煤矿灾害现场的信息探测问题一直以来都是国内外专家学者研究的热点,因为在发生煤矿灾害以后,越早的实施救援,就能最大程度上挽回生命和财产的损失,而实施救援的前提条件是要首先探明灾害现场的环境信息为救援决策服务。为此,煤矿灾害信息探测机器人便可代替救援人员执行对灾害现场环境信息探测的任务。本文研制了一种双级式煤矿灾害信息探测机器人,并针对灾害现场的三维环境地图构建和路径规划问题进行研究。基于现有煤矿信息探测机器人的研究现状,研制了一种基于煤矿井下避难硐室的双级式煤矿信息探测机器人系统。双级机器人依托煤矿井下的避难硐室和工字钢轨道,当发生煤矿灾害时,一级运载机器人从避难硐室附近出发,沿煤矿巷道顶板预设的工字钢轨道行驶,无法继续前进时释放无轨二级信息探测机器人进一步对灾害现场信息进行探测。设计了煤矿灾害现场与地面的通信系统。以无线WIFI技术和TCP/IP协议为通信系统的网络主体;对RSSI路径损伤模型进行改进,得出适合煤矿巷道使用的带有多径效应的路径损伤模型,并依据此模型对煤矿巷道仿真实验室的无线节点进行安放,实验结果表明通信信号清晰稳定。针对二级信息探测机器人,进行了静态稳定性分析,得出了机器人重心与几何中心的位置关系。针对二级信息探测机器人的越障性能,构建了机器人的简化模型,通过分析摇臂围绕转轴旋转时机器人整体质心的变化对越障性能的影响,得出了机器人可翻越的理论高度。同时得出了机器人能够攀爬斜坡的最大坡度。针对煤矿灾害信息探测机器人的自主导航问题,本文提出了一种使用模块化的局部栅格地图表示复杂三维环境的地图构建算法。针对三维环境信息难以获取的问题,采用了TOF相机对三维环境信息进行获取,形成三维点云坐标矩阵。通过对坐标阵中每个点进行计算,判断坐标点在局部栅格地图中的位置,创建新的局部栅格地图,并对栅格单元占据概率进行实时更新,创建完整的全局环境栅格地图。根据栅格单元中坐标点的密度,对障碍物进行类型划分,确定通行区域与不可通行区域,简化了路径规划的算法。针对传统的栅格环境下路径规划算法的不足提出了一种加入了栅格障碍占据概率的双层A*路径规划算法。针对传统A*算法在大范围栅格环境下计算时间长的问题,提出了将栅格地图分为高层栅格地图和低层栅格地图,高层栅格地图决定路径搜索的方向,低层栅格地图用于局部路径规划。针对栅格地图对障碍物表示上的不足,在算法中加入了栅格占据概率函数,增加了对路径长度计算的预判准确性,通过低层与高层算法相结合得到最优路径。针对煤矿灾害信息探测机器人自动导航中的路径规划问题,提出了一种改进的标号修正算法。该算法可解决复杂环境中的多目标路径规划问题。针对标号修正算法的标签排序问题,提出了一种累加成本和最小的标签排序准则,并证明了该准则得出的解为Pareto最优路径。针对初始解的质量问题,设计了两条评判标准,能够在算法的早期剔除掉不能构成Pareto最优路径的无效解。针对改进的标号修正算法对多目标优化算法时间长的问题,提出了增加权重系数的标号修正算法,通过对不同影响因素增加权重系数,使多目标优化问题变为单一目标优化问题,仿真实验表明,该方法能够在大范围的栅格地图中,在较短的时间内得到Pareto最优路径,并可根据决策人员的不同要求得到不同性能的优化路径。