救援机器人

煤矿救援机器人研究现状及关键技术

1、煤矿救援机器人工作环境

煤矿救援机器人工作的环境，往往是结构化地形环境和非结构化地形环境的综合。

（1）井下巷道的布局、轨道、水沟、人行道、管道和电缆等的铺设以及各种设备的布置都是根据矿井实际需要，按照国家或行业标准建造，这些都属于结构化地形。

（2）井下主要有火灾、水灾、顶板事故、瓦斯事故和煤尘事故五大灾害。瓦斯爆炸是煤矿最严重的灾害事故，爆炸产生的高温高压使附近的气体产生巨大的冲击波，造成井下设施的破坏。冲击波扬起的煤尘参与爆炸，产生更大的破坏力，引发顶板冒落、煤壁片帮以及设备翻倒等事故。这种地形是复杂的非结构化地形。

2、国内外研究现状

（1）国外研究现状

1998年Sandia智能系统机器人研究中心研制了“RATLER机器人”，该机器人采用无线控制，利用自身携带的摄像头,可以识别煤矿的入口，同时传回有用的周围环境信息。

图1 RATLER机器人

卡内基梅隆大学研制了Groundhog四轮驱动机器人，用于检测矿井有害气体浓度和对井下巷道进行三维成像，通过电缆将测得数据传到地面指挥人员。但在首次试验时，机器人进入到距离矿井口30米处，因计算机进水，而被迫中止。

图2 Groundhog侦查机器人

图3为2006年美国东部西弗吉尼亚州阿普舒尔县萨戈（Sago）煤矿发生矿难运用的机器人。2007年8月美国Utah州发生煤矿事故，救援人员派出了University of South Florida研制的图4所示救援机器人，但因机器人中途行进过程中陷入泥潭而受阻。

图3 美国救援机器人图4南佛罗里达救援机器人Gemini Scout是美国职业安全与健康中心资助圣帝亚国家实验室研制的一款矿井救灾机器人，如下图所示。它为履带式双节机器人，长1.2m，宽0.7m，在身体上方有一个高出机体的摄像机桅杆，其上安装了一个能透过烟雾和尘埃的红外摄像头，配置了有毒气体传感器和爆炸气体传感器。由一个灵活的关节连接身体的两节，使它能够通过复杂的地形和狭窄的角落。采用遥控方式，由于无线控制容易受到井下环境的干扰，它同时以光纤通信装置为备用，以保障通信畅通。它能够先于搜救人员进入危险的环境，为救援提前感知现场情况，当它寻找到伤员时，能够引导伤员到安全的环境，提供氧气、水、药品等必需品，它还能改装成能将伤员搬动或拖到安全地点的救援机器人。