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总第265期机械管理开发Total265
2025年第5期MechanicalManagementandDevelopmentNo.5,2025
结构设计
DOI:10.16525/14-1134/th.2025.05.036
具有可折展结构的煤矿救援机器人设计与性能分析
段慧俊
（阳泉市南庄煤炭集团有限责任公司大阳泉煤矿，山西阳泉045000）
摘要：为进一步拓展煤矿救援机器人在井下救援工作中的适应能力，结合当前井下救援工作实际，基于“水弹”结
构为基础，通过力学分析,提出一种具有可折展结构的煤矿救援机器人机械结构，并对机器人结构中的可折展轮式
结构、驱动部分结构以及底盘结构等环节的设计要点进行详细探讨。从仿真测试结果来看，该机器人运行性能较为
稳定，预计其在煤矿救援工作中也将具有潜在应用价值。
关键词：可折展结构；煤矿救援机器人；机械结构；力学性能
中图分类号：TD94文献标识码：A文章编号：1003-773x(2025)05-0100-03
0引言分析方法，对本次设计的可折展轮式机器人的运动学
因煤矿井下环境复杂，煤矿事故发生概率较高，特征进行分析。由此基于图1中的结构对机器人坐标
其对煤矿救援工作也提出了较高的要求。但煤矿事故系进行建立，分别建立世界坐标系(W)，作为初始时刻
发生后的井下环境颇为复杂,存在泄漏的瓦斯、一氧机器人质心在地面上的投影点，同时建立刚体坐标系
化碳、粉尘等高度易燃易爆危险因素，导致常规的人(B)局部坐标系(H),分别用以表述质心运动情况和可
工救援模式难以取得预期效果。对此,则需要探究使折展轮结构的运动情况。
用煤矿救援机器人参与相关工作。考虑到煤矿井下多由于本次设计的机器人结构在运行过程中，主
为非线性的复杂空间地形,因此则有必要探究一种具要是基于质心位置的变化加以实现，而这一过程则
有可折展结构的煤矿救援机器人，确保其顺利完成地需调整折展轮的位置，二者之间存在数学关联[4-5]。
形勘测和救援等一系列任务。显然，需要优先确定机器人的质心位置，该变量根据
1具有可折展结构的煤矿救援机器人整体方案设计多体系统质心计算方法加以确定，公式如下：
为提高煤矿救援机器人的可折展性能,在分析相X:(g)-Zmx(α)(1)
关文献资料后，确定采用基于“水弹”的结构进行煤矿Zm
救援机器人结构设计，以利用其结构大折展比的优X(q)=T(q)X,(2)
势。在此基础上,整体的具有可折展结构的煤矿救援式中：q为机器人各个折展轮变量的向量和;m为第i
机器人则设定为六自由度机器人，其可沿着三维空间个折展轮的质量;X（q)为当机器人位姿为向量q时，
的不同方向执行平动和转动动作，以确保其适应矿井各折展轮质心相对于坐标系(W)的位置;T()为可折
救援面临的各种复杂地形。在此基础上,进一步参考展轮在坐标系(H)下相对于坐标系(W)的变换矩阵;X
为第i个可折展轮的质心坐标在坐标系(H)下的表现
已有研究经验,提出一种可折展轮式机器人结构[1-3],
如图1所示。形式。
通过应用上述方程进行计算后即可求得机器人
质心坐标，以此明确机器人质心与各个折展轮之间的
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