權(quán)利要求

1.礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)，其特征在于，包括井下超前探測(cè)機(jī)器人、井下偵查機(jī)器人、地表偵查探測(cè)機(jī)器人、空中探測(cè)機(jī)器人、井下救援機(jī)器人、地面控制站、遠(yuǎn)程指揮站，井下超前探測(cè)機(jī)器人、井下偵查機(jī)器人、地表偵查探測(cè)機(jī)器人、空中探測(cè)機(jī)器人、井下救援機(jī)器人均與地面控制站無(wú)線通訊連接，地面控制站與遠(yuǎn)程指揮站無(wú)線通訊連接。

2.如權(quán)利要求1所述的礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)，其特征在于，所述井下超前探測(cè)機(jī)器人包括第一移動(dòng)平臺(tái)、第一通訊組件、探測(cè)機(jī)械臂組件、多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件、矩陣式超前探測(cè)模組，井下超前探測(cè)機(jī)器人通過(guò)第一通訊組件與地面控制站無(wú)線通訊，第一移動(dòng)平臺(tái)為履帶式移動(dòng)平臺(tái)，內(nèi)部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)控制組件，第一移動(dòng)平臺(tái)上部設(shè)置第一通訊組件，且驅(qū)動(dòng)控制組件連接第一通訊組件、探測(cè)機(jī)械臂組件，探測(cè)機(jī)械臂組件的下端面設(shè)置在第一移動(dòng)平臺(tái)的上端前側(cè)，探測(cè)機(jī)械臂組件的上端安裝固定有多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件，多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件上設(shè)置有矩陣式超前探測(cè)模組。

3.如權(quán)利要求2所述的礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)，其特征在于，所述多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件為多自由度的云臺(tái)，能帶動(dòng)矩陣式超前探測(cè)模組實(shí)現(xiàn)空間方位和角度變換，多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件包括探測(cè)本體、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、防護(hù)殼體，探測(cè)本體為圓柱體結(jié)構(gòu)，探測(cè)本體前端設(shè)置矩陣式超前探測(cè)模組，探測(cè)本體的后端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置在防護(hù)殼體的內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸的軸心與防護(hù)殼體的軸心平行，防護(hù)殼體設(shè)置在探測(cè)機(jī)械臂組件上端。

4.如權(quán)利要求2或3所述的礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)，其特征在于，所述矩陣式超前探測(cè)模組包括數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊、超前探測(cè)模塊，超前探測(cè)模塊設(shè)有多組，每組超前探測(cè)模塊包括發(fā)射模組和接收模組，發(fā)射模組的內(nèi)部包含發(fā)射調(diào)理電路，發(fā)射調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊連接，用以發(fā)射模組的信號(hào)調(diào)制發(fā)射，接收模組的內(nèi)部包含接收調(diào)理電路，接收調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊連接，用以信號(hào)的解調(diào)接收、分析和處理。

5.如權(quán)利要求4所述的礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)，其特征在于，所述多組超前探測(cè)模塊中的部分超前探測(cè)模塊設(shè)置于多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件中探測(cè)本體的最前端端面上，部分超前探測(cè)模塊設(shè)置于多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件中探測(cè)本體的外側(cè)圓周上，多組超前探測(cè)模塊發(fā)出的波頻率不同。

6.如權(quán)利要求1所述的礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)，其特征在于，所述井下偵查機(jī)器人包括第二移動(dòng)平臺(tái)、偵查傳感器組、第二通訊組件，地表偵查探測(cè)機(jī)器人包括第三移動(dòng)平臺(tái)、地表探測(cè)傳感組件、第三通訊組件，空中探測(cè)機(jī)器人包括第一空中平臺(tái)、第四通訊組件、空探傳感組件，井下救援機(jī)器人包括第四移動(dòng)平臺(tái)、第五通訊組件、救援機(jī)械臂模塊，第二移動(dòng)平臺(tái)、第三移動(dòng)平臺(tái)、第四移動(dòng)平臺(tái)均為履帶式、輪式或輪履復(fù)合式移動(dòng)平臺(tái)，第一空中平臺(tái)為多軸飛行器；偵查傳感器組、第二通訊組件設(shè)置于第二移動(dòng)平臺(tái)上，地表探測(cè)傳感組件、第三通訊組件設(shè)置于第三移動(dòng)平臺(tái)上，第四通訊組件、空探傳感組件設(shè)置于第一空中平臺(tái)上，第五通訊組件、救援機(jī)械臂模塊設(shè)置于第四移動(dòng)平臺(tái)上，井下偵查機(jī)器人、地表偵查探測(cè)機(jī)器人、空中探測(cè)機(jī)器人、井下救援機(jī)器人分別通過(guò)第二通訊組件、第三通訊組件、第四通訊組件和第五通訊組件與地面控制站無(wú)線連接。

7.如權(quán)利要求1所述的礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)，其特征在于，所述地面控制站包括第六通訊組件、顯示和控制組件、數(shù)據(jù)分析和決策模塊，第六通訊組件連接數(shù)據(jù)分析和決策模塊，顯示和控制組件與數(shù)據(jù)分析和決策模塊連接，第六通訊組件與井下超前探測(cè)機(jī)器人中的第一通訊組件、井下偵查機(jī)器人中的第二通訊組件、地表偵查探測(cè)機(jī)器人中的第三通訊組件、空中探測(cè)機(jī)器人中的第四通訊組件和井下救援機(jī)器人中的第五通訊組件無(wú)線通訊連接。

8.如權(quán)利要求1所述的礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)程指揮站包括第七通訊組件、顯示組件和控制器，第七通訊組件與地面控制站中的第六通訊組件通訊連接，第七通訊組件、顯示組件均與控制器連接，第七通訊組件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中繼通訊系統(tǒng)與地面控制站中的第六通訊組件通訊。

說(shuō)明書

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于礦山開采設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)。

背景技術(shù)

我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，煤礦開采中瓦斯爆炸、涌水、火災(zāi)等事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重危害工作人員生命安全、制約煤炭作業(yè)發(fā)展。在礦山作業(yè)時(shí)，如果能對(duì)礦山前方災(zāi)害進(jìn)行超前探測(cè)將極大地減弱甚至避免災(zāi)害造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。礦山災(zāi)害發(fā)生后，目前的主要救援手段還是依賴人工救助，由于災(zāi)后環(huán)境復(fù)雜惡劣、空間狹窄、充滿有毒和易燃易爆氣體等，并且隨時(shí)可能發(fā)生二次災(zāi)害，嚴(yán)重威脅救援人員生命安全，對(duì)搶奪礦井黃金救援時(shí)間提出巨大挑戰(zhàn)。因此，研制適用于復(fù)雜惡劣環(huán)境的礦井探測(cè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)事故災(zāi)害后的快速偵察和探測(cè)以提高救援效率、搶奪救援時(shí)機(jī)并降低人員傷亡迫在眉睫。

對(duì)此，國(guó)家也出臺(tái)多項(xiàng)戰(zhàn)略支撐文件對(duì)礦山安全作業(yè)進(jìn)行了部署，例如2019年煤監(jiān)局發(fā)布《礦藏機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)名錄》，包含重點(diǎn)研制掘進(jìn)、采煤、安控和救援等5類38種礦藏機(jī)器人，聚焦關(guān)鍵崗位和危險(xiǎn)崗位，機(jī)械化換人/自動(dòng)化換人；國(guó)家生產(chǎn)安全監(jiān)督局也提出煤炭智能化開采；國(guó)家科技部：“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃提出重點(diǎn)攻關(guān)智能開采技術(shù)與偵查裝備；中國(guó)制造2025對(duì)機(jī)器人重點(diǎn)領(lǐng)域、突破機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)部署；十三五規(guī)劃也同步提出推進(jìn)機(jī)器人創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化。

當(dāng)前現(xiàn)有的技術(shù)方案主要針對(duì)某一功能性的礦山安全作業(yè)，包括：采用井下探測(cè)裝置進(jìn)行常規(guī)的災(zāi)害監(jiān)控、井下環(huán)境的監(jiān)測(cè)等，由于技術(shù)原因，目前還尚未見(jiàn)到采用立體式的災(zāi)害預(yù)測(cè)、井下偵查以及救援的系統(tǒng)或裝置。而采用部分系統(tǒng)化功能的礦山災(zāi)害超前預(yù)警系統(tǒng)，多采用固定式探頭傳感器的方法。

例如，(1)在礦山災(zāi)害預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域，申請(qǐng)?zhí)枮?01010136462.8的專利公開了一種遠(yuǎn)程控制礦井掘進(jìn)工作面超前探測(cè)預(yù)報(bào)的系統(tǒng)及方法，申請(qǐng)?zhí)枮?01310045425.X的專利公開了掘進(jìn)災(zāi)害超前探測(cè)系統(tǒng)及方法。(2)在井下偵查救援技術(shù)領(lǐng)域，申請(qǐng)?zhí)枮?01010146118.7的專利公開了礦用子母機(jī)器人救災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)枮?01010237464.6的專利公開了礦井自主智能探測(cè)多機(jī)器人系統(tǒng)。(3)在礦山偵查探測(cè)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，申請(qǐng)?zhí)枮?01610207904.0的專利公開了礦山隱蔽災(zāi)害實(shí)時(shí)主動(dòng)探測(cè)與被動(dòng)監(jiān)測(cè)一體化系統(tǒng)及方法，申請(qǐng)?zhí)枮?01711436962.1的專利公開了一種移動(dòng)式電磁輻射定位探測(cè)及預(yù)警礦山動(dòng)力災(zāi)害的方法等。

礦山災(zāi)害預(yù)警、井下偵查以及災(zāi)害救援的裝置或技術(shù)手段單一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)聯(lián)合部署作業(yè)，極大地阻礙著我國(guó)礦山開采的自動(dòng)化和智能化水平，同時(shí)也威脅著我國(guó)采礦業(yè)的安全生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)，包括井下超前探測(cè)機(jī)器人、井下偵查機(jī)器人、地表偵查探測(cè)機(jī)器人、空中探測(cè)機(jī)器人、井下救援機(jī)器人、地面控制站、遠(yuǎn)程指揮站，井下超前探測(cè)機(jī)器人、井下偵查機(jī)器人、地表偵查探測(cè)機(jī)器人、空中探測(cè)機(jī)器人、井下救援機(jī)器人均與地面控制站無(wú)線通訊連接，地面控制站與遠(yuǎn)程指揮站無(wú)線通訊連接。

具體地，所述井下超前探測(cè)機(jī)器人包括第一移動(dòng)平臺(tái)、第一通訊組件、探測(cè)機(jī)械臂組件、多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件、矩陣式超前探測(cè)模組，井下超前探測(cè)機(jī)器人通過(guò)第一通訊組件與地面控制站無(wú)線通訊，第一移動(dòng)平臺(tái)為履帶式移動(dòng)平臺(tái)，內(nèi)部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)控制組件，第一移動(dòng)平臺(tái)上部設(shè)置有第一通訊組件，且驅(qū)動(dòng)控制組件連接第一通訊組件、探測(cè)機(jī)械臂組件，探測(cè)機(jī)械臂組件的下端面設(shè)置在第一移動(dòng)平臺(tái)的上端前側(cè)，探測(cè)機(jī)械臂組件的上端安裝固定有多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件，多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件上設(shè)置有矩陣式超前探測(cè)模組。

具體地，所述多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件為多自由度的云臺(tái)，能帶動(dòng)矩陣式超前探測(cè)模組實(shí)現(xiàn)空間方位和角度變換，多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件包括探測(cè)本體、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、防護(hù)殼體，探測(cè)本體為圓柱體結(jié)構(gòu)，探測(cè)本體前端設(shè)置矩陣式超前探測(cè)模組，探測(cè)本體的后端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置在防護(hù)殼體的內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸的軸心與防護(hù)殼體的軸心平行，防護(hù)殼體設(shè)置在探測(cè)機(jī)械臂組件上端。

具體地，所述矩陣式超前探測(cè)模組包括數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊、超前探測(cè)模塊，超前探測(cè)模塊設(shè)有多組，每組超前探測(cè)模塊包括發(fā)射模組和接收模組，發(fā)射模組的內(nèi)部包含發(fā)射調(diào)理電路，發(fā)射調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊連接，用以發(fā)射模組的信號(hào)調(diào)制發(fā)射，接收模組的內(nèi)部包含接收調(diào)理電路，接收調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊連接，用以信號(hào)的解調(diào)接收、分析和處理。

進(jìn)一步地，所述多組超前探測(cè)模塊中的一部分設(shè)置于多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件中探測(cè)本體的最前端端面上，另一部分設(shè)置于多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件中探測(cè)本體的外側(cè)圓周上，多組超前探測(cè)模塊發(fā)出的波頻率不同。

具體地，所述井下偵查機(jī)器人包括第二移動(dòng)平臺(tái)、偵查傳感器組、第二通訊組件，地表偵查探測(cè)機(jī)器人包括第三移動(dòng)平臺(tái)、地表探測(cè)傳感組件、第三通訊組件，空中探測(cè)機(jī)器人包括第一空中平臺(tái)、第四通訊組件、空探傳感組件，井下救援機(jī)器人包括第四移動(dòng)平臺(tái)、第五通訊組件、救援機(jī)械臂模塊，第二移動(dòng)平臺(tái)、第三移動(dòng)平臺(tái)、第四移動(dòng)平臺(tái)均為履帶式、輪式或輪履復(fù)合式移動(dòng)平臺(tái)，第一空中平臺(tái)為多軸飛行器；偵查傳感器組、第二通訊組件設(shè)置于第二移動(dòng)平臺(tái)上，地表探測(cè)傳感組件、第三通訊組件設(shè)置于第三移動(dòng)平臺(tái)上，第四通訊組件、空探傳感組件設(shè)置于第一空中平臺(tái)上，第五通訊組件、救援機(jī)械臂模塊設(shè)置于第四移動(dòng)平臺(tái)上，井下偵查機(jī)器人、地表偵查探測(cè)機(jī)器人、空中探測(cè)機(jī)器人、井下救援機(jī)器人分別通過(guò)第二通訊組件、第三通訊組件、第四通訊組件和第五通訊組件與地面控制站無(wú)線連接。

具體地，所述地面控制站包括第六通訊組件、顯示和控制組件、數(shù)據(jù)分析和決策模塊，第六通訊組件連接數(shù)據(jù)分析和決策模塊模塊，顯示和控制組件與數(shù)據(jù)分析和決策模塊連接，第六通訊組件與井下超前探測(cè)機(jī)器人中的第一通訊組件、井下偵查機(jī)器人中的第二通訊組件、地表偵查探測(cè)機(jī)器人中的第三通訊組件、空中探測(cè)機(jī)器人中的第四通訊組件和井下救援機(jī)器人中的第五通訊組件無(wú)線通訊連接。

具體地，所述遠(yuǎn)程指揮站包括第七通訊組件、顯示組件和控制器，第七通訊組件與地面控制站中的第六通訊組件通訊連接，第七通訊組件、顯示組件均與控制器連接，第七通訊組件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中繼通訊系統(tǒng)與地面控制站中的第六通訊組件通訊。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：本實(shí)用新型通過(guò)采用多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山掘進(jìn)面前端以及周圍災(zāi)情參數(shù)的實(shí)時(shí)探測(cè)，配合發(fā)射不同頻率波形的矩陣式超前探測(cè)模組，實(shí)現(xiàn)對(duì)定點(diǎn)探測(cè)區(qū)域的多頻探測(cè)，探測(cè)精度更高，魯棒性更強(qiáng)。采用集群式的井下超前探測(cè)機(jī)器人、井下偵查機(jī)器人、地表偵查探測(cè)機(jī)器人、空中探測(cè)機(jī)器人、井下救援機(jī)器人，配合地面控制站和遠(yuǎn)程指揮站，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦山的全方位立體系統(tǒng)超前探測(cè)、偵查和救援，礦山安全作業(yè)性更高、自動(dòng)化程度更高，有利于降低甚至避免礦山災(zāi)害，減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型機(jī)器人集群系統(tǒng)整體立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型井下超前探測(cè)機(jī)器人主視圖。

圖3是本實(shí)用新型井下偵查機(jī)器人的立體圖。

圖4是本實(shí)用新型地表偵查探測(cè)機(jī)器人的立體圖。

圖5是本實(shí)用新型空中探測(cè)機(jī)器人的立體圖。

圖6是本實(shí)用新型井下救援機(jī)器人。

圖7是本實(shí)用新型地面控制站的立體圖。

圖8是本實(shí)用新型遠(yuǎn)程指揮站的立體圖。

圖9是本實(shí)用新型多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件和矩陣式超前探測(cè)模組的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述，但是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于這些實(shí)施例。凡是不背離本實(shí)用新型構(gòu)思的改變或等同替代均包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。

礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)，包括井下超前探測(cè)機(jī)器人1、井下偵查機(jī)器人2、地表偵查探測(cè)機(jī)器人3、空中探測(cè)機(jī)器人4、井下救援機(jī)器人5、地面控制站6、遠(yuǎn)程指揮站7，如圖1所示。井下超前探測(cè)機(jī)器人1、井下偵查機(jī)器人2、地表偵查探測(cè)機(jī)器人3、空中探測(cè)機(jī)器人4、井下救援機(jī)器人5均與地面控制站6無(wú)線通訊連接，地面控制站6與遠(yuǎn)程指揮站7無(wú)線通訊連接。

如圖2所述，井下超前探測(cè)機(jī)器人1包括第一移動(dòng)平臺(tái)11、第一通訊組件12、探測(cè)機(jī)械臂組件13、多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件14、矩陣式超前探測(cè)模組15。第一移動(dòng)平臺(tái)11為履帶式移動(dòng)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜地面的移動(dòng)功能，內(nèi)部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)控制組件，且驅(qū)動(dòng)控制組件連接第一通訊組件12、探測(cè)機(jī)械臂組件13，第一移動(dòng)平臺(tái)11上部設(shè)置有第一通訊組件12，探測(cè)機(jī)械臂組件13的下端面設(shè)置在第一移動(dòng)平臺(tái)11的上端前側(cè)，探測(cè)機(jī)械臂組件13的上端安裝固定有多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件14，多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件14上設(shè)置有矩陣式超前探測(cè)模組15。第一通訊組件12可發(fā)射和接收無(wú)線電磁信號(hào)，井下超前探測(cè)機(jī)器人1通過(guò)第一通訊組件12與地面控制站6無(wú)線通訊。

多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件14為多自由度的云臺(tái)，能帶動(dòng)矩陣式超前探測(cè)模組15實(shí)現(xiàn)空間方位和角度變換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同角度或方向的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行探測(cè)。如圖9所示，多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件14包括探測(cè)本體141、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)142、防護(hù)殼體143，探測(cè)本體141為圓柱體結(jié)構(gòu)，探測(cè)本體141前端設(shè)置矩陣式超前探測(cè)模組15，探測(cè)本體141的后端與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)142的輸出軸連接，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)142設(shè)置在防護(hù)殼體143的內(nèi)部中間位置處，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)142輸出軸的軸心與防護(hù)殼體143的軸心平行，當(dāng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)142工作時(shí)，可帶動(dòng)本體上的矩陣式超前探測(cè)模組15旋轉(zhuǎn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)采用不同頻率的超前探測(cè)模塊152對(duì)礦山環(huán)境中同一位置處的參數(shù)進(jìn)行探測(cè)測(cè)量。防護(hù)殼體143設(shè)置在探測(cè)機(jī)械臂組件13上端。防護(hù)殼體143內(nèi)部采用隔爆隔熱處理，保證多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件14具備在礦山高危災(zāi)害下使用。

進(jìn)一步的，對(duì)于多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件14的防護(hù)等級(jí)，典型的為防水IP67，防爆等級(jí)Exd(ib)IMb。

如圖9所示，矩陣式超前探測(cè)模組15包括數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊151、超前探測(cè)模塊152，超前探測(cè)模塊152設(shè)有多組，分別記為：第一超前探測(cè)模塊152-1、第二超前探測(cè)模塊152-2、……、第n超前探測(cè)模塊152-n，超前探測(cè)模塊152可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，n≥1。

每組超前探測(cè)模塊152包括發(fā)射模組和接收模組，對(duì)于任意第x個(gè)超前探測(cè)模塊152-x，均包含：發(fā)射模組152-x-a和接收模組152-x-b。其中發(fā)射模組152-x-a用于發(fā)射特定波長(zhǎng)的探測(cè)信號(hào)，發(fā)射模組152-x-a的內(nèi)部包含發(fā)射調(diào)理電路，發(fā)射調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊151連接，用以實(shí)現(xiàn)發(fā)射模組的信號(hào)調(diào)制發(fā)射功能。接收模組152-x-b用于接收特定波長(zhǎng)的探測(cè)發(fā)射信號(hào)，接收模組152-x-b的內(nèi)部包含接收調(diào)理電路，接收調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊151連接，用以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)接收、分析和處理功能。

進(jìn)一步的，對(duì)于n個(gè)超前探測(cè)模塊152中，部分探測(cè)模組設(shè)置于在多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件14中探測(cè)本體141的最前端端面上，部分探測(cè)模組設(shè)置于多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件14中探測(cè)本體141的前端外側(cè)圓周上。

進(jìn)一步的，對(duì)于任意n個(gè)超前探測(cè)模塊151-1～152-n，不同的超前探測(cè)模塊發(fā)出的波頻率不同，通過(guò)發(fā)射不同波形的探測(cè)信號(hào)，經(jīng)周圍環(huán)境反射后，接受到的波形變化也不同，可實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的高精準(zhǔn)探測(cè)，具體方法為：

當(dāng)機(jī)器人進(jìn)行對(duì)掘進(jìn)面前端或周圍的環(huán)境災(zāi)害參數(shù)進(jìn)行偵查時(shí)，假設(shè)第x個(gè)超前探測(cè)模塊152-x中的發(fā)射模組152-x-a發(fā)射頻率為f1的波形對(duì)A區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，此時(shí)波形經(jīng)過(guò)探測(cè)A區(qū)域后反射回來(lái)第一組待分析處理信號(hào)F1，該信號(hào)被第x個(gè)超前探測(cè)模塊中的接收模塊152-x-b接收，并傳輸至數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊151解析處理；

同時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制組件繼續(xù)控制多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件4中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)142旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)矩陣式超前探測(cè)模組15旋轉(zhuǎn)，此時(shí)第y個(gè)超前探測(cè)模塊152-y中的發(fā)射模組152-y-a發(fā)射頻率為f2的波形對(duì)A區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，此時(shí)波形經(jīng)過(guò)探測(cè)A區(qū)域后反射回來(lái)第二組待分析處理信號(hào)F2，該信號(hào)被第y個(gè)超前探測(cè)模塊中的接收模塊152-y-b接收，并傳輸至數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊151解析處理；依次進(jìn)行循環(huán)，對(duì)多組發(fā)射回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行依次對(duì)比分析，將有利于獲取對(duì)A區(qū)域的精準(zhǔn)參數(shù)分析。

如圖3所示，井下偵查機(jī)器人2包括第二移動(dòng)平臺(tái)21、偵查傳感器組22、第二通訊組件23，第二移動(dòng)平臺(tái)21根據(jù)實(shí)際情況可以為履帶式、輪式或輪履復(fù)合式移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，偵查傳感器組22、第二通訊組件23設(shè)置于第二移動(dòng)平臺(tái)21上，偵查傳感器組22用于對(duì)井下作業(yè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行參數(shù)采集探測(cè)，進(jìn)一步的，為了使井下偵查機(jī)器人2能夠?qū)颅h(huán)境參數(shù)和作業(yè)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行偵查探測(cè)，其中偵查傳感器組22可為各類氣體傳感器和視覺(jué)采集裝置等。井下偵查機(jī)器人2通過(guò)第二通訊組件23與地面控制站6無(wú)線連接。

地表偵查探測(cè)機(jī)器人3包括第三移動(dòng)平臺(tái)31、地表探測(cè)傳感組件32、第三通訊組件33，如圖4所示。第三移動(dòng)平臺(tái)31根據(jù)實(shí)際情況可以為履帶式、輪式或輪履復(fù)合式移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，地表探測(cè)傳感組件32、第三通訊組件33設(shè)置于第三移動(dòng)平臺(tái)31上，地表探測(cè)傳感組件32對(duì)地面礦山參數(shù)進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)控，地表偵查探測(cè)機(jī)器人3通過(guò)第三通訊組件33與地面控制站6無(wú)線連接。

空中探測(cè)機(jī)器人4包括第一空中平臺(tái)41、第四通訊組件42、空探傳感組件43，如圖5所示。第四通訊組件42、空探傳感組件43設(shè)置于第一空中平臺(tái)41上，空探傳感組件43從空中利用電磁和光學(xué)等傳感器對(duì)礦山進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)控，空中探測(cè)機(jī)器人4通過(guò)第四通訊組件42與地面控制站6無(wú)線連接。

井下救援機(jī)器人5包括第四移動(dòng)平臺(tái)51、第五通訊組件52、救援機(jī)械臂模塊53，如圖6所示。第五通訊組件52、救援機(jī)械臂模塊53設(shè)置于第四移動(dòng)平臺(tái)51上，救援機(jī)械臂模塊53可實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物等的清除，實(shí)現(xiàn)快速救援，井下救援機(jī)器人5通過(guò)第五通訊組件52與地面控制站6無(wú)線連接。

如圖7所示，地面控制站6包括第六通訊組件61、顯示和控制組件62、數(shù)據(jù)分析和決策模塊63，第六通訊組件61設(shè)置在地面控制站6的最上端，第六通訊組件61連接數(shù)據(jù)分析和決策模塊63模塊，顯示和控制組件62用以實(shí)現(xiàn)將接收的信息顯示并通過(guò)外部干預(yù)指令施加至該組件上，顯示和控制組件62與數(shù)據(jù)分析和決策模塊63連接。第六通訊組件61與井下超前探測(cè)機(jī)器人1中的第一通訊組件12、井下偵查機(jī)器人2中的第二通訊組件23、地表偵查探測(cè)機(jī)器人3中的第三通訊組件33、空中探測(cè)機(jī)器人4中的第四通訊組件42和井下救援機(jī)器人5中的第五通訊組件52無(wú)線通訊連接。

如圖8所示，遠(yuǎn)程指揮站7包括第七通訊組件71、顯示組件72和控制器，第七通訊組件71設(shè)置在遠(yuǎn)程指揮站7的頂端，第七通訊組件71與地面控制站6中的第六通訊組件61通訊連接，第七通訊組件71、顯示組件72均與控制器連接，顯示組件72用以顯示從地面控制站6發(fā)射傳輸過(guò)來(lái)的信息。

進(jìn)一步的，為保證第六通訊組件61與第七通訊組件71實(shí)現(xiàn)通訊，還應(yīng)至少包含網(wǎng)絡(luò)中繼通訊系統(tǒng)，第七通訊組件71通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中繼通訊系統(tǒng)與地面控制站6中的第六通訊組件61通訊。網(wǎng)絡(luò)中繼通訊系統(tǒng)可以是4G、5G基站、銥星通訊衛(wèi)星或其它可遠(yuǎn)程通訊的設(shè)備或裝置等。

上述礦山災(zāi)害預(yù)警、偵查和救援機(jī)器人集群系統(tǒng)的作業(yè)方法如下：

(1)當(dāng)?shù)V山常規(guī)作業(yè)時(shí)：

1)井下超前探測(cè)機(jī)器人1對(duì)礦井掘進(jìn)面前端的災(zāi)害參數(shù)進(jìn)行采集、分析：第一移動(dòng)平臺(tái)11帶動(dòng)探測(cè)機(jī)械臂組件13、多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件14，通過(guò)矩陣式超前探測(cè)模組15對(duì)前端和周圍災(zāi)害參數(shù)進(jìn)行探測(cè)采集。第x個(gè)超前探測(cè)模塊152-x中的發(fā)射模組152-x-a發(fā)射頻率為f1的波形對(duì)A區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，此時(shí)波形經(jīng)過(guò)探測(cè)A區(qū)域后反射回來(lái)第一組待分析處理信號(hào)F1，該信號(hào)被第x個(gè)超前探測(cè)模塊中的接收模塊152-x-b接收，并傳輸至數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊151解析處理；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制組件繼續(xù)控制多點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式探測(cè)組件14中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)142旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)矩陣式超前探測(cè)模組15旋轉(zhuǎn)，此時(shí)第y個(gè)超前探測(cè)模塊152-y中的發(fā)射模組152-y-a發(fā)射頻率為f2的波形對(duì)A區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，此時(shí)波形經(jīng)過(guò)探測(cè)A區(qū)域后反射回來(lái)第二組待分析處理信號(hào)F2，該信號(hào)被第y個(gè)超前探測(cè)模塊中的接收模塊152-y-b接收，并傳輸至數(shù)據(jù)采集處理和解析模塊151解析處理；依次進(jìn)行循環(huán)，對(duì)多組發(fā)射回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行依次對(duì)比分析，將有利于獲取對(duì)A區(qū)域的精準(zhǔn)參數(shù)分析。當(dāng)采集完某個(gè)方向或角度等定點(diǎn)區(qū)域的參數(shù)后，此時(shí)探測(cè)機(jī)械臂組件13進(jìn)行角度方位變換，實(shí)現(xiàn)其它區(qū)域的采集，當(dāng)該片區(qū)域采集完畢后，第一移動(dòng)平臺(tái)11帶動(dòng)探測(cè)機(jī)械臂組件13及矩陣式超前探測(cè)模組15等進(jìn)行位置移動(dòng)，依次進(jìn)行另外區(qū)域的參數(shù)采集探測(cè)。當(dāng)采集完畢后，將探測(cè)的參數(shù)等信息通過(guò)第一通訊組件12發(fā)送至地面控制站6中的第六通訊組件61上，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析和決策模塊63處理后顯示至顯示和控制組件62上。

2)在此過(guò)程中，井下偵查機(jī)器人2通過(guò)偵查傳感器組22進(jìn)行對(duì)井下環(huán)境參數(shù)探測(cè)偵查，對(duì)井下環(huán)境參數(shù)和作業(yè)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行偵查探測(cè)，并將采集的參數(shù)通過(guò)第二通訊組件23發(fā)送至地面控制站6中的第六通訊組件61上，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析和決策模塊63處理后顯示至顯示和控制組件62。類似的，地表偵查探測(cè)機(jī)器人3通過(guò)地表探測(cè)傳感組件32對(duì)礦山的地表狀況進(jìn)行探測(cè)，并將探測(cè)的參數(shù)信息通過(guò)第三通訊組件33發(fā)送至地面控制站6中的第六通訊組件61上，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析和決策模塊63處理后顯示至顯示和控制組件62；空中探測(cè)機(jī)器人4通過(guò)空探傳感組件43從空中對(duì)礦山參數(shù)進(jìn)行采集探測(cè)，并將探測(cè)的參數(shù)信息通過(guò)第四通訊組件42發(fā)送至地面控制站6中的第六通訊組件61上。

(2)當(dāng)出現(xiàn)礦山災(zāi)害征兆時(shí)：

井下超前探測(cè)機(jī)器人1對(duì)礦井災(zāi)害參數(shù)進(jìn)行快速采集，采集和分析步驟如礦山常規(guī)作業(yè)時(shí)的步驟1)；在此過(guò)程中，井下偵查機(jī)器人2、地表偵查探測(cè)機(jī)器人3和空中探測(cè)機(jī)器人4立體協(xié)同探測(cè)，將探測(cè)的數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送至地面控制站6中的第六通訊組件61并通過(guò)數(shù)據(jù)分析和決策模塊63進(jìn)行集中融合、分析和處理，生成災(zāi)害預(yù)測(cè)報(bào)告供地面控制指揮人員決策，同時(shí)該災(zāi)害預(yù)測(cè)報(bào)告還通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中繼發(fā)送至遠(yuǎn)程指揮站7中，供高層決策者分析以便應(yīng)對(duì)，尤其是災(zāi)害等級(jí)較高的征兆時(shí)，決策者可實(shí)施相應(yīng)預(yù)先防范措施。

(3)當(dāng)?shù)V山災(zāi)害不可避免時(shí)：

此時(shí)經(jīng)過(guò)步驟(2)中的決策后，井下的作業(yè)設(shè)備停止工作，井下超前探測(cè)機(jī)器人1對(duì)礦井災(zāi)害參數(shù)進(jìn)行快速采集，采集和分析的步驟如礦山常規(guī)作業(yè)時(shí)的步驟1)，在條件允許的情況下，井下偵查機(jī)器人2對(duì)井下災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行偵查探測(cè)，并將采集的參數(shù)通過(guò)第二通訊組件23發(fā)送至地面控制站6中的第六通訊組件61上供地面指揮人員決策。與此同時(shí)，井下救援機(jī)器人5攜帶救援機(jī)械臂模塊53從地面巷道下方，進(jìn)入災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)救援，同時(shí)將災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)發(fā)送至地面控制站6供地面指揮人員決策；另外，救援機(jī)械臂模塊53對(duì)受困人員進(jìn)行施救。地面控制站6將井下超前探測(cè)機(jī)器人1、井下偵查機(jī)器人2、井下救援機(jī)器人5采集的參數(shù)進(jìn)行信息融合生成災(zāi)情分析報(bào)告供地面指揮人員進(jìn)行決策分析并作出對(duì)策；同時(shí)，地面控制站6還將機(jī)器人集群系統(tǒng)采集的參數(shù)和自身的災(zāi)情報(bào)告發(fā)送至遠(yuǎn)程指揮站7進(jìn)一步供高層決策者分析決策并作出對(duì)應(yīng)部署。

本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施方式，任何人應(yīng)得知在本實(shí)用新型的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本實(shí)用新型具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本實(shí)用新型未詳細(xì)描述的技術(shù)、形狀、構(gòu)造部分均為公知技術(shù)。