越障机器人.doc

前言
1:背景及意义:
2010年11月19日新西兰南岛西岸派克河煤矿发生爆炸,爆炸后井下毒气弥漫、状况复杂,导致井下29人下落不明,事故发生76小时候,救援人员仍然无法下井开展营救工作。目前救援人员已经开始着手派遣三部机器人进行井下环境探测和井下救援工作。
煤炭资源是目前经济发展和社会进步的主要能源之一,全球能源紧张局势的加剧和经济高速发展的迫切需要,对煤炭的需求量也保持快速增长。但中国煤矿的采掘大部分是井下开采,不安全因素很多,***爆炸和火灾等灾害事故频繁发生。灾害事故危害严重,伤害人员多,中断时间长损坏井巷工程或生产设备。然而一旦发生煤矿事故,井下环境异常凶险,抢险人员一般难以在第1时间进入,往往在井上等待很长时间,事故专家和决策者也由于缺少信息无法及时做出判断和决策的救灾方式只能根据事故的类型确定救灾的方案,一般救护人员无法进入危险区域,只能通过提升绞车、移动式风车等设备清除垃圾,向井下通风,然后再搜救遇险矿工。这种方式危险性大,伤亡人数多,救灾周期长,往往效率低。众所周知煤矿灾害事故发生后存在突发性,灾难性,破坏性等特点抢险救灾的时效性极强,救灾良机稍纵即逝,必须时刻掌握灾区环境条件,制定救灾对策和措施。所以我们必须借助科技手段,在短时间内侦探出井下的环境状况
。这样机器人将有必要应用到煤矿救灾领域。
矿井***爆炸发生后,因受高温、烟雾、有害气体和缺氧等影响,以及存在发生二次灾害的可能,救护人员无法知道能否进入或无法直接进入灾害现场执行营救任务,而且上述事故中的伤亡人员有相当一部分是救护人员[24]。2009年2月22日,河北省张家口市涿鹿县巩山镇巩山磷矿井下发生炮烟中毒事故,1人死亡。在抢救过程中,2名救援人员重伤,送医院抢救无效死亡。共造成3人死亡。2009年6月30日9时左右, 新疆吐鲁番地区鄯善县地湖煤矿发生***爆炸事故,当班井下共6人,发生事故后矿方组织10人入井自救,在随后的抢救过程中,又发生第二次爆炸。共造成3人死亡、3人下落不明,8人受伤。2009年11月21日2时30分,黑龙江省龙煤集团鹤岗分公司新兴煤矿发生特大***爆炸事故,共造成108人遇难。2010年6月21日凌晨1时40分左右,河南平顶山市卫东区兴东二矿发生井下***爆炸事故,事故导致46人遇难。由此可见,为了使矿井救灾工作顺利开展,减少矿井灾害造成的人员伤亡,迫切需要研发进入矿井灾害现场进行环境探测的井下环境探测机器人,这对煤矿安全生产,建立特种危险环境下的工业救灾体系具有十分重要的意义[17][22]。
2:国外研究应用情况
目前国外机器人技术发展迅速且日益成熟,并已经开始进入实用化阶段,其中以日本和美国为代表。日本研制蛇形机器人,能够穿越狭窄空间,能够在高低不平的废墟上前进,其头部装有一部摄像头,身体
各关节都装有传感器其中包括压力传感器,主要用于地震和恐怖袭击后的探测和救援工作[3][4]。由Remotec公司制造的V2煤矿救援机器人,高约113 m,重约540 kg,并进行了整体防爆设计。安装有导航和监控摄像机、照明设备、气体传感器和一个机械臂,具有夜视能力和两路语音通讯功能。可在1 500 m以外的安全位置远程遥控,使用光纤通讯传送矿井环境信息,操纵者能够看到实时视频信息和易燃的有毒气体的浓度。V2机器人曾在美国Sago煤矿***爆炸事故的处理中得到应用[11]。InuKtun公司研制了机器人MicroVGTV,机身可变位,采用电缆控制,含有直视的彩色摄像头,并带有微型话筒和扬声器,可穿越困难地形以向被困者发出双路音频,可用于与压在废墟中的幸存者通话,适用于在小的孔洞和空间中执行任务[5]。由日本东京电子信息大学研制的HANZO机器人,克服了传统轮系越障高度不能高于其轮径的缺点,具有自动变臂功能。该机器人采用无线控制,具有五种变臂模式,能够较强适应复杂环境,该系统采用PID调节,相比传统机器人它有更高的自由度和较强的越障能力(图4展示了其变臂的过程)[15]。由日本研制的轮腿混合机器人能够实现轮径可变以增强其越障功能,克服了传统轮腿模式的瓶颈,同时具有轮系和腿系运动结构的优点,能够应用于更加复杂的地面环境,增强了其应用范围,并且可以在其结构上安装一些传感器以应用于搜索和救灾领域
[16]
. V2机器人
图3. MicroVGTV机器人




3:国内研究应用情况
由山东省科学院自动化研究所、沈阳新松机器人自动化有限公司和山东省煤炭工业局,历经3年时间研制成功的我国首台具有生命探测功能的井下探测救援机器人“急先锋”,机器人具有井下防爆抗水、生命探测和协助救援、环境监测及环境参数实时探测、无光线搜救