矿井危险区探测仿生机器人

摘要：介绍了一种智能煤矿开采过程中所用到的探测仿生机器人，该种机器設备外观与蛛形纲动物相似，具有攀爬和翻越前方障碍的功能，基于此项机器人配备了各种检测模块，可以到达很多不适合工作人员探测的危险区，有效提高数据收集工作的效率，在保证安全的情况下进行探测作业。

关键词：仿生机器人；危险区探测；STC15W408AS 单片机；三级齿轮啮合

引言

智慧矿山就是对生产、职业健康与安全、技术和后勤保障进行主动感知，自动分析、快速处理无人矿山。智慧矿山是本质；安全矿山、高效矿山、清洁矿山、矿山的数字化、信息化是智慧矿山建设的前提和基础。在此背景下，矿山未知危险区域的探测显得尤为重要，对危险区数据的智能收集是保证矿井安全生产关键点。矿井的危险区，包括突水区、高温高湿区、火灾区、废旧巷道区、巷道破坏严重区，由于存在安全隐患、不适宜工作人员进入工作探测，往往不能及时获得数据，进行安全的施工操作。

1仿生机器人翻越理论介绍

矿井危险区探测仿生机器人，其特征在于，包括车形主体和搭载于车形主体上的主体传感系统。所述车轮采用直径10cm 的大间隙车轮，车轮之间的主齿轮和副齿轮组成三级齿轮啮合的形式。车形主体包括车架和安装于车架上的四个车轮，位于车架同一侧的前后两个车轮之间设有一个主齿轮，主齿轮的两侧分别设有两个联动的副齿轮，两侧的两个主齿轮通过传动轴连接。当前进或后退遇到障碍时，外部齿轮会停止旋转而主齿轮会旋转，使机器人的腿部形成旋转，达到翻越的结果。

2仿生机器人运行模式

矿井危险区探测仿生机器人包括车形主体和搭载于车形主体上的主体传感系统，所述主体传感系统包括STC15W408AS 单片机，远程监测瓦斯浓度的MQ2瓦斯传感器模块，远程监测一氧化碳浓度的MQ7一氧化碳传感器模块，进行大变形巷道两帮移近和顶板下沉量的测量的超声波测距模块，远程监测温度、湿度参数的DHT11温湿度传感器模块。还包括用于控制车形主体运行的无线遥控器，无线遥控器的频段采用2.4GHz。

3仿生机器人优点

该矿井危险区探测仿生机器人的主体设备体积小，移动灵活，行距离远，续航时间长，可以到达很多不适合工作人员探测的危险区，车形主体的外表面覆有防爆层。有效提高数据收集工作的效率；车形主体的外观与蛛形纲动物相似，四个车轮采用直径10cm 的大间隙特殊车轮代替，具有攀爬和翻越前方障碍的功能，结构紧凑，对于地面环境的适应性强；当前的已有的各种翻越车，不能够翻越障碍，或者一部分可翻越的车，车轮会非常的巨大，所以该仿生车是解决了该项问题。通过传感系统的功能扩展，可以通过加设红外热像仪来实现对矿山高应力区岩体应力及变形的观测；可以通过加设红外感应和自动导航避障模块来实现自主返航等。这些感知观测数据，将为施工设计、排除险情提供参考。

参考文献

[1]蒲欣岩.水下仿生机器人研究综述[J].中国高新科技，2018（20）："24-25".

[2]王国彪，陈殿生，陈科位，等.仿生机器人研究现状与发展趋势[J].机械工程学报，2015，51（13）.

作者简介：刘瑞（1998-）男，汉族，山东省济宁人，本科，山东科技大学矿业与安全工程学院采矿工程专业2016级，研究方向为采矿工程。

（作者单位：山东科技大学）