CN103161496B - 矿难两栖履带摇臂式搜救车 - Google Patents

Abstract

本发明是一种矿难辅助人员救护的远程遥控搜救车，包括由新型金属材料制成的保护外壳及储物装置，主行走结构装置，遥控装置，能源系统，三角形履带轮，摇臂结构，可伸缩长臂结构，红外线摄像机，瓦斯浓度传感器，液压支柱及电控系统，语音通讯系统及无线电控制系统组成；其中，三角形履带轮及主行走结构装置由摇臂结构连接，能源系统提供动力，液压支柱及电控系统调节三角形履带论偏移角度，瓦斯浓度传感器及语音通讯系统集成在车体上，并通过无线电信号与远程遥控装置相连；本发明可以应用于矿难时的辅助人员搜救、井下瓦斯浓度测定、递送救援物质等。具有适应复杂环境，长距离搜救，越障能力较强的特点。

Description

矿难两栖履带摇臂式搜救车

技术领域

本发明涉及一种矿难两栖履带摇臂式搜救车，它可在接收到遥控装置发出控制信号以后，通过无线电接收装置将其转化为搜救车的操作指令；并可以通过无线电发射装置向外界发射数据信息，属于无线电遥控、精密机械、智能机器人等技术领域。

背景技术

煤炭是世界储量最多，分布最广的化石能源。同时也是最廉价的能源，近年来，随着各国金融危机过后经济的持续上涨，加大了对能源需求率。并且，由于国际原油价格的居高不下，造就了对煤炭需求的日益增长。

中国是煤炭大国，1979-2011年煤炭资源消费占总能源消费的平均比重更高达60％以上。由于我国能源消费结构的特殊性，近年来煤炭在能源中的基础地位不可动摇，又由于产业政策也有向煤炭行业倾斜的趋势。因此，我国不断增加对煤炭的投资、开采力度，上马了一系列大型的煤炭项目。

同时，伴随着煤价的不断上涨，少数人由于利益熏心，一些不具备办矿条件的企业和个人也利用其经济上的优势参与了矿业权的竞争。这就造就了我国仍有为数众多的小煤矿存在，加上我国许多重点煤矿相继进入了衰老报废期，抵御灾害事故的能力不足。以及小煤矿为追求高额利润，安全方面投入较少，这就造就了我国矿难事故时有发生，矿难事故的人员死亡率居高不下。

在矿难救援上，从国内外目前矿难的救援设备来看，一方面是大型的、复杂的矿难救援装备，例如：山河矿设计制作的KJYF 120Q/10型可移式救生舱以及江麓公司生产的CTJ10/96-6型自驱式救援系统；另一方面，是利用矿用钻机为矿难受困人员钻出一条“生命之路”。虽然这些设备已部分应用在了矿井的救援过程中。但却普遍存在费用较高、救援耗时较长的缺点，并且对处于工作面受困的工作人员，救援效果不是特别理想。

矿难事故发生后，无法迅速确定矿难受困人员的位置信息及井下的环境状况，例如：受困人员的位置坐标、瓦斯等有害气体浓度、环境破坏程度等，是造成延误救援时间的主要问题。针对这种情况，美国、日本等发达国家在救援机器人的研制方面做了大量的工作，但大多数仍停留在实验室的模拟阶段。没有大范围的应用到实际的矿难救援中。例如美国Sago煤矿矿难事故救援过程中应用了矿难搜救机器人，虽然，刚开始探测了井下环境，为救援工作提供了很大的指导。但最终因机器人的设计问题，中途陷入泥潭停止了工作。存在越障能力较为薄弱，不能适应井下复杂环境的致命缺点。

在我国煤矿事故中，瓦斯和透水是造成事故的主要因素。在矿难救援过程中，从国外引进的搜救机器人不适应中国煤矿的具体环境。从而不能充分发挥其搜救功能，并存在结构复杂，价格昂贵等缺点。

发明内容

本发明的目的在于能够提供一个应用于矿难人员搜救、井下环境监测、瓦斯浓度测定，并具有两栖性能、行动自如、高越障能力的矿难两栖履带摇臂式搜救车。

本发明由保护外壳及储物装置、主行走结构装置、遥控装置、三角形履带轮、摇臂结构、可伸缩长臂结构、红外线摄像机、瓦斯浓度传感器、语音通讯系统、无线电控制系统、能源系统、液压支柱及电控系统组成。其中，主行走结构装置的前后各通过摇臂结构连接一个三角形履带轮，由安装在摇臂结构和主行走结构装置之间的液压支柱通过伸缩长度来旋转一定的角度；保护外壳及储物装置由金属材料制成，通过螺丝固定在主行走结构之上，并将语音通讯系统和瓦斯浓度传感器安装在保护外壳外部；在保护外壳及储物装置的上部有一个高度可调的可伸缩长臂结构，用于调节安装在可伸缩长臂上部的红外线摄像机的拍摄范围；无线电控制系统和能源系统安装在保护外壳及储物装置内部，来实现与地面控制人员的信息交流和为搜救车提供动力。其特征在于：

所述遥控装置输出操作指令到无线电控制系统，对本发明矿难两栖履带摇臂式搜救车进行操作。同时，将无线电控制系统输出的数据信号经过处理后，以人机交互的形式显示在遥控装置的显示屏上。

所述主行走结构装置由两条履带结构组成，当两条履带的速度相同时，本发明矿难两栖履带摇臂式搜救车实现前进或者后退。当两条履带的速度不同时，矿难两栖履带摇臂式搜救车实现转向。并且主行走结构装置的长度范围为450-500mm，宽度范围值为300-350mm。

所述三角形履带轮为有中心主轮驱动周围三个齿轮，带动三角形履带轮周围履带运动。

所述红外线摄像机，能够接受拍摄目标的热辐射。并通过其中的光学成像系统将聚焦到探测原件上的光信号进行光电转换，然后放大信号，经过媒体图像技术处理，在屏幕上显示红外图像。并且，该红外线摄像机的规格型号为Stjiatu的ST-39R/5CPⅡ。

所述无线电控制系统分发射和接收两个部分，工作时，接收遥控装置发出的控制信号指令，同时经过处理后让小车做出相应的操作；并且，它可以发送红外线摄像机、瓦斯浓度传感器、语音通信系统的信号到遥控装置，从而与监控中心和地面上的其他设备进行通讯，具体实施步骤如下：

步骤一：发射装置将红外线摄像机、瓦斯浓度传感器，语音通讯系统的数字信号经过无线电控制系统内置的译码电路转变为电信号，然后经过放大电路放大，通过发射电路将信号发出；

步骤二：接受装置接受到遥控装置发射的信号后，首先通过内置的放大电路将信号放大，然后通过译码电路装换为可执行信号，进而控制主行走装置运动、可伸缩长臂结构上升与下降、以及摇臂结构的摆动。

所述无线电通信的最大距离满足公式：其中R_max为最大通信距离，K为在发射频率影响常量，P_t为发射机天线端辐射的有效功率，S_min为接收机的最小检测功率，G_t、G_r分别为发射机天线和接收机天线的增益。

所述可伸缩长臂结构由三根独立的金属杆件通过销钉连接成可绕销钉旋转的结构、液压支柱及电控系统构成，通过接收遥控装置发射的信号，实现可伸缩长臂结构的上升或下缩操作。并且可伸缩长臂结构的伸缩高度范围值为0-800mm。

本发明的优势在于：矿难两栖履带摇臂式搜救车，具有一定的越障能力，并且具有井下防水防尘、协助救援、生命探测、环境瓦斯浓度测定、数据信号传输等功能。还可兼具食品配载、供水、供氧、急救包等救援必需物品。同时还具有影音探测、红外线热成像等功能。使其可以确认并协助搜救井下矿难被困人员，实现井下长距离运输，传输井下实时影像，为抢险救助提供重要依据和支持。

附图说明

图1是本发明矿难两栖履带摇臂式搜救车的主视图。

图2是本发明所述主行走结构装置的俯视图。

图3是本发明所述可伸缩长臂结构的主视图。

图4是本发明所述遥控装置的主视图。

图5是本发明矿难两栖履带摇臂式搜救车的越障效果图。

图中符号说明如下：

1保护外壳及储物装置；2主行走结构装置；3遥控装置；4三角形履带轮；5摇臂结构；6可伸缩长臂结构；7红外线摄像机；8瓦斯浓度传感器；9语音通讯系统；10无线电控制系统；11能源系统；12液压支柱及电控系统；13控制搜救车前行按钮；14控制搜救车右旋转按钮；15控制搜救车后退按钮；16控制搜救车左旋转按钮；17控制红外线摄像机右旋转按钮；18控制红外线摄像机左旋转按钮；19扩大红外线摄像机拍摄范围按钮；20缩小红外线摄像机拍摄范围按钮；21语音通信系统的MIC孔；22扩音器；23控制可伸缩长臂结构上升按钮；24控制可伸缩长臂下降按钮；25控制摇臂结构上升按钮；26前后摇臂结构选择开关；27控制摇臂结构下降按钮；28天线；29显示屏。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明矿难两栖履带摇臂式搜救车做更为详细的描述：

参见附图1，本发明包括有用金属材料制成的密封保护外壳及储物装置1、主行走结构装置2、遥控装置3、三角形履带轮4、摇臂结构5、可伸缩长臂结构6、红外线摄像机7、瓦斯浓度传感器8、语音通信系统9、无线电控制系统10、能源系统11和液压支柱及电控系统12构成，其中：

所述无线电控制系统10的接收装置，接收遥控装置3发出的数据信息，并将接收到的数据进行滤波、选择和阻抗匹配，然后通过译码电路将其转化为可执行信号，来控制本发明矿难两栖履带摇臂式搜救车实现前进、后退、左右旋转、可伸缩长臂结构6的上升或下降、摇臂结构5的上下摆动等；

所述无线电控制系统10的发射装置，将红外线摄像机7、瓦斯浓度传感器8，语音通讯系统9的数字信号经过无线电控制系统内置的译码电路转变为电信号，然后经过放大电路放大，通过发射电路将信号发出，遥控装置3接收到无线电控制系统10发射的信号以后。经过信号放大，图像技术处理，在显示屏29上将内部环境信息显示出来。

参见附图2，所述的主行走结构装置2，在接收到遥控装置3对控制搜救车前行按钮13或控制搜救车后退按钮15的操作信号时，通过保持主行走结构装置2上两条履带具有相同的速度来实现本发明的前进或后退；当接收到遥控装置3对控制搜救车右旋转按钮14或控制搜救车左旋转按钮16的操作信号时，通过保持主行走结构装置2上两条履带具有不相同的速度来实现本发明的左、右旋转；并可通过遥控装置3上对控制搜救车前行按钮13、控制搜救车右旋转按钮14、控制搜救车后退按钮15和控制搜救车左旋转按钮16的组合操作，来实现本发明矿难两栖履带摇臂式搜救车的前行并左转、前行并右转、后退并左转、后退并右转。

参见附图3，所述的可伸缩长臂结构6，由三根独立的金属杆件通过销钉连接成可绕销钉旋转的复杂结构，并通过液压支柱调节旋转的角度。当无线电控制系统10的接收装置接收到遥控装置3对控制可伸缩长臂结构上升按钮23或控制可伸缩长臂下降按钮24的操作信号时，通过调节液压支柱的升降来实现可伸缩长臂结构的上升或下降。并且可伸缩长臂结构的伸缩高度范围值为0-800mm。

参见附图4，所述的遥控装置3由控制搜救车前行按钮13、控制搜救车右旋转按钮14、控制搜救车后退按钮15、控制搜救车左旋转按钮16、控制红外线摄像机右旋转按钮17、控制红外线摄像机左旋转按钮18、扩大红外线摄像机拍摄范围按钮19、缩小红外线摄像机拍摄范围按钮20、语音通信系统的MIC孔21、扩音器22、控制可伸缩长臂结构上升按钮23、控制可伸缩长臂下降按钮24、控制摇臂结构上升按钮25、前后摇臂结构选择开关26、控制摇臂结构下降按钮27、天线28组成。

当本发明矿难两栖履带摇臂式搜救车车体部分进入井下矿难工作面执行搜救任务时，可以通过语音系统的MIC孔21与扩音器22和井下被困人员进行交流。这样，一方面可以安抚被困人员的情绪，另一方面还可了解被困人员的状况信息。同时，还可以通过遥控装置上的显示屏29对红外线摄像机7和瓦斯浓度传感器8传来的数据进行影像分析，为快速合理的制定营救方案，早日解救被困人员奠定坚实的基础。

参见附图5，本发明矿难两栖履带摇臂式搜救车具有较强的越障能力。主行走结构装置的前后，各通过销钉连接一个摇臂结构5，并可以通过液压支柱的收缩实现最高可达45°左右的摆角，从而实现较高的越障目的。同时，本发明矿难两栖履带式搜救车行走装置采用履带结构、以及对保护外壳及储物装置进行密封处理。这种独特的设计，在多尘易爆、矸石垮落、地面泥泞的矿井下应用，具有较理想的搜救效果。

Claims (8)

1.一种矿难两栖履带摇臂式搜救车，包括搜救车车体和遥控装置(3)两部分，其中搜救车车体由保护外壳及储物装置(1)，主行走结构装置(2)，三角形履带轮(4)，摇臂结构(5)，可伸缩长臂结构(6)，红外线摄像机(7)，瓦斯浓度传感器(8)，语音通讯系统(9)，无线电控制系统(10)，能源系统(11)，液压支柱及电控系统(12)组成，其结构为：保护外壳及储物装置(1)通过螺丝固定在主行走结构装置(2)上，三角形履带轮(4)利用摇臂结构(5)与主行走结构装置(2)相连、并利用液压支柱及电控系统(12)旋转角度，红外线摄像机(7)与保护外壳及储物装置(1)通过可伸缩长臂结构(6)连接，瓦斯浓度传感器(8)、语音通讯系统(9)、能源系统(11)安装在车体上，其特征在于：

所述保护外壳及储物装置(1)，由金属材料制成，用来检测环境中瓦斯浓度的瓦斯浓度传感器(8)、语音通信系统(9)安装在保护外壳外部；并且，保护外壳具有保护内部无线电控制系统(10)、能源系统(11)的作用；

所述主行走结构装置(2)，由履带式底盘构成，通过能源系统(11)提供动力驱动，主行走结构装置的前后又通过销钉和摇臂结构(5)各连接一个三角形履带轮(4)；并可通过液压支柱及电控系统(12)与三角形履带轮(4)形成一定角度，在复杂地形情况下起越障作用；

所述无线电控制系统(10)接收遥控装置(3)发出的控制信号指令，同时经过处理后让小车做出相应的操作；并且，它可以发送红外线摄像机(7)、瓦斯浓度传感器(8)、语音通信系统(9)的信号到遥控装置(3)，从而与监控中心和地面上的其他设备进行通讯；

所述可伸缩长臂结构(6)，由三根独立的金属杆件通过销钉连接成可绕销钉旋转的结构、液压支柱及电控系统(12)构成，当收到无线电控制系统(10)的信号后，通过液压支柱及电控系统(12)作用上下移动，进而扩大红外线摄像机(7)的拍摄范围；

遥控装置(3)输出操作指令到无线电控制系统(10)对矿难两栖履带式搜救车进行操作，同时将无线电控制系统(10)输出的数据信号经过处理后，进行人机交互显示；

能源系统(11)，为矿难两栖履带式搜救车提供动力。

2.根据权利要求1所述的矿难两栖履带摇臂式搜救车，其特征在于：主行走结构装置(1)由两条履带结构组成，当两条履带的速度相同时，矿难两栖履带式搜救车前进或者后退；当两条履带的速度不同时，矿难两栖履带搜救车实现转向运动。

3.根据权利要求1所述的矿难两栖履带摇臂式搜救车，其特征在于：主行走结构装置(1)长度范围值为450-500mm，宽度范围值为300-350mm。

4.根据权利要求1所述的矿难两栖履带摇臂式搜救车，其特征在于：三角形履带轮(4)由中心主轮驱动周围三个齿轮带动三角形履带轮周围履带运动。

5.根据权利要求1所述的矿难两栖履带摇臂式搜救车，其特征在于：红外线摄像机(7)，能接受目标的热辐射；并通过其中的光学成像系统将聚焦到探测原件上的光信号进行光电转换，然后放大信号，经过媒体图像技术处理，在显示屏(29)上显示红外图像。

6.根据权利要求1所述的矿难两栖履带摇臂式搜救车，其特征在于：无线电控制系统(10)分发射和接收两个部分，具体实施步骤如下：

步骤一：发射装置将红外线摄像机(7)、瓦斯浓度传感器(8)，语音通讯系统(9)的数字信号经过无线电控制系统(10)内置的译码电路转变为电信号，然后经过放大电路放大，通过发射电路将信号发出；

步骤二：接受装置接受到遥控装置(3)发射的信号后，首先通过内置的放大电路将信号放大，然后通过译码电路转换为可执行信号，进而控制主行走装置(2)运动、可伸缩长臂结构(6)的上升与下降、以及摇臂结构(5)的摆动。

7.根据权利要求1所述的矿难两栖履带摇臂式搜救车，其特征在于：无线电通信的最大距离满足公式：其中R_max为最大通信距离，K为在发射频率影响常量，P_t为发射机天线端辐射的有效功率，S_min为接收机的最小检测功率，G_t、G_r分别为发射机天线和接收机天线的增益。

8.根据权利要求1所述的矿难两栖履带摇臂式搜救车，其特征在于：可伸缩长臂结构的伸缩高度范围值为0-800mm。