[0049] 如图1‑图6所示的一种深井自动探测救援机器人，包括水平设置的椭圆球壳形探路体1，探路体1上、沿其竖直方向的轴线同轴设置的通孔内穿过救援绳3，探路体1与救援绳3之间分别设置可使探路体1沿救援绳3升降的电梯式升降驱动机构5，以及可使探路体1相对于救援绳3旋转的旋转驱动装置110；所述的电梯式升降驱动机构5包括安装在探路体1壳体内的升降电机，升降电机输出端依次与离合器、减速器、滑轮连接，滑轮与救援绳3紧贴且可沿救援绳3滑动，滑轮上还设置制动装置；
[0050] 所述的旋转驱动装置110可以是在探路体1上、沿其竖直方向轴线的通孔内设置齿圈，在救援绳3上设置可相对于救援绳3滑动但不能旋转的齿轮，齿轮与齿圈配合，则使用一个电机驱动齿圈旋转即可实现探路体1相对于救援绳3旋转；也可以是探路体1上、沿其竖直方向轴线的通孔与一个滚动轴承外圈连接，滚动轴承内圈套在救援绳3上，滚动轴承内圈可相对于救援绳3滑动但不能旋转，同样可以实现探路体1相对于救援绳3旋转，为了更好的控制探路体1的旋转方向，救援绳3为防旋转式绳索。
[0051] 所述救援绳3的另一端伸出井口并缠绕在支架8的绕线滚轴上，绕线滚轴与带有离合器的绕线电机81的输出端连接，绕线电机81安装在支架8上；绕线电机81可与远程监控台9通信，由第三处理器91进行控制，也可以将绕线电机81单独与带有控制功能的单片机或微型处理器连接；所述的救援绳3上还挂设多个球壳形救援体2，救援体2位于探路体1上方，所述的探路体1与救援体2之间、相邻救援体2之间设置可自动连接/分离机构，该自动连接/分离机构可以是分别在探路体1上端面、救援体2的上端面及下端面设置电磁铁，通过控制电磁铁是否带电来实现自动连接/分离，也可以是在探路体1的上端面、救援体2的上端面及下端面分别设置挂环与电动式挂钩，通过控制挂环与电动挂钩实现自动连接/分离。
[0052] 所述探路体1底端的外壳部分由透明材料制作而成，可以是透明树脂复合材料，也可以是透明PVC塑料材料，也可以是其他具有一定强度的透明复合材料，探路体1底面内侧分别设置探路器111、第一处理器112，红外热成像仪113、海拔高度计117、摄像头118，探路体1底面上还设置用于固定待救人员的救援机构6，救援机构6可以伸缩进探路体1的壳体内，这样可以使探路体1具有防水功能；所述的探路器111可以是超声波式探路器，也可以是激光式探路器，也可以是其他方式的探路器。
[0053] 所述的探路体1上还携带多个可自动分离的无线路由器7，可以是电磁铁式自动分离结构，也可以是挂环与电动挂钩式自动分离结构，也可以是其他方式的自动分离结构；路由器7上设置的电动式卡钩可以与救援绳3构成可拆卸式连接，路由器7外包裹防水罩，实现防水功能。
[0054] 所述的救援体2上、沿其竖直方向的轴线同轴设置的通孔内设置可使救援体2沿救援绳3升降的电梯式升降驱动机构5；救援体2的壳体内还设置无线路由器7、第二处理器211；所述的第一处理器112、第二处理器211通过各自的无线路由器7相互通信，所述的第一处理器112、第二处理器211还可以通过各自的无线路由器7与远程监控台9上设置的第三处理器91通信。
[0055] 探路体1不用携带氧气瓶，其体积可以大大减小，可以更快下降，所述探路体1的外形为椭圆球形，可以有效减小其横截面尺寸，当遇到障碍物时，探路体1可以旋转一定角度绕过障碍物，提高其通过性能；为了保证探路体1顺利下降，其水平面内的椭圆球截面轮廓小于我国第5百分位成年女子肩膀处横截面轮廓，为了保证救援体2顺利下降，救援体2的球半径尺寸小于或等于探路体1椭圆球截面轮廓的短轴尺寸。
[0056] 所述探路体1的外侧面上、沿竖直方向设置两排水平环形排列的支腿组，每排支腿组包括多个可自动伸缩的折叠式支腿12，支腿12收缩进探路体1后，不突出探路体1的外表面；位于探路体1外侧面下方的一排支腿12向探路体1的下方外侧倾斜设置，位于探路体1外侧面上方的一排支腿12向探路体1的上方外侧倾斜设置；所述的支腿12的外端设置驱动轮，驱动轮内设置轮毂电机及用于制动驱动轮的制动器，所述的驱动轮表面与井壁接触；所述的驱动轮与支腿连接处设置压力传感器119。
[0057] 所述的支腿12为多个支杆121两两首尾相互铰接形成的W式波浪状结构，支腿12上设置可使多个支杆121收缩成W式波浪结构或展开成一个接近长直杆结构的支腿驱动装置122，支腿驱动装置122可以是一个液压泵，支杆121作为一个液压活塞杆，在支杆121内设置液压管道，支杆121相互铰接处设置一个液压旋转阀件，液压泵工作时即可实现支腿12的收缩或伸展；支腿驱动装置122也可以是多个支杆121相互铰接的铰接点处设置驱动电机，使支腿12成为电动式多轴机械手，铰接点处设置驱动电机动作实现支腿12的收缩或伸展。
[0058] 所述支杆121为电动式或电动液压式可伸缩杆，当支腿12由W式的波浪形状展开成长直杆形状后，支杆121本身的长度变化，可以进一步延长支腿12展开后的长度。
[0059] 由于深井的截面类似于圆形，而为了提高探路体1的通过能力，其形状为椭圆球壳形，因此更好的实施方式是：沿水平截面，所述探路体1椭圆形长轴附近的支腿12完全伸展后的长度小于其椭圆形短轴附近设置的支腿12完全伸展后的长度，这样可以有效减小探路体1的重量。
[0060] 所述的救援机构6包括探路体1底部设置的多轴式双臂机械手61，双臂机械手61上相应位置设置颈部固定机械手62。
[0061] 所述的探路体1上还设置有毒气体检测器114；所述的救援体2的壳体内携带氧气瓶115、有毒气体中和罐116。
[0062] 如图8所示的，根据上述任意一种深井自动探测救援机器人，进行救援的方法依次包括探路定位、现场施救、快速上升；
[0063] 所述的探路定位步骤包括释放探路体、绘制地图、释放救援体、定位；
[0064] 所述的释放探路体步骤为：将携带有探路体1、救援体2的支架8摆放在井口附近，将救援绳3的一端依次穿过多个救援体2、探路体1，使探路体1位于井口正上方，同时暂时将救援体2与支架8连接，可以是支架8上设置卡箍，也可以是支架8上设置拉绳；此时探路体1上的电梯式升降驱动机构5保持制动状态，使探路体1与救援绳3连为一体；救援体2上的电梯式升降驱动机构5的制动装置不动作而离合器分离，使救援体2可相对于救援绳3滑动。
[0065] 远程监控台9的第三处理器91控制绕线电机81旋转，缓慢释放救援绳3，探路体1与救援绳3一起进入井口一定深度后，远程监控台9停止释放救援绳3；
[0066] 探路器111、摄像头118分别采集探路体1下方一定距离处的多个深井截面图，所述的深井截面图为与探路体1运动方向呈90。的井壁截面轮廓形状，第一处理器112对比探路器111、摄像头118各自采集的深井截面图，将两个深井截面图中井壁截面轮廓更大的一个记为第一类深井截面图，另一个记为第二类深井截面图；然后选择离探路体1下端面最近的一个第一类深井截面图计算多个支腿12伸展开、使支腿12的驱动轮与该第一类深井截面图中的井壁紧贴的伸展距离D及伸展时间T，同时实时控制支腿驱动装置122使支腿12伸展，当压力传感器119检测到驱动轮与井壁接触并达到一定压力后，支腿12停止伸展，此时驱动轮上轮毂电机的制动器保持制动状态；当第一处理器112检测到探路体1相对的两个侧面上各自至少有2个支腿12的压力传感器119发送的压力值达到预期，则控制绕线电机81的离合器分离，与绕线转轴脱开；同时压力值达到预期的驱动轮上轮毂电机的制动器减小制动力，使探路体1、救援绳3共同以速度V1向下运动；
[0067] 所述的V1的计算方法为：第一处理器112根据与探路体1最接近的一个第一类深井截面图计算出多个支腿12的伸展距离D及伸展时间T，根据多个伸展时间T中的最大值计算出探路体1向下运动至该深井截面处的最大速度，该最大速度即为V1；
[0068] 当深井内没有水时，探路体1主要依靠其重力下降，轮毂电机主要作用是作为缓速器以保持探路体1下降速度稳定；当深井内有水时，探路体1依靠轮毂电机产生驱动力下降，以保证探路体1的下降速度。
[0069] 所述的绘制地图步骤为：释放探路体步骤中，探路器111、摄像头118按照一定频率向第一处理器112发送探路体1下方一定距离处的多个第一类深井截面图、第二类深井截面图，海拔高度计117按照时间顺序、将深度h分别标记在第一类深井截面图、第二类深井截面图中，第一处理器112提取出第一类深井截面图、第二类深井截面图的轮廓尺寸，以探路体1的椭圆球心的运动轨迹为扫描线，分别以第一类深井截面图、第二类深井截面图的轮廓尺寸为截面，以多截面扫略方式绘制出两个三维模型，与第一类深井截面图对应的三维模型记为第一类深井地图，与第二类深井截面图相对应的三维模型记为第二类深井地图；第一处理器112实时通过无线路由器7向其上方的一个或多个救援体2、远程监控台9发送第一类深井地图、第二类深井地图；
[0070] 所述的释放救援体步骤为：探路体1以速度V1下降一定深度后，支架8上设置的多个救援体2按照一定的间隔时间依次释放，使救援体2与探路体1之间、相邻救援体2之间的距离保持在一定范围之内；释放时首先让救援体2控制其上的电梯式升降驱动机构5的离合器接合，然后使救援体2脱离支架8，升降电机驱动滑轮滚动，从而带动救援体2相对于救援绳3以相对下降速度V2运动，此时救援体2的绝对速度为V1+V2；当深井中没有水时，救援体2上的电梯式升降驱动机构5主要起减速作用，当深井中有水时，救援体2依靠电梯式升降驱动机构5向下运动，以保证下降速度。
[0071] 所述的救援体2下降过程中，第二处理器211根据V1、第二类深井地图实时计算并调整V2，使救援体2与探路体1之间的距离、相邻救援体2之间的安全距离始终保持在一定范围之内；所述的救援体2下降过程中，通过其上设置的无线路由器7实时向其上方的一个或多个救援体2、远程监控台9发送第一类深井地图、第二类深井地图；
[0072] 所述的定位步骤为：当探路体1上设置的红外热成像仪113探测到下方有待救人员时，探路体1运动到待救人员上方一定距离后停止运动，并发出定位信号，其上方的多个救援体2收到定位信号后以最大速度V3向下运动至探路体1附近并与探路体1自动连接成串联结构；所述的V3为救援体2根据探路体1传递的第二类深井地图计算出的最大下降速度，多个救援体2下降过程中实时调整V3，使相邻救援体2之间的安全距离始终保持在一定范围之内。
[0073] 如图7所示的，所述的现场施救步骤为：探路体1到达待救人员上方附近后，第一处理器112分析红外热成像仪113、摄像头118传递的待救人员轮廓参数，识别出待救人员的躯干位置、胳膊位置、面部位置，探路体1根据待救人员的躯干位置、胳膊位置控制多轴式双臂机械手61环抱在待救人员腋下部位；
[0074] 如果待救人员处于枯井中，则救援体2到达后立即向待救人员面部位置附近投放氧气瓶115、有毒气体中和罐116，使氧气和中和气体在待救援人周围扩散；如果待救人员处于水中溺水状态，则救援体2不进行投放。
[0075] 多个救援体2到达并与探路体1构成串联结构后，探路体1、救援体2上设置的升降驱动机构5同时动作，带动待救人员缓慢向上运动一定距离，当待救人员双脚离地后，双臂机械手61上设置的颈部固定机械手62将待救人员的颈部靠紧；然后由红外热成像仪113、摄像头118采集待救人员的外轮廓参数并传递给第一处理器112；
[0076] 所述的快速上升步骤为：第一处理器112给第三处理器91发送请求信号，第三处理器91控制绕线电机81的离合器结合，使绕线电机81与绕线转轴连接，第一处理器112根据第二类深井地图、待救人员的外轮廓参数计算出安全上升路径及最大安全上升速度V4，所述的安全上升路径为待救人员上升时第一处理器112实时控制旋转驱动装置110、支腿12以保证待救人员的外轮廓不与第二类深井地图的轮廓发生干涉的路径；所述的V4为绕线电机81旋转使救援绳3上升的速度V5以及探路体1、救援体2相对于救援绳3向上运动的速度V6之和，即V4＝V5+V6；
[0077] 探路体1、救援体2将待救人员按照安全上升路径、以最大上升速度V4向上运动至井口，救援结束。
[0078] 为了加快救援体2的下降速度，更好的实施方式是：所述的探路定位步骤中，当救援体2以最大下降速度V3下降时，第二处理器211计算出第二类深井地图其中一段无相应障碍物，则救援体2的最大下降速度V3为自由落体速度。
[0079] 为了使探路体1具有绕过障碍物的能力，更好的实施方式是：所述的探路定位步骤中，若第一处理器112判断探路体1下方的第一类深井地图中出现沿深井截面方向的障碍物，则第一处理器112控制旋转驱动装置110，使探路体1沿救援绳3旋转一定角度后继续下降，若探路体1旋转角度后仍无法通过，则第一处理器112控制位于探路体1下方的一排支腿12中，靠近障碍物一侧的多个支腿12伸长，远离障碍物一侧的多个支腿12缩短；位于上方的一排支腿12中，与下方相应伸长的支腿12位于同一侧的缩短，与下方相应缩短的支腿12位于同一侧的伸长；使探路体1相对于水平面倾斜并通过障碍物；若下方没有继续出现障碍物，则探路体1恢复水平姿势继续下降。
[0080] 为了更方便的进行施救，更好的实施方式是：所述的探路定位步骤中，有毒气体检测器114实时检测深井中的有毒气体成分及含量，第一处理器112将有毒气体成分及含量标记在第二类深井地图中，同时将该信息分别传递给救援体2、远程监控台9；所述的探路定位步骤中，救援体2下降至第二类深井地图中标示的有毒气体含量较高的区域时，打开其内设置的有毒气体中和罐的放气阀进行有毒气体中和；当第一处理器112判断深井中存在有毒气体中和罐116无法处理的有毒气体，则向远程监控台9发送报警信号，此时位于井口附近的救援人员可以将一个携带有可以中和所有有毒气体的救援体2再次投放入井内，再次投放的救援体2可以在相应位置对未中和的有毒气体进行再次中和，以保证待救人员在上升的过程中不会因有毒气体受到二次伤害。
[0081] 为了保证通信连接，更好的实施方式是：所述的探路定位步骤中，探路体1向下运动时，若其与上方最近的一个救援体2之间的通信信号强度降低到一个阀值以下，或者探路体1与远程监控台9之间的通信信号强度降低到一个阀值以下，则探路体1在该时刻分离一个路由器7，分离的路由器7固定在救援绳3上，探路体1继续向下运动时通过固定在救援绳3上的路由器7与救援体2或远程监控台9通信。
[0082] 为了提高救援速度，更好的实施方式是：所述的现场施救步骤中，双臂机械手61环抱待救人员后，远程监控台9控制绕线电机81的离合器接合并启动绕线电机81，使救援绳3上升带动待救人员以速度V5缓慢上升，当待救人员双脚离地后，双臂机械手61上设置的颈部固定机械手62将待救人员的颈部靠紧；当多个救援体2下降并与探路体1串联后，所述的探路体1、救援体2相对于救援绳3以速度V6上升，此时待救人员的上升速度仍为V4。这样可以提前将待救人员上升一定距离，提高救援效果。
[0083] 为了使探路体1、救援体2适应深井上半段无水，下半段有水的情况，提高下降速度，更好的实施方式是：所述探路体1的底面设置水压传感器109，所述的探路定位步骤中，第一处理器112采集水压传感器109发送的压力信号，当第一处理器112判断探路体1进入了水中，则控制探路体1上的轮毂电机由减速状态变为驱动状态，并将水位信息标记在第二类深井地图中，这样救援体2也可以在入水前，提前一定时间将其上的电梯式升降驱动机构5由减速状态变为驱动状态，提高下降速度。
[0084] 本发明将井下救援划分为探路定位、现场施救、快速上升步骤；救援机器人由探路体、救援体组成，探路体主要负责探路定位、现场施救，救援体负责现场辅助施救及快速上升，救援机器人各部分分段设计，体积紧凑，适合狭小空间救援，通过能力强。探路体下降时绘制第一类深井地图、第二类深井地图有利于提高救援体、探路体下降速度，同时提高回收时待救人员上升速度。
[0085] 待救人员上升时，救援体2及探路体1可相对于救援绳3上升，提高待救人员上升速度，有效减小拉拽救援绳3的绕线电机的功率和体积，使机器人便于携带。当深井中有水时，探路体1的轮毂电机保证其下降速度，救援体2的电梯式升降驱动机构5保证其下降速度；使机器人可以满足水下救援，环境适应性强。
