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煤矿井下巷道空间狭小,环境复杂,灾害事故发生后将变得更加恶劣难料。这就对煤矿机器人的复杂恶劣环境适应能力提出了更高的要求。 经过长期的自然选择,动物在机构、功能执行、信息处理、环境适应和自主学习等方面都具有高度的合理性、科学性和进步性。因此,仿生机器人在环境适应方面具有较强的优势。 近年来部分仿生机器人成果也逐渐被应用到了巡检、救援等煤矿井下作业任务中。 蛇形机器人结构柔性高、体积小、稳定性好,并具有多种运动模态,能够钻入狭缝、穿越洞穴、逾越崎岖地面、翻越障碍物,对多种复杂地形具有较强的适应性,比较适合井下搜救与救援等作业任务。 哈尔滨工业大学赵杰研究团队面向煤矿井下探测设计了新型多节履带式蛇形机器人,其具有正压防爆系统以及多种探测传感器,采用基于航向轨迹曲率估计方法实现了多节履带式蛇形机器人的转向与航向控制。 西安科技大学侯媛彬研究团队结合灾后煤矿巷道的复杂环境特点和蛇形机器人自身的优点,研制出一种叶片轮式的煤矿蛇形探测机器人,并对未知环境位姿控制、路径规划策略等问题开展了相关研究。 日本东京工业大学HI-ROSE,从救援机器人的行走系统出发,先后设计了“ACM”、“GENBU”、“SORYU”等一系列地形适应能强的救援蛇形机器人样机。其中ACM-R5蛇形机器人可以完成水陆两栖作业,通过蛇形机器人关节处的波纹管实现了直接单元驱动、侧移滚动、螺旋等运动形式。 此外,美国卡内基梅隆大学机器人研究中心研制了一款用于井下地图创建的机器人雪貂,该机器人装备有声纳和激光测距传感器,能够建立三维井下地图,从而可对矿井环境进行评估。 加拿大安大略大学研发了仿生土拨鼠矿难救灾机器人,该机器人采用四足行走,地形适应能力强,由四连杆并联机构作为机器人灵活的头部,且身体结构具备蠕动功能,在遇到堵塞区域时能够进行掘进,可在狭小空间中穿行,有效减少了环境探测的盲区。 目前,由于技术水平与煤矿环境的限制,仿生机器人在煤矿生产作业中的应用领域相对较小。仿生技术在复制动物原型的同时,还需要全面考虑生物运行、感知和控制模式等因素,才有可能最大程度地接近生物性能。同时机电系统与生物特性的融合、传统结构和仿生机构的融合、以及仿生驱动的应用将推动仿生机器人的发展成为集机械结构和生物特性于一体的“仿生系统”,从而具有更广泛的适用性。