煤矿井下容易发生瓦斯、煤尘等爆炸,人员进入探测具有高危险性。因此,煤矿井下探测机器人的研究对减少矿井下救护人员伤亡、提高应急抢险能力、井上决策建议具有重要的实际意义。本文结合哈尔滨工业大学机器人研究所为唐山开诚电器有限公司研制的“煤矿井下探测机器人”项目,初步完成了如下的研究工作:首先完成了井下探测机器人的控制系统的设计、安装和调试工作。该机器人为三节履带机构形式,分为驱动部分、摆臂部分和摆腿部分。控制系统分为井下机器人控制系统和井上控制盒遥控系统两部分。井下机器人控制系统实现机构运动控制、井下视频音频信号采集及温度、风速、CO、CH4传感器的数据采集。井上控制盒遥控系统用于接收井下传来图像及声音信息,并通过两个控制摇杆和控制按键对系统发出控制命令,实现对井下系统的遥控。其次,完成了机器人越障及转弯两方面的理论研究:针对井下复杂的地形环境建立了越障运动学模型和机器人特殊姿态的运动学模型,规划了上台阶、下台阶、越沟等越障动作的步骤,机器人自动越过垂直障碍的方法。分析了该机器人的越障能力如越障的最大高度、越垂直障碍的最稳定姿态和最大越沟宽度等。针对履带移动机器人转弯的特殊运动情况,建立了履带移动机器人转弯的运动学和动力学模型,对机器人转弯时的驱动力和转向阻力矩的来源进行了较为深入的分析。在建立的模型基础上,分析了由离心力引起的侧向滑动角和由履带打滑引起的纵向滑动系数变化后,转弯轨迹的变化,分析了地面纵向摩擦系数和侧向摩擦系数发生变化后,转弯加速度的变化和转弯轨迹的变化等问题。这些研究为实现机器人越障和转弯的运动控制提供了理论依据。最后,在整机完成调试及初步试运行的前提下,通过实验验证了上台阶、下台阶、越沟及自动越上垂直障碍等越障动作的规划方法。实验验证了本文提出越障理论的正确。