我国是一个世界产煤大国,但也是一个矿难事故多发的国家。煤矿事故现场情况未知,救援人员贸然进入会对其生命安全构成威胁。在此危险情况下,具备煤矿防爆能力的救援机器人可以代替或部分代替救援人员及时、快速深入矿难灾区进行环境探测来辅助救援工作,实时监测井下各种有害气体的浓度、环境温度、建筑物破坏等情况。通过现场气体环境数据、声音、图像回传,真实反映井下事故现场的情况,为救援指挥中心提供科学依据来制订救援方案,提高救援反应速度与效率,以及最大限度地减少救援人员伤亡。救援过程中机器人是工作在非常危险的爆炸环境中,而机器人的防爆设计一直以来都是设计难题,虽然煤矿救援机器人自上世纪80年代末就开始研究,但截至目前,国内仍没有严格防爆的、通过煤安认证的煤矿防爆救援机器人。本文研究设计并研制完成煤矿防爆救援机器人,具有严格的防爆能力,并成为国内外首台安装防爆清障机械手、国内首批通过煤安认证了的煤矿防爆救援机器人。通过研究分析当前煤矿防爆救援机器人的结构特点与防爆能力,研究设计了模块化程度高的防爆救援机器人结构,并且该结构易于维修维护和后期结构优化研究。根据国家防爆标准,基于弹塑性力学理论研究设计并完成用于对机器人上电气元件和设备进行防爆防护的防爆电气箱和防爆电机箱,解决了采用以往设计方法导致防爆电气箱重量过重的问题,并通过国家检测中心的防爆认证。本文提出机械手多关节动力共用的设计新方法,能够仅使用两个电机驱动至少三个关节,实现电机与机械手本体分离来解决以往机械手防爆设计困难的难题,完成国内外首只严格防爆的防爆清障机械手,用于爆炸环境下辅助机器人持续执行救援任务。通过研究设计推杆正弦运动规律与等速运动规律复合型凸轮曲线,解决了推杆运动上升过程中因存在刚性冲击和柔性冲击位置点导致其卡死的问题。通过研究分析当前煤矿救援机器人和地面机器人的行走机构,研究设计了驱动轮高置的履带行走机构。基于地面计算力学建立履带与地面间的作用力计算模型,详细研究机器人在地面二维平面内的动力学特性,包括纵向牵引力、横向阻力和转向阻力矩。另外,融合行驶平顺性理论研究设计了斜式负重轮组件,缓冲机器人攀越障碍时障碍物对机器人的冲击,并在垂直于地面坐标方向上研究机器人行进过程中的稳定性,形成对机器人在空间三维方向上的全面的研究方法。通过建立缓冲负重轮组件的等效力学模型,解决了机器人履带结构在以往设计中缓冲单元的弹簧刚度和最优阻尼确定困难的难题。通过设计辅助机器人攀越障碍的前负重轮组件,将机器人攀越障碍物时受到的冲击力转换为攀爬障碍物的动力,提升了机器人的越障能力。对机器人应用能够灵活扩展的无线Wi-Fi与有线光纤相结合的通讯方式,和适用于煤矿井下灾后环境的半自主和手动遥控的机器人运动模式,并对机器人应用自主防撞、防倾覆保护和航迹推演功能。通过传感器系统探测机器人现场图像、声音和10种气体环境参数用于辅助救援人员救援,并通过研究设计可升降甲烷传感器与防爆中继通讯盒释放联动机构,减少电机使用数量,降低机器人负担。最后,安标中心对机器人进行性能测试,并通过了国家煤矿产品安全标志认证。另外,还对机器人在真实矿井巷道环境下进行了实验研究,并且在对煤矿灾后救援人员进行了培训和试用。