變化而造成的功率消耗。

2.3 總體設(shè)計(jì)

井下探測(cè)機(jī)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(cè)機(jī)器人各個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)兼容性是十分必要的。正如上文中所分析的，履帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及擺臂的自鎖性設(shè)計(jì)對(duì)于井下探測(cè)機(jī)器人移動(dòng)能力以及探測(cè)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(cè)機(jī)器人性能的基礎(chǔ)之上確保各個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的兼容性是井下探索機(jī)器人可以正常運(yùn)行的關(guān)鍵。通過在井下探測(cè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中加入減速設(shè)置可以保證機(jī)械在遇到突發(fā)情況時(shí)保證自身的安全，同時(shí)也可以更加靈活地以一種低能耗的方式應(yīng)對(duì)礦井下復(fù)雜的地質(zhì)情況以及障礙條件。除此之外，為了進(jìn)一步降低井下探測(cè)機(jī)器人在開展數(shù)據(jù)收集過程中的能量消耗，通過配備同步帶也可以進(jìn)一步保障井下探測(cè)機(jī)器人越障能力的提升，同時(shí)也在一定程度上為井下機(jī)器人進(jìn)一步智能化地完成控制系統(tǒng)的各項(xiàng)要求提供了必要的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。這些必要的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都是提升井下探測(cè)機(jī)器人整體性能以及能耗的關(guān)鍵要點(diǎn)，在開展井下探測(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)過程中都是應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮以及不斷改進(jìn)的重要結(jié)構(gòu)。

3? 結(jié)語

綜上所述，井下探測(cè)機(jī)器人憑借著強(qiáng)大的越障能力以及探測(cè)能力在礦難救援過程中發(fā)揮了十分重要的作用，這也與井下探測(cè)機(jī)器人自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的兼容性以及高性能有著十分密切的聯(lián)系。因此，在進(jìn)行井下探測(cè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)對(duì)于其自身的控制系統(tǒng)以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而在保障井下探測(cè)機(jī)器人越障能力以及探測(cè)能力的基礎(chǔ)之上提高系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性等。在此基礎(chǔ)之上，通過對(duì)于井下探測(cè)機(jī)器人的必要元件進(jìn)行調(diào)整及改進(jìn)，從而進(jìn)一步確保井下探測(cè)機(jī)器人的運(yùn)行性能智能化水平，進(jìn)而真正發(fā)揮井下探索機(jī)器人在礦難救援中的重要作用。

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