智能化巷道开槽机器人制造技术

本发明专利技术提供一种智能化巷道开槽机器人，属于煤矿井下设备的技术领域，包括主机架、行走部、截割部、驾驶室、用于为所述智能化巷道开槽机器人提供动力的动力总成以及用于开槽过程中稳定机身的稳定支撑系统；截割部、驾驶室和动力总成安装在主机架上，构成机身；截割部包括底座、大臂、中间臂、小臂、铣挖头、大臂连杆Ⅰ、大臂连杆Ⅱ、铣挖头连杆Ⅰ、铣挖头连杆Ⅱ、大臂油缸、中间臂油缸、小臂油缸、铣挖头油缸和回转驱动。上述智能化巷道开槽机器人采用多臂铰接形式的机械臂机构，实现了整机一次定位360°开全槽，整机配备了智能截割控制系统，可控制铣挖头在水平、垂直方向上自动作业，操作人员只需在巷道拐角处完成相应的方向切换即可。

【技术实现步骤摘要】
智能化巷道开槽机器人
本专利技术属于煤矿井下设备的
，具体公开了一种智能化巷道开槽机器人。
技术介绍
煤矿井下巷道施工作业中，基于通风或安全的要求，需要在巷道中安装风门或者密闭巷道，这两种作业工序，都需要先在巷道的四周进行开槽作业，目前开槽作业主要依赖人工使用破碎锤施工，不仅效率低下，而且具有极大的安全隐患。部分矿井使用机械化开槽设备，其中专利“煤矿井下开槽机（201710990248.0）”所述设备，缺点是操纵机械臂机构复杂，且一次定位后无法对设备正下方进行开槽。专利“一种煤矿巷道开槽机（201510818526.5）”所述设备操纵机械臂工作过程中需要带载伸缩，磨损严重。现有开槽机由于结构原因，工作臂工作范围小，巷道适应性差，无法实现一次定位开全槽（顶槽、帮槽、底槽），开槽过程中需要频繁移动整机，以适应巷道不同断面要求。此外，巷道开槽过程中还主要依靠手动操作，工人劳动强度大、开槽精度低。综上，目前市场上没有确实有效的开槽设备。
技术实现思路
本专利技术针对现有设备的不足，提供一种结构简单，巷道适应面广，且一次定位后可对巷道四周开全槽的智能化巷道开槽机器人。为实现上述目的，本专利技术提供一种智能化巷道开槽机器人，包括主机架、行走部、截割部、驾驶室、用于为所述智能化巷道开槽机器人提供动力的动力总成以及用于开槽过程中稳定机身的稳定支撑系统；截割部、驾驶室和动力总成安装在主机架上，构成机身；截割部包括底座、大臂、中间臂、小臂、铣挖头、大臂连杆Ⅰ、大臂连杆Ⅱ、铣挖头连杆Ⅰ、铣挖头连杆Ⅱ、大臂油缸、中间臂油缸、小臂油缸、铣挖头油缸和回转驱动；底座与主机架铰接，铰链轴线与地面垂直；大臂与底座铰接，铰链轴线与地面平行；中间臂与大臂铰接，铰链轴线与地面平行；小臂与中间臂铰接，铰链轴线与地面平行；铣挖头与小臂铰接，铰链轴线与地面平行；大臂连杆Ⅰ的一端与底座铰接，大臂连杆Ⅱ的一端与大臂铰接，大臂连杆Ⅰ和大臂连杆Ⅱ铰接，底座、大臂、大臂连杆Ⅰ和大臂连杆Ⅱ构成双摇杆机构；铣挖头连杆Ⅰ与小臂铰接，铣挖头连杆Ⅱ与铣挖头铰接，铣挖头连杆Ⅰ和铣挖头连杆Ⅱ铰接，小臂、铣挖头、铣挖头连杆Ⅰ和铣挖头连杆Ⅱ构成双摇杆机构；大臂油缸的两端分别与底座和大臂连杆Ⅰ铰接；中间臂油缸的两端分别与大臂和中间臂铰接；小臂油缸的两端分别与中间臂和小臂铰接；铣挖头油缸的一端与小臂铰接，另一端与挖头连杆Ⅰ和铣挖头连杆Ⅱ的铰链铰接；回转驱动固定在主机架上，通过齿轮副驱动底座相对于主机架实现±90°回转。进一步地，大臂连杆Ⅰ、大臂连杆Ⅱ和大臂油缸均为两套，分别布置于大臂两侧；铣挖头连杆Ⅰ为两个，分别布置于小臂两侧。进一步地，稳定支撑系统包括4个相同的支撑腿组件，分别安装在主机架的四角；支撑腿组件包括支撑腿、支撑腿座、支撑油缸和伸展油缸；支撑腿与支撑腿座铰接，铰链轴线与地面平行；支撑腿座与主机架铰接，铰链轴线与地面垂直；支撑油缸的两端分别与支撑腿座和支撑腿铰接；伸展油缸的两端分别与主机架和支撑腿座铰接。进一步地，主机架包括通过螺栓连接的前机架、中间架和后机架；截割部设置在前机架上；驾驶室设置在中间架上；动力总成设置在后机架上。进一步地，动力总成包括防爆发动机系统和液压系统；防爆发动机输出动力，驱动液压泵，为液压系统提供动力；液压系统通过马达和减速机驱动行走部行走，为整机行走提供行走动力，同时为截割部和稳定支撑系统的油缸提供液压油源。进一步地，上述智能化巷道开槽机器人，还包括智能截割控制系统、角位移传感器Ⅰ、角位移传感器Ⅱ、角位移传感器Ⅲ、角位移传感器Ⅳ、距离传感器Ⅰ、距离传感器Ⅱ、距离传感器Ⅲ和距离传感器Ⅳ；角位移传感器Ⅰ用于采集大臂与底座之间的角度值；角位移传感器Ⅱ用于中间臂与大臂之间的角度值；角位移传感器Ⅲ用于采集小臂与中间臂之间的角度值；角位移传感器Ⅳ用于采集铣挖头与小臂之间的角度值；距离传感器Ⅰ用于采集大臂油缸的伸长量；距离传感器Ⅱ用于采集中间臂油缸的伸长量；距离传感器Ⅲ用于采集小臂油缸的伸长量；距离传感器Ⅳ采集铣挖头油缸的伸长量；智能截割控制系统在手动完成对刀后接收角位移传感器Ⅰ、角位移传感器Ⅱ、角位移传感器Ⅲ和角位移传感器Ⅳ的初始值θ10、θ20、θ30、θ40，根据公式计算铣挖头相对于机身坐标系的初始位置坐标（X0,Y0），通过查表读取大臂油缸、中间臂油缸、小臂油缸、铣挖头油缸的伸长量，根据向上、向下、向左、向右的截割指令，智能截割控制系统控制油缸自动伸缩，从而实现自动开槽；式中：L1为大臂长度；L2为中间臂长度；L3为小臂长度；L4为铣挖头长度；H为大臂与底座的铰点距离设备底面的高度；X0和Y0四舍五入取非负整数；表中，m为智能化巷道开槽机器人适应的最大巷道宽度的1/2，单位与X0相同；n为智能化巷道开槽机器人适应的最大巷道断面高度，单位与Y0相同；p=1，2，3，4，p=1时为大臂油缸的伸长量，p=2时为中间臂油缸的伸长量，p=3时为小臂油缸的伸长量，p=4时为铣挖头油缸的伸长量，表中Lp-m-n所代表的实际数据是智能化巷道开槽机器人的固有特性，由设计人员预先存储在控制系统中。进一步地，智能截割系统集成在遥控发射机中。本专利技术具有如下的有益效果：1、采用多臂铰接形式的机械臂机构，作业范围覆盖了宽4.0米~6.0米，高3.0米~5米的所有巷道，实现了整机一次定位360°开全槽；2、单台设备只需1名操作人员，最低开槽效率约5m3/h，约是人工开槽效率的30倍；3、整机配备了智能截割控制系统，可控制铣挖头在水平、垂直方向上自动作业，操作人员只需在巷道拐角处完成相应的方向切换即可。附图说明图1为智能化巷道开槽机器人的立体图；图2为主机架和稳定支撑系统的装配图；图3为智能化巷道开槽机器人的主视图；图4为智能化巷道开槽机器人的侧视图；图5为遥控发射机的示意图。其中，附图标记对应的名称为：1-主机架；1.1-前机架；1.2-中间架；1.3-后机架；2-行走部；3-截割部；3.1-底座；3.2-大臂；3.3-中间臂；3.4-小臂；3.5-铣挖头；3.6-大臂连杆Ⅰ；3.7-大臂连杆Ⅱ；3.8-铣挖头连杆Ⅰ；3.9-铣挖头连杆Ⅱ；3.10-大臂油缸；3.11-中间臂油缸；3.12-小臂油缸；3.13-铣挖头油缸；3.14-回转驱动；3.15-齿轮副；4-驾驶室；5-动力总成；6-稳定支撑系统；6.1-支撑腿；6.2-支撑腿座；6.3-支撑油缸；6.4-伸展油缸；7-遥控发射机。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本实施例提供一种智能化巷道开槽机器人，包括主机架1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能化巷道开槽机器人，其特征在于，包括主机架、行走部、截割部、驾驶室、用于为所述智能化巷道开槽机器人提供动力的动力总成以及用于开槽过程中稳定机身的稳定支撑系统；/n所述截割部、驾驶室和动力总成安装在主机架上，构成机身；/n所述截割部包括底座、大臂、中间臂、小臂、铣挖头、大臂连杆Ⅰ、大臂连杆Ⅱ、铣挖头连杆Ⅰ、铣挖头连杆Ⅱ、大臂油缸、中间臂油缸、小臂油缸、铣挖头油缸和回转驱动；/n所述底座与主机架铰接，铰链轴线与地面垂直；/n所述大臂与底座铰接，铰链轴线与地面平行；/n所述中间臂与大臂铰接，铰链轴线与地面平行；/n所述小臂与中间臂铰接，铰链轴线与地面平行；/n所述铣挖头与小臂铰接，铰链轴线与地面平行；/n所述大臂连杆Ⅰ的一端与底座铰接，大臂连杆Ⅱ的一端与大臂铰接，大臂连杆Ⅰ和大臂连杆Ⅱ铰接，底座、大臂、大臂连杆Ⅰ和大臂连杆Ⅱ构成双摇杆机构；/n所述铣挖头连杆Ⅰ与小臂铰接，铣挖头连杆Ⅱ与铣挖头铰接，铣挖头连杆Ⅰ和铣挖头连杆Ⅱ铰接，小臂、铣挖头、铣挖头连杆Ⅰ和铣挖头连杆Ⅱ构成双摇杆机构；/n所述大臂油缸的两端分别与底座和大臂连杆Ⅰ铰接；/n所述中间臂油缸的两端分别与大臂和中间臂铰接；/n所述小臂油缸的两端分别与中间臂和小臂铰接；/n所述铣挖头油缸的一端与小臂铰接，另一端与挖头连杆Ⅰ和铣挖头连杆Ⅱ的铰链铰接；/n所述回转驱动固定在主机架上，通过齿轮副驱动底座相对于主机架实现±90°回转。/n...

【技术特征摘要】
1.一种智能化巷道开槽机器人，其特征在于，包括主机架、行走部、截割部、驾驶室、用于为所述智能化巷道开槽机器人提供动力的动力总成以及用于开槽过程中稳定机身的稳定支撑系统；
所述截割部、驾驶室和动力总成安装在主机架上，构成机身；
所述截割部包括底座、大臂、中间臂、小臂、铣挖头、大臂连杆Ⅰ、大臂连杆Ⅱ、铣挖头连杆Ⅰ、铣挖头连杆Ⅱ、大臂油缸、中间臂油缸、小臂油缸、铣挖头油缸和回转驱动；
所述底座与主机架铰接，铰链轴线与地面垂直；
所述大臂与底座铰接，铰链轴线与地面平行；
所述中间臂与大臂铰接，铰链轴线与地面平行；
所述小臂与中间臂铰接，铰链轴线与地面平行；
所述铣挖头与小臂铰接，铰链轴线与地面平行；
所述大臂连杆Ⅰ的一端与底座铰接，大臂连杆Ⅱ的一端与大臂铰接，大臂连杆Ⅰ和大臂连杆Ⅱ铰接，底座、大臂、大臂连杆Ⅰ和大臂连杆Ⅱ构成双摇杆机构；
所述铣挖头连杆Ⅰ与小臂铰接，铣挖头连杆Ⅱ与铣挖头铰接，铣挖头连杆Ⅰ和铣挖头连杆Ⅱ铰接，小臂、铣挖头、铣挖头连杆Ⅰ和铣挖头连杆Ⅱ构成双摇杆机构；
所述大臂油缸的两端分别与底座和大臂连杆Ⅰ铰接；
所述中间臂油缸的两端分别与大臂和中间臂铰接；
所述小臂油缸的两端分别与中间臂和小臂铰接；
所述铣挖头油缸的一端与小臂铰接，另一端与挖头连杆Ⅰ和铣挖头连杆Ⅱ的铰链铰接；
所述回转驱动固定在主机架上，通过齿轮副驱动底座相对于主机架实现±90°回转。


2.根据权利要求1所述的智能化巷道开槽机器人，其特征在于，所述大臂连杆Ⅰ、大臂连杆Ⅱ和大臂油缸均为两套，分别布置于大臂两侧；
所述铣挖头连杆Ⅰ为两个，分别布置于小臂两侧。


3.根据权利要求2所述的智能化巷道开槽机器人，其特征在于，稳定支撑系统包括4个相同的支撑腿组件，分别安装在主机架的四角；
所述支撑腿组件包括支撑腿、支撑腿座、支撑油缸和伸展油缸；
所述支撑腿与支撑腿座铰接，铰链轴线与地面平行；
所述支撑腿座与主机架铰接，铰链轴线与地面垂直；
所述支撑油缸的两端分别与支撑腿座和支撑腿铰接；
所述伸展油缸的两端分别与主机架和支撑腿座铰接。


4.根据权利要求3所述的智能化巷道开槽机器人，其特征在于，所述主机架包括通过螺栓连接的前机架、中间架和后机架；
所述截割部设置在前机架上；
所述驾驶室设置在中间架上
所述动力总成设置在后机架上。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦宏章，杨喜，石涛，刘磊，刘玉波，郝建生，李刚，宋涛，李建国，赵海伟，郑跃鹏，
申请(专利权)人：中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西天地煤机装备有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14