井下探测机器人的应用和设计要点
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摘 要：随着现代科学技术的快速发展以及广泛应用，探测机器人以其独特技术优势以及更好的安全性等因素在越来越多的领域得到了广泛应用。煤炭开采过程中需要相关工作人员深入到地下几百米深的矿井之中进行开采，由于地下矿井的情況相对较为复杂，因此具有高度的危险性以及未知性。倘若在煤矿开采的过程中发生矿难事故，人工进行救援工作的开展同样也要面临着诸多的困难以及危险，因此井下探测机器人便在矿难救援方面发挥着十分重要的辅助作用。基于此，该文以下就井下探测机器人的应用以及设计要点进行分析。
关键词：井下 探测机器人 应用实例 设计要点
中图分类号：TD774 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）01（a）-0057-02
由于煤矿开采过程中地下矿井高度的危险性以及情况的复杂性，因此，矿难事故发生之后相关救援人员在开展救援工作的过程中常常会遇到较多的困难，复杂的地质情况也会在一定程度上对于救援人员的安全造成威胁。煤矿企业作为我国工业化的重要基础，但是矿难问题的不断出现也成为了当今社会引起广泛关注的现实问题。正是在这样的背景下，为了进一步保障救援人员安全以及煤矿开采安全，井下机器人在煤矿开采以及矿难救援过程中的探测以及辅助作用便显得尤为重要。故该文就井下探测机器人在矿难救援中的应用实例进行分析，并以此为基础探究井下探测机器人的设计要点。
1 井下探测机器人在矿难救援中的作用分析
1.1 有效开展精准探测
矿难作为煤矿开采过程中出现的主要安全问题之一，不仅直接威胁着众多煤矿开采工作人员自身的生命安全，同时也在一定程度上直接影响到了煤矿开采工作的正常开展。然而由于煤矿开采时所使用的矿井深度过深，因此矿井井下的地质情况以及安全情况相较于其他救援情况而言更为复杂，这也为相关救援人员深入矿井开展救援工作造成了极大的生命威胁。通过在矿难救援过程中应用井下探测机器人，不仅可以代替救援人员深入到条件恶劣的矿井井下进行精准的探测，从而更加高效地对于矿井井下的安全情况以及地质条件等基本信息进行收集以及传输，随着现代科学技术的不断发展井下探测机器人同样也成为了涵盖绘图、传感以及防爆等多种功能于一体的探测机器人，相较于矿难救援人员而言井下探测机器人可以更加迅速地适应井下环境，并通过精准高效的探测来为矿难救援人员提供必要的信息基础。
1.2 保障救援人员安全
正如上文中所提到的，由于现代煤矿开采过程中矿井井下的地质情况以及气体条件等因素相对较为复杂，因此矿难救援人员在开展救援的过程中，过于复杂的井下条件也将时刻威胁着救援人员自身的生命安全。除此之外，煤矿开采过程中井下的瓦斯以及一氧化碳等气体也在一定程度上为矿难事故的二次发生埋下了一定的隐患，这些不稳定因素的存在都直接增加了矿难救援的现实难度。利用井下探测机器人在深入井下以后对于井下的瓦斯以及氧化碳等气体进行探测，将为救援人员深入矿井开展救援工作提供必要的参考。这不仅可以有效地降低救援人员矿难救援过程中的风险，同时，救援人员也可以依靠探测机器人所发回的矿井信息来选择所需必需的救援工具，这在一定程度上为救援人员更加高效地开展矿难救援工作打下了坚实的基础。除此之外，由于地下矿井的地质情况相较于其他救援情景而言更为复杂，因此有效地探知矿难发生的地点以及被困人员的具体位置便十分必要。依靠矿难机器人则可以进一步对于矿难发生的具体位置进行排查，并利用矿难机器人体积小以及越障能力强等优势进一步为矿难救援人员深入井下开展救援工作提供必要的辅助作用。
2 井下探测机器人的设计要点分析
2.1 控制系统设计
井下探测机器人在深入井下开展探测以及数据传输工作都需要一套相对完善的控制系统进行操作，进而有效保证井下探测机器可以依靠控制要求来有效地进行相关数据采集以及传输。这不仅要求井下探测机器人的控制器拥有实时性以及高度的拓展性，同时在矿井的复杂条件之下开展探测工作的消耗以及性能都是考虑的重要因素。因此井下探测机器人的控制系统不仅需要包含最基本的视频采集模块，同时环境信息采集模块以及运动控制模块都是重要的组成部分。在此基础之上，相关设计人员应当根据井下探测机器人的工作环境特点，为其安装具有高度拓展性的信息采集模块原件，进而保证井下探测机器人可以根据矿难救援的实际情况安装必要的湿度传感器以及一氧化碳传感器等。
2.2 传动机构设计
正如上文中所提到的，井下探测机器人在深入矿井开展探测工作的过程中有效地寻找矿难发生的地点以及被困人员的具体位置是井下探测机器人的一项重要工作内容，然而井下复杂的地质情况以及矿难发生后的地质坍塌等因素都对于机器人的越障能力拥有较高的要求，因此传动机构的设计对于探测机型性能的发挥具有重要的影响。井下探测机器人在开展平面以及越障运动的过程中履带以及摆臂式机器人完成相应动作的重要基础，这就要求井下机器人在设计的过程中应当有意识地通过步进电机来带动大齿轮驱动双联轮，进而带动整体主履带以及摆臂的正常运作以及行走，矿井下复杂的地质情况对于电机的实际功率也有着一定的要求。除此之外，井下探索机器人在开展数据采集工作的过程中保证摆臂运动可以长时间保持固定姿态也是十分重要的，因此，井下探测机器人应当有效地利用蜗轮蜗杆的反向自锁性，来有效地对于探测过程中的必要动作进行持续性的固定以及加固，这也可以在一定程度上有效地避免摆臂动作反复变化而造成的功率消耗。
2.3 总体设计
井下探测机器人作为矿难救援工作开展过程中的重要外界辅助，因此，有效地提高井下探测机器人各个复合结构的总体设计兼容性是十分必要的。正如上文中所分析的，履带结构设计以及摆臂的自锁性设计对于井下探测机器人移动能力以及探测能力提供了必要的外在保障，因此，在最大程度上保证井下探测机器人性能的基础之上确保各个机构设计的兼容性是井下探索机器人可以正常运行的关键。通过在井下探测机器人结构设计过程中加入减速设置可以保证机械在遇到突发情况时保证自身的安全，同时也可以更加灵活地以一种低能耗的方式应对矿井下复杂的地质情况以及障碍条件。除此之外，为了进一步降低井下探测机器人在开展数据收集过程中的能量消耗，通过配备同步带也可以进一步保障井下探测机器人越障能力的提升，同时也在一定程度上为井下机器人进一步智能化地完成控制系统的各项要求提供了必要的机械设计基础。这些必要的设计结构都是提升井下探测机器人整体性能以及能耗的关键要点，在开展井下探测机器人的设计过程中都是应当重点考虑以及不断改进的重要结构。
3 结语
综上所述，井下探测机器人凭借着强大的越障能力以及探测能力在矿难救援过程中发挥了十分重要的作用，这也与井下探测机器人自身结构设计的兼容性以及高性能有着十分密切的联系。因此，在进行井下探测机器人的设计过程中，应当重点对于其自身的控制系统以及传动机构进行设计，进而在保障井下探测机器人越障能力以及探测能力的基础之上提高系统的运动性等。在此基础之上，通过对于井下探测机器人的必要元件进行调整及改进，从而进一步确保井下探测机器人的运行性能智能化水平，进而真正发挥井下探索机器人在矿难救援中的重要作用。
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