煤矿救援机器人可以代替救援人员进入矿难现场进行环境探测和人员搜救,这对提高救援效率,减少救护队员的伤亡具有重要的意义。然而,由于煤矿灾后环境过于复杂,导致煤矿救援机器人的应用还不理想,机器人各方面的技术均有待突破。这其中,行走能力决定了机器人能否顺利行走至灾区,因此,对煤矿救援机器人行走系统相关技术的研究十分重要且紧迫。但由于煤矿救援机器人的特殊性,研究其行走技术的同时还必须兼顾防爆设计,只有同时满足行走和防爆双重要求的行走系统才能真正用于煤矿救援机器人。然而,防爆设计与行走性能是相互影响,互相制约的。如何平衡二者之间的矛盾,使机器人行走系统既具有良好的行走能力,又能满足防爆性能要求是本文研究的重点与难点。为了提出合理的煤矿救援机器人性能设计要求,对煤矿环境特点进行了深入研究。首先,阐述了煤矿救援机器人的工作原理,结合该原理对机器人所面对的灾后环境进行了深入分析,提出了灾后环境的五种特点,并对井下非结构化地形进行了结构化特征提取。其次,针对环境分析结果,提出了机器人八个方面的性能要求,并着重针对与行走系统相关的要求制定了量化指标。最后,对现行防爆方法进行了研究,分析了防爆设计对行走等性能的影响,基于分析结果提出了行走系统的设计原则。为了使行走系统适用于煤矿救援机器人,建立了履带式行走系统性能评价指标。首先,从实际救援需要的角度建立了包括四个一级指标和六个二级指标的煤矿救援机器人行走系统性能评价指标,并根据评价指标特点对常用的综合评价方法进行了分析研究。其次,建立了五种履带式行走系统的不同性能指标的数学模型,用于指标的量化计算以提高评价结果的客观性。最后,基于评价指标和性能指标计算结果,采用网络分析法对五种履带式行走系统进行了评价,最终选择倒梯型履带式行走系统作为多驱动煤矿救援机器人行走系统。为了使行走系统的行走阻力最小,增加机器人续航里程,研究了履带底盘与地面之间的力学行为,并建立了履带底盘参数优化方程。首先,以机器人转向这一最基本的运动行为作为物理模型,建立了包含履带与地面摩擦阻力和履带推土阻力的履带底盘-地面力学模型,基于该力学模型提出了以转向阻力矩最小为目标的履带底盘参数优化方程。其次,对九组典型的煤泥土壤进行了土壤力学试验以得到井下煤泥土壤参数。最后,基于履带底盘优化方程和煤泥土壤参数对多驱动煤矿救援机器人履带底盘宏观参数进行了优化,同时也对履带细节参数进行了设计以防止履带脱落。为了减少防爆设计导致的影响,增加履带底盘的行走性能,对煤矿救援机器人隔爆箱体进行了轻量化设计研究。首先对箱体壁板受均布载荷问题进行了分析,提出了加筋壁板最大应力的简易计算方法,并以此为基础建立了隔爆箱体轻量化设计方程。其次,基于优化方程对多驱动煤矿救援机器人隔爆箱体进行了优化计算,并对结果进行了仿真研究和防爆检测检验。最后,对优化结果进行了深入分析,提出了隔爆箱体多腔体自加强结构和腔体体积一定时的质量最小条件。为了减小地面激励对机器人的冲击,对履带底盘减振悬挂系统进行了设计研究。首先,对现有的履带悬挂系统进行了分析,选取了倾角型被动式悬挂系统作为机器人的悬挂系统。其次,为了使所选悬挂系统具有良好的避振效果,建立了悬挂系统的动力学模型,根据动力学模型对悬挂系统的刚度和阻尼参数进行了优化计算。同时研究了橡胶履带对地面激励的影响,分析了履带的滤波作用,并设计了平滑滤波和高频滤波函数。最后,对最终的履带底盘减振效果进行了仿真分析与试验研究,结果表明履带底盘具有良好的避振效果。为了使行走系统具有良好的动力性能,建立了多驱动单元协同工作系统并提出了多驱动模式下的自适应控制方法。首先,进一步从具体数据和设计理论上研究了防爆设计对于行走系统的影响,并基于研究结果提出了多驱动协同工作模式以满足机器人对速度与扭矩的双重需求。其次,研制了基于重力的滑块式双向离合器用以实现行走系统不同工作模式间的相互转换。再次,为了解决多驱动技术所带来的工作模式切换问题,提出了通过感知各驱动电机电流大小的方法进行路况识别,进而进行驱动模式的自主切换。最后,对基于电流的驱动模式自主切换方法进行了仿真分析、台架试验与样机野外试验,并对试验结果进行了分析。为了检验多驱动煤矿救援机器人尤其是其行走系统性能是否满足应用要求,进行了机器人综合试验研究。首先,依据井下环境特征研制了包括续航、制动和发热综合测试平台在内的七种机器人行走性能测试平台,并在测试平台上对机器人的各单项行走性能进行了测试,并对测试数据进行了分析。其次,在室内和室外测试场地对机器人的综合行走性能进行了初步测试,包括机器人的长距离爬坡能力、涉水能力以及非结构化地形适应能力等。最后,在煤矿井下和矿山演习巷道进行了示范应用。各种测试结果均表明,所研发的煤矿救援机器人尤其是其行走系统性能能够满足应用要求。经过上述研究,多驱动煤矿救援机器人行走系统很好地满足了行走和防爆双重要求,以该多驱动行走系统为基础的煤矿救援机器人取得国家煤矿安全标志证书和防爆合格证书。