一种巷道薄喷机器人的机械臂及使用机械臂的喷涂方法技术

一种巷道薄喷机器人的机械臂及使用机械臂的喷涂方法，涉及煤矿巷道薄喷施工领域，包括基座、固定支架、伸缩臂，基座通过螺栓固定在机器人上，在基座的上部安装有回转液压缸，回转角度为沿水平面0

【技术实现步骤摘要】
一种巷道薄喷机器人的机械臂及使用机械臂的喷涂方法


[0001]本专利技术涉及煤矿巷道薄喷施工领域，尤其是涉及一种巷道薄喷机器人的机械臂及使用机械臂的喷涂方法。

技术介绍

[0002]公知的，随着新型材料薄喷施工支护技术的发展，材料性能与支护技术的优越性被越来越多的煤矿业主所接受。对于大型矿山及大断面等施工巷道，现有的施工工艺和设备均存在较大问题；随着施工量增大，施工效率要求高，一些煤矿井下巷道薄喷施工长达数千米，部分段的巷道顶部较高，工人操作实施困难，很难保证喷涂的质量。喷涂轨迹规划在喷涂工艺设计中极其重要，煤矿井下巷道截面尺寸大而复杂，内壁局部不规则，目前常见的煤矿巷道喷涂支护施工多为矩形巷道，喷涂难度更大。

技术实现思路

[0003]为了克服
技术介绍
中的不足，本专利技术公开了一种巷道薄喷机器人的机械臂及使用机械臂的喷涂方法。
[0004]为了实现所述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种巷道薄喷机器人的机械臂，包括基座、固定支架、伸缩臂，基座通过螺栓固定在机器人上，在基座的上部安装有回转液压缸，回转角度为沿水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种巷道薄喷机器人的机械臂，包括基座、固定支架、伸缩臂，其特征是：基座通过螺栓固定在机器人上，在基座的上部安装有回转液压缸，回转角度为沿水平面0
°‑
360
°
回转，回转液压缸上部座上安装有摆动液压缸，摆动液压缸沿巷道垂直截面内摆动，摆动角度范围为0
‑
180
°
，固定支架呈n形，分别固定在摆动液压缸两端的输出轴上，伸缩臂固定在固定支架的横向板上；伸缩臂包括从下至上依次套接的Ⅰ臂、Ⅱ臂、Ⅲ臂，在Ⅱ臂、Ⅰ臂之间连接有位移传感器和伸缩液压缸，Ⅲ臂、Ⅱ臂之间采用钢丝绳索滑轮连接，Ⅲ臂、Ⅱ臂的长度相等且联动设置，其中Ⅱ臂的伸缩速度为V2，Ⅲ臂的伸缩速度为V3，2V2=V3，同一时间段，Ⅱ臂沿伸缩臂的轴线伸缩位移为Ⅲ臂的一半；在Ⅰ臂的末端固定有环形的激光发射器支架，在激光发射器支架的两侧分别设有拆卸充电式的左激光发射器、右激光发射器，且激光源与Ⅰ臂的末端断面共面，激光射线与轴线之间设有夹角θ，其中θ角小于30
°
；在Ⅰ臂、的外部与Ⅲ臂的上端部之间固定有管路拖链，管路拖链内安装有材料管路，材料管路的上端口安装有喷枪嘴。2.根据权利要求1所述的巷道薄喷机器人的机械臂，其特征是：还包括驱动伸缩臂旋转、摆动及伸缩的液压系统。3.根据权利要求1所述的巷道薄喷机器人的机械臂，其特征是：在Ⅰ臂的外面设有检测传感器，检测获取摆动液压缸的实时摆动角α(t
n
)，并将α(t
n
)传输给控制器处理。4.根据权利要求1所述的巷道薄喷机器人的机械臂，其特征是：左激光发射器、右激光发射器选用矿用本质安全型无线激光测距传感器，均包括GUJ100W激光发射器、KZC5W信号转换器及接收天线，基于激光三角法测量原理，计算GUJ100W激光发射器激光源到反射光点的距离，KZC5W信号转换器接收到GUJ100W激光发射器的测量数据后，通过接收天线RS485总线传输至控制器。5.根据权利要求1所述的巷道薄喷机器人机械臂，其特征是：Ⅲ臂、Ⅱ臂的伸出长度达到距离巷道内壁预设的理想目标距离的位置。6.根据权利要求1所述的巷道薄喷机器人的机械臂，其特征是：基座的左右两侧对称设有限位开关。7.根据权利要求1所述的巷道薄喷机器人使用机械臂的喷涂方法，其特征是：具体步骤操作如下：（1）、设置喷枪嘴与巷道内壁的距离满足喷涂工艺的理想目标距离D；将左激光发射器、右激光发射器分别安装在Ⅰ臂的末端两侧，Ⅰ臂设计长度为L1,并定位保证激光源反射面所发射的激光射线与Ⅰ臂轴向上有夹角θ，发射激光束沿着此夹角方向射向巷道内壁；（2）、机器人进入巷道内的中间位置后，设置初始状态，根据巷道现场实际工况要求和场地布置决定初始状态机械臂Ⅰ臂摆动至左侧或右侧水平位置，基座上对称固定的两个限位开关保证机械臂初始左/右水平位置,并与信号转换器通过信号连接, 计算出激光发射器激光源到反射光点的距离，接收器接收到计算出的数据后，通过RS485总线传输至控制器，同时根据算法对测量距离进行修正；（3）、Ⅰ臂上面布置角度检测传感器将检测摆动油缸的实时摆动角度α(t
n
)，并传输给控制器，控制器首先将摆动角度α(t
n
)通过PID控制算法计算出角速度ω；（4）、在控制器编程程序中设定喷枪嘴与巷道内壁理想目标距离为D，采集计算激光源
到反射光点的实时距离为L，根据夹角θ修正沿着臂轴线的距离为L/cosθ；喷枪嘴沿着伸缩臂轴线方向实时相对内壁的距离为l（t
n
）即液压缸需运动的实时伸缩位移l(t
n
)=（L/cosθ）
‑
（D/∣cosα(t
n
)∣）=（L/cosθ）
‑
（D/∣cosωΔt∣），保证了喷枪嘴沿着初始设置的理想目标距离进行喷涂作业；（5）、将机械臂摆动角速度ω值送入摆动液压缸4的非线性限制曲线，若ω值大于非线性曲线的工作范围，则实际输出控制角速度ω
actual
=ω
MAX,
其中ω
MAX
为液压系统所能供给的最大角速度；若ω不超出工作范围，则ω
actual
=ω；将ω
actual
作为PWM占空比，从而得到控制电压信号U；液压系统中的比例流量阀驱动电路接收到控制电压信号U后，驱动Y型比例电磁换向阀工作，比例换向阀向伸缩臂内的伸缩液压缸提供匹配实时角速度ω的伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄安东，弯勇，李向阳，陈柯，朱元基，魏红霞，杜明，胡同海，段祖建，王晶，王富勇，李蓓蕾，欧阳懿，
申请(专利权)人：洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司，
类型：发明
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