外文翻译-关于机器人在矿山救援中应用的研究.doc

1、附录A关于机器人在矿山救援中应用的研究摘要在矿山救援中具有很强适应性的机器人被讨论和研究，用于适应矿难发生后的复杂环境。这种机器人主要由一个母体机器人和一个子体机器人组成。母体机器人携带子体机器人在控制中心的远程操作下进入矿井。当遇到不可逾越的障碍时，母体机器人将子体机器人释放。然后子体机器人将独自进入矿井更深处去营救生还者。机器人营救不但扩大了营救范围，并且增大了成功营救被困者的可能性。通常营救任务可以彻底完成。这种机器人有很好的发展潜力和应用范围。关键词：机器人，母体机器人，子体机器人，煤矿救援。1 介绍近年来，煤矿事故的比例在类似美国这些发达国家已大大下降，但在中国一直居高不下。随着经济

2、的增长，中国在能源方面的需求一直在增长。这就要求许多煤矿扩大开采煤炭，同时会造成这些公司忽略安全生产，使煤矿事故，例如瓦斯爆炸，冒顶，水灾，交通事故时有发生。然而瓦斯爆炸是最严重的，它引起的死亡人员规模最大。气体或煤尘发生爆炸后，矿井现场变得非常可怕，复杂。对于营救者来说第一时间进入矿井是很困难的，耽误了宝贵的救援时间。事故专家和决策者在没有合理信息的条件下不能给出评价和作出决定，被困矿工失去生命。用于营救的机器人和袋鼠很相似。这种机器人可以携带所有的检测设备和测量设备，例如传感器和必须的救援物品，例如将食物和药物先于救援人员进入矿井内，利用它翻越障碍的能力到达矿井深部，探索事故废墟，周围环境

3、和被困矿工，以声音，图像和数据的形式将信息反馈给控制中心，这些信息通过无线或有线交流。有袋机器人可以弥补单一机器人在行走，翻越障碍，功能，能力，能量和交流等方面的缺陷。所以它在提高应付紧急情况和救援的能力方面具有重要的意义，减少了人员伤亡和作出决策。同时，建立了机器人的研究，应用和普及的基地。2煤矿救援机器人的研究与应用现状美国研究煤矿救援机器人已经很长时间。目前许多的大学，研究组织和公司朝着不同的用途研究救援机器人。美国的DiscoverMiner公司一直致力于开发废弃矿山救援机器人的相关技术。 MinBot-XA是这家公司制造的救援机器人的原型。但是 MinBot-XA利用轮子和轨道没有在

4、硬岩矿井的结构中深部探测适应的能力。只需转动一个侧面或向下滑动浅孔，使他们无法使用。隔着数百英尺无线操作是不可能的，由于信号被阻断。有线控制这些机器人在远距离上不太可能，但在路途较短的地方有可能。为了提高适应地形的能力，这个公司已经开发出了成为 MOLE的机器人。 MOLE的轮子是圆柱体。它的前部和后部通过一个垂直的筒连接，而且上部和下部是对称的。因此它比MinBot-XA能更好地适应地形。 它可以通过那些对于矿工来说通过可能有危险的矿井部分。这个50英尺高，1200磅重的机器装备了导航仪和监视摄像机，照明和机械臂可以到达5000英尺采集空气样本。图3显示的是由Carnegie Mellon大

5、学机械学会开发的机器人，叫做土拨鼠。它看起来像草地上上的高尔夫球车。它利用激光来“看”在黑暗的隧道和地图废弃矿井 - 一些最危险的工作，在业务。桑迪亚国家实验室的智能系统和机器人中心（ISRC）已经开发名为RATLER机器人，如图所示。第3（c）10。它最接近的配置，最终将有袋动物机器人煤矿救援中的应用提供最佳的机器人。在蛇形机器人，它是由东京技术研究所称为SOURYU-，SOURYU-II和SOURYU-III开发1112。 SOURYU-III连接三个履带机构组成的履带式车辆，连接ACtive关节姿势变化的能力，如图所示。第3（d）。前部和后部机构可以摆动对称，与它们之间的中心机构，在纵向

6、和横向加上两个稳定轴驱动关节的方向。前方和后方的螺丝这项议案同时由两个马达驱动的轴安装在中心身体。此外，所有三个机构的爬虫同时由一个驱动通过输电轴电机。因此，车辆拥有高流动性，尽管它有只有3个自由度。 SGI和日本电气通信大学共同开发了一种蛇形救援机器人，如图所示。第3（e）1314。 KOHGA使用多个小型车的单位，这是由四个自由度的活动关节和3个自由度的被动关节连接的构造。 KOHGA由八个单元，每个单元都有其自身的功能和旅行驾驶爬虫。串联KOHGA单位和resultantly KOHGA有一个长而薄的结构，使其能够进入狭窄的开口。第一单元从两端分别装有CCD相机，但没有爬行，以便连接到它

7、的光。第二个单位有左，右，推动合作，通俗易懂的爬虫。其他单位也有独立驱动左，右抓取。 中国矿业大学煤矿搜索和救援机器人原理样机在2006年2，如图所示。 学校有望进入矿井搜索网站和发送的信息和图片，它可以提供重要领域的信息救援指挥官。同时，它可以进行紧急制药，食品，水和自救工具，以帮助被困的幸存者自救逃离。学校可以远程操作，步行300米与无线通信。现在的户外行走测试已完成。 目前，煤矿救援机器人的应用程序实例已SEL-DOM报道，因为现有的技术问题。 1998年11月24日，柳溪煤矿（只是辅助北部，犹他州）遭受了严重的火灾。在12月，桑迪亚国家实验室的人员到现场进行初步调查的机器人的适用性与陪

8、同RATLER10。远程机器人进入矿井操作，它表明，即使在陡峭的流动性能好，矿井斜坡。极其良好的视力是可以操作时，前视红外（前视红外）摄像机使用。与当前的功率水平和频率，积极的无线电频率（RF）控制的范围是在一条直线，陡倾的漂移大约250英尺。 ，灾难发生在美国西弗吉尼亚州一个煤矿在2006年1月，美国MSHA的陪同下到现场进行救援任务，进行了三个摄像头和气体传感器的V-2，有夜视能力，使用有线通信和1500米的工作距离。当V-2被用来确定13名被困矿工的位置，并找到方法进入，陷入淤泥，并未能拯救。3有袋救援机器人的体系结构当煤矿发生灾难时，矿井下的状况会变的非常糟糕，异常复杂，岩层很松散。因

9、此，从进入矿井到完成救援任务，机器人将经历一系列的障碍，要走很长距离的路，花费更多的时间。在这个过程中，体积大的机器人将不能通过狭窄的地方，在进入矿井后不能进得更深。小型机器人不仅在体型、重量、交流和表现等方面受到限制，而且在到达目标区域之前会耗尽储存的能量。因此小型机器人不能实现救援任务。然而有袋机器人可以在行进、攀爬障碍物、功能、电源、能源和交流等方面克服单个机器人的不足。在这里，煤矿救援中的有袋机器人采用分享控制操作模式，电力系统是主要的，本身的独立性是次要的。主要由一个母体、一个感应控制中心、一个感应交流和供电系统、一个传感器系统和照明系统组成。它的原理示意图如图4所示。 3.1 母体

10、机器人 母体是一个独立、完整的单位，可以行走、攀爬障碍物、侦查和测量。它也可以装食物和药物以便对受伤者提供必要的救助。爆炸之后将有很多的煤块儿落下。根据对中国煤炭质量的分析，一块儿煤的直径不会超过500mm。因此为了尽量适应事故后有很多受伤人员的环境，母体机器人必须能够攀爬500mm的障碍物，可以在充满各种大小的碎片的任何种类的道路上行走，可以跨越由碎片组成的直径小于600mm的沟壕，穿过大于600mm长的小道。母体机器人采用双单元的轨道结构以增加对地的附着力。同时，它可以提供一个口袋用来装载小机器人，小机器人可以通过口袋进入走出母体机器人。因为母体机器人通过电缆和感应控制中心交流、充电，它有

11、一个伸长和释放电缆的结构体。此外，它还装有探测传感器。母体机器人的原理示意图如图5. 3.2 小机器人 小机器人也是一个独立的完整的单元。如前文所述，机器人在井下会遇到复杂的地形，因此携带更多精确的攀爬障碍工具是很有必要的。因此，小机器人是由多个节连结起来的，就像蛇一样。此外，小机器人携带交流节点来提高井下的无线交流能力。小机器人大致包括一个头，一个尾巴，一个交流节点箱和电源，如图6所示。每个单元都有积极地和消极的关节组成，这样可以增强它适应复杂地形的能力。每个单元都装备有发动机、减速器和驱动器等等。在头部和尾部都装有相机，从而使前面的图像和小机器人后面的景象可以传回感应控制中心，这有利于指挥

12、系统做出精确的判断。控制部分主要控制小机器人的运动，处理传感器以及和母体交流的信息。机箱部分有一个门可以随意开关，包含很多交流节点。电源部分采用较大的锂电池为各部分供电。 3.3 感应控制中心 感应控制中心的主要功能是实现人工智能控制，接受信息和广播通信。因此，感应控制中心采用手提箱式的结构，不仅外表好看，而且可以很方便地携带至救援地点，如图7所示在手提箱里有一个触屏的LCD屏幕，一个控制系统和外部装置。控制板包括把手、开关、多媒体。接口、指示灯等等。感应控制中心可以在很远通过网络连接到命令中心，让在其他地方即使不在现场的专家和决策者在感应参考系统的帮助下做出估计和精确的判断，从而使整个紧急反

13、应能力提高。 3.4 感应交流和电力系统母亲的机器人不进行能量来源。获得电源和通信与控制中心，通过一个可以拖动的电缆，并重新租出。婴儿机器人都有自己的电池模块，并能独立工作。它与母体机器人通过无线网络和微波。基于母体机器人，这个机器人婴儿的通信通过远程控制中心多个通信节点释放。3.5传感器系统搜集矿井下的情况，以及母亲的机器人和机器人婴儿都携带视觉传感器，气体传感器，声音传感器和环境检测传感器搜救幸存者，并以声音的形式反馈这些信息，图像远程控制中心的数据，以协助专家作出判断，并决定。要降低音量，方便整合，传感器采用MEMS如甲烷传感器，甲烷传感器，甲烷传感器，甲烷传感器，一氧化碳传感器，O传感

14、器，H传感器，温度传感器，湿度传感器，风速传感器技术和统一的RS232接口。3.6照明系统因为在现场的照明不利于矿难发生后，机器人母体和子体机器人携带照明设备，这是有利于收集网站的图像，并为决策者作出准确的判断。4有袋机器人的救援过程 当事故发生时是上班时间的有袋类的机器人，母体机器人携带的子体机器人和一系列的沟通和电源线连接到进入控制中心。如果拖动力是更大或电缆被困一些障碍，母亲机器人将释放电缆和继续巡回。当满足的差距，如不可逾越的障碍小巷被局限于或电缆是到年底，母体机器人释放的子体机器人和保持工作。然后，子体机器人将进入矿井本身和释放方式的通信节点。在深井，婴儿机器人发送图像，声音和其他传

15、感器的信息反馈给母体通过机器人通信节点释放，然后母体机器人送入此信息通过电缆远程控制中心。控制中心得到的信息后，它发出的控制命令，通过通讯系统对母体机器人和子体机器人。因此，控制中心可以获取网站的信息和控制的有袋动物的机器人来完成营救幸存者的任务。在救援过程中的有袋动物机器人如图 8。5有袋机器人研究的关键问题 有袋动物的机器人将面临不可预知的，复杂化和非结构化环绕矿难后发生。举例来说，入口很窄，在地面上有水，有腐蚀气体是爆炸性的，也有碎片和全面的不稳定结构，它是缺乏光照和通信困难。因此，对有袋动物机器人的研究，必须解决以下关键问题。 （1）母体机器人和子体机器人必须能够灵活地爬过下一个复杂的

16、和非结构化周围的障碍。否则，它们必须有防爆，防水，防尘防水和防冲击的能力，以满足矿山环境的要求。 （2）对于母体机器人需要释放在适当的时间和完成救援任务后，回调的子体机器人，适当释放和回收结构和控制方法必须加以研究。 （3）必须研究至少电缆用于实现更远处，稳定的多信号，多渠道的具有的条件下的净传输岩石的分散性和更多的障碍。 （4）遥控站，携带方便集成的人机交互界面，还必须研究。它可以控制机器人母亲和婴儿的机器人，接收图像，声音和传感器数据信息从有袋动物机器人和具有多媒体和远程网的能力通信。 （5）有必要研究高功率MEMS气体和环境检测传感器和解决问题的通用接口。必须有一个小的传感器体积，高可靠性，防爆炸和接口集成能力。六 结论 本文探讨和分析现有煤矿救援机器人，提出了煤矿救援实用性强的有袋动物机器人。此外，系统的结构，工作流程和有袋机器