CN106401621A - 一种液压支架智能安装机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压支架智能安装机及其使用方法，该智能安装机包括安装执行系统、销轴孔定位组件及控制系统，控制系统与安装执行系统、销轴孔定位组件电连接用于智能控制安装执行系统、销轴孔定位组件的作业；本发明通过销轴孔定位组件中的激光灯组件获取液压支架底座、前连杆、后连杆上的铰接孔的坐标信息，通过控制系统在预设的坐标系内完成前连杆、后连杆的移动完成铰接孔的对中，并使用安装执行系统中的机械手抓取特定位置的销轴后将销轴插入铰接孔内，完成前连杆、后连杆和底座的安装以及顶梁与掩护梁的安装。本发明智能安装机改变了传统的液压支架安装方式，节省人力物力，实现了智能化控制，安装精度高，提升了安装效率。

Description

一种液压支架智能安装机及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种液压支架智能安装机及其使用方法，属于液压支架辅助设备技术领域。

背景技术

中厚煤层一直是煤矿开采的主采区，作为井下重要支护设备的液压支架，对煤矿安全开采与高效开采具有重要意义。随着煤层开采厚度的不断增加，液压支架的支护高度与调节范围也不断增加，目前我国一些企业甚至研制出了最大支撑高度可达8.8米的特大采高液压支架。液压支架要求具有较强的承载能力，一般为钢铁材料构件焊接而成，因此液压支架质量很大，其部件一般也具有较大的质量，这对液压支架的安装与安装完成后的运输带来了困难。很多液压支架生产企业都是在支架组件焊接完成后，人工完成支架的整架组装，效率低下，液压支架体积庞大、笨重导致人工操作误差很大，液压支架销轴的对心、安装存在很多亟待解决的问题，而且一些生产企业的行车不能满足液压支架整架提升的要求，无法实现整架运输装车。

由于液压支架尺寸、重量较大，无法整机直接下井，一般将整机分解成底座、掩护梁、顶梁与前梁等三部分，形成分体下井及巷道运输，当分体液压支架拉运至采煤面后，必须在工作面入口处重新组装，方可运到工作面整体安装。

中国专利文献CN201696064U公开了一种液压支架组装机，该技术方案包括起吊转动机构包括底座、顶梁、支座、折叠臂杆、起吊液压缸、丝杠调解支座、起吊转臂、固定起吊杆、滑动起吊杆、旋转液压缸；还设有转动机构、调车机构、底车升降机构、侧向调偏机构和双侧操作台等诸多机构。

而现有的液压支架组装机大多解决的是液压支架在综采工作面的安装问题，并且现有的安装设备结构相对复杂，安装过程繁琐，安装精度及安装效率低下。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种液压支架智能安装机。

本发明还提供一种液压支架智能安装机的使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种液压支架智能安装机，包括安装执行系统、销轴孔定位组件及控制系统，控制系统与安装执行系统、销轴孔定位组件电连接用于智能控制安装执行系统、销轴孔定位组件的作业；

所述安装执行系统包括移动平台组件、起吊装置、夹固装置、机械手组件及后连杆推移油缸组件；移动平台组件用于将液压支架底座移动到目标位置，起吊装置用于将液压支架前连杆、后连杆、顶梁和掩护梁移送到目标位置，机械手组件用于抓取销轴并完成销轴的安装，后连杆推移油缸组件用于推动后连杆；

所述销轴孔定位组件包括激光灯组件和投影板组件，通过激光灯组件发射的激光穿过销轴孔在投影板组件上投影，以获取销轴孔的坐标信息并将坐标信息传输给控制系统，用于对销轴孔定位；

所述控制系统包括中央控制器、数据存储单元、信号采集处理单元、显示单元和参数设置单元，数据存储单元、信号采集处理单元、显示单元和参数设置单元均与中央控制器连接，所述信号采集处理单元一端连接控制系统，另一端连接投影板。此设计的好处在于，通过信号采集处理单元可以采集激光灯组件发射的激光穿过销轴孔在投影板组件上投影得到的光信号，转化为控制系统可以识别和处理的电信号或数字信号，并将信号处理后传送到控制系统内部。

优选的，所述移动平台组件包括中部台座和移动平台，中部台座上设置有三条滑槽，三条滑槽分别为左滑槽、中滑槽和右滑槽，移动平台的底部设置有移动块，移动块设置在中滑槽内并可在中滑槽内滑动；激光灯组件和投影板组件的底端分别滑动设置在右滑槽和左滑槽内。

优选的，所述移动平台的上表面设置有后端夹具、左侧向夹具和右侧向夹具，后端夹具位于移动平台上表面中后部开设的滑槽内，移动平台上表面的两侧还开设有左右滑槽，在左右滑槽内分别设置有侧向夹具滑台，左侧向夹具和右侧向夹具分别位于左右两侧的侧向夹具滑台内。此设计的好处在于，当将液压支架底座放置在移动平台上时，通过后端夹具、左侧向夹具和右侧向夹具可以有效夹紧底座，保证底座在移动平台运行过程中的稳定性，同时能够获取准确的销轴孔坐标信息。

优选的，所述激光灯组件包括激光灯支撑架和设置在激光灯支撑架顶端的激光灯，激光灯支撑架的底端滑动设置在右滑槽内。

优选的，所述投影板组件包括投影板支撑架和设置在投影板支撑架顶端的投影板，投影板支撑架的底端滑动设置在左滑槽内。

优选的，所述激光灯支撑架和投影板支撑架对称设置且由控制系统同步控制。

优选的，所述激光灯支撑架和投影板支撑架均选用多级伸缩杆。

优选的，所述起吊装置包括行车架、第一行车和第二行车，第一行车和第二行车平行设置在行车架上，第一行车和第二行车上设置有两组钢丝绳控制器，两组钢丝绳控制器分别为第一钢丝绳控制器和第二钢丝绳控制器，第一钢丝绳控制器和第二钢丝绳控制器上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的底端连接有钢钩。

优选的，在中部台座的两侧对称设置所述的夹固装置，夹固装置包括端部台座、机械手滑台、第一固定装置和第二固定装置，在端部台座上两端分别设置第一支撑架，第一支撑架内套设有第二支撑架，第二支撑架的顶端连接机械手滑台，机械手滑台上设置有上滑道和侧滑道；第一固定装置和第二固定装置均包括依次连接的第一支撑杆、第二支撑杆、伸缩杆和紧固板。

优选的，所述机械手组件包括滑动块及设置在滑动块上的机械手，滑动块的底端位于上滑道内。此设计的好处在于，机械手具有多自由度，可方便抓取固定位置的销轴，并通过中央控制器设定的路线完成销轴的安装。

优选的，所述后连杆推移油缸组件包括缸座、推移板、推移油缸、推移缸座和升降缸座，缸座的底端滑动设置在中滑槽内，升降缸座套设在缸座内，升降缸座的顶端连接推移缸座，推移缸座内设置有推移油缸，推移油缸的活塞杆穿出推移缸座后与推移板铰接。此设计的好处在于，后连杆推移油缸组件前后可移动、上下可升降，并且推移板可实现一定角度的倾斜，能够与后连杆实现完美的贴合。

一种液压支架智能安装机的使用方法，包括以下步骤，

(1)首先将液压支架的掩护梁、前连杆和后连杆连接起来，形成组装件，备用；将立柱安装在液压支架的底座上，备用；

(2)开启液压支架智能安装机，由控制系统确定参考坐标系，智能安装机处于初始位置，即移动平台组件位于中滑槽的最前端、激光灯组件位于右滑槽的最前端、投影板组件位于左滑槽的最前端，此时可得到智能安装机各组成部件在参考坐标系内的初始位置坐标；然后将所需安装液压支架的初始参数通过参数设置单元输入控制系统，控制系统通过内部嵌入算法计算安装运行轨迹；

(3)启动起吊装置将底座吊放到移动平台上，再通过后端夹具、左侧向夹具和右侧向夹具的配合作用使底座中轴面与移动平台的中轴面平齐并对底座进行三面夹紧，将底座固定在移动平台上；

(4)移动平台组件启动并移动到控制系统指定的坐标位置后，由于控制系统已知智能安装机各组成部件的初始位置坐标，移动平台移动的路径已知，便可以得到移动平台到达指定位置后移动平台的坐标，并且液压支架的初始参数已设定好，底座固定在移动平台上的相对坐标也已知，所以控制系统可以计算出此时底座在控制系统内所处的位置坐标，进而可得到底座上各个销轴孔K5、K6的初步坐标值；

(5)控制系统控制激光灯组件和投影板组件同时启动并同步运行，激光灯组件从初始位置逐渐向底座销轴孔K5的初步坐标值位置移动，当激光灯发出的激光穿过底座销轴孔透射在投影板上为一圆形时，控制系统控制激光灯组件停止运行，通过信号采集处理单元由控制系统记录此时销轴孔K5的坐标K5(X5，Y5)；然后激光灯组件继续运行逐渐向底座销轴孔K6的初步坐标值位置移动，当激光灯发出的激光再次穿过底座销轴孔透射在投影板上为一圆形时，控制系统控制激光灯组件停止运行，通过信号采集处理单元由控制系统记录此时销轴孔K6的坐标K6(X6，Y6)，并将K5、K6的坐标信息存入数据存储单元；

(6)再次启动起吊装置，将钢钩穿过掩护梁上的吊装孔，起吊装置运行将步骤(1)中的组装件运送至吊装初始位置，第一钢丝绳控制器、第二钢丝绳控制器的调整使掩护梁顶面水平，然后控制系统停止操作直到前连杆和后连杆停止摆动且前连杆和后连杆的轴心垂直于水平面；

(7)再次启动激光灯组件和投影板组件对前连杆下铰接点K3扫描定位，当激光灯发射的激光穿过前连杆下铰接点K3的销轴孔在投影板上透射出圆形时，控制系统控制激光灯组件停止运动，通过信号采集处理单元由控制系统记录此时K3的坐标K3(X3，Y3)，并将K3的坐标信息存入数据存储单元；

(8)控制系统根据数据存储单元中记录的K3及K5的坐标信息，计算出起吊装置带动组装件所走的行程：X＝X3-X5、Y＝Y3-Y5；控制系统控制起吊装置首先在X方向上运行X3-X5，运行完毕后待前连杆和后连杆停止摆动，然后第一钢丝绳控制器和第二钢丝绳控制器同时控制钢丝绳下放组装件，下放距离为Y3-Y5，下放完成后待前连杆和后连杆停止摆动，完成前连杆下铰接点K3与底座铰接点K5的对中；

(9)此时控制系统控制第一固定装置夹紧掩护梁，第二固定装置夹紧前连杆，然后控制系统控制机械手抓取销轴，通过机械手在上滑道内的运动以及借助第二支撑架的上下运动使销轴达到K5的坐标点，机械手运动将销轴插入K3、K5铰接点，插入的距离为初始参数中K5销轴孔的深度，至此完成前连杆和底座的安装，第一固定装置和第二固定装置回复到原始位置；

(10)完成前连杆与底座的安装后，再进行后连杆与底座的安装，通过第二钢丝绳控制器控制钢丝绳下放，第一组钢丝绳保持不变，钢丝绳在下放过程中由于钢丝绳具有柔性，会发生偏斜，需要计算第二钢丝绳控制器下放钢丝绳的长度；通过控制系统内设的程序计算出第二钢丝绳控制器控制钢丝绳需下放的长度后，控制系统控制第二钢丝绳控制器动作下放钢丝绳到指定位置，然后待组装件停止晃动；

(11)控制系统控制第一固定装置夹紧掩护梁，第二固定装置夹紧前连杆，控制系统控制缸座在中滑槽内前移并通过调整升降缸座到预设高度，推移缸座内活塞杆伸出将推移板贴合在后连杆上，活塞杆继续推进直至后连杆的下铰接点K4与底座铰接点K6对中，然后机械手将销轴插入K4、K6铰接点，插入的距离为初始参数中K6销轴孔的深度，至此完成后连杆和底座的安装；

(12)起吊装置的钢钩从掩护梁吊装孔中脱出，起吊装置运动到初始位置并通过初始参数中顶梁两吊装孔间距数值来调整第一钢丝绳控制器和第二钢丝绳控制器之间的距离，然后将顶梁吊起，第一钢丝绳控制器、第二钢丝绳控制器将顶梁顶面调整水平，并待顶梁停止摆动；

(13)再次启动激光灯组件和投影板组件，对掩护梁前端的铰接孔扫描定位获取其坐标信息并将坐标信息存入数据存储单元中；然后激光灯组件和投影板组件再次运行，对顶梁后端的铰接孔扫描定位获取其坐标信息并将坐标信息存入数据存储单元中；

(14)起吊装置启动，将顶梁后端的铰接孔调整到掩护梁前端铰接孔的坐标信息位置，机械手运行从初始位置抓取销轴后通过控制系统机械手运行到掩护梁前端铰接孔的坐标信息位置，将销轴插入掩护梁和顶梁相应的销轴孔内，插入的距离为初始参数中掩护梁前端销轴孔的深度，至此实现顶梁和掩护梁的安装；

(15)通液将立柱升起顶住顶梁柱窝，然后起吊装置的钢钩从顶梁吊装孔中脱出，最终完成液压支架的安装，起吊装置、第一固定装置和第二固定装置回复到初始位置。

优选的，所述操作方法还包括步骤(16)，移动平台组件带动组装完成后的液压支架滑动至中滑槽的最前端，起吊装置再次启动吊起液压支架整架，放置到运输车上。

优选的，步骤(2)中，所述液压支架的初始参数，是指液压支架各组成部分的外观结构尺寸，即底座、前连杆、后连杆、掩护梁及顶梁各自的长度和宽度。

优选的，步骤(6)中，所述吊装初始位置，是指第一行车和第二行车的中间平面与底座的中心轴线相重合的垂直面，且起吊的组装件X方向在移动平台组件前方。

本发明的有益效果在于：

1.本发明液压支架智能安装机，代替了传统人工安装液压支架的方式，实现了机械化作业，节省了人力，提高了安装效率。

2.本发明智能安装机可实现智能安装，无需人员操控，且安装过程准确无误，大大提高了安装精度，能够实现快速有效安装。

3.本发明智能安装机设计可靠，结构合理，运行安全高效，能够满足液压支架安装企业的需求，具有良好的经济价值和市场价值，值得推广应用。

附图说明

图1为本发明智能安装机各组成部分的连接关系图；

图2为本发明智能安装机的结构示意图Ⅰ；

图3为本发明智能安装机的结构示意图Ⅱ；

图4a为本发明智能安装机的局部结构示意图；

图4b为智能安装机局部结构的正视图；

图5为本发明中销轴孔定位组件和移动平台组件的结构示意图；

图6a为本发明中机械手滑台组件的结构示意图Ⅰ；

图6b为本发明中机械手滑台组件的结构示意图Ⅱ；

图7为液压支架的结构示意图；

图8为液压支架中组装件和底座的结构示意图；

图9a为前连杆下铰接点与底座安装时的结构示意图；

图9b为前连杆下铰接点与底座安装后的结构示意图；

图10a为后连杆下铰接点与底座安装前的结构示意图；

图10b为后连杆下铰接点与底座安装前的各倾角示意图；

图11为推移板与后连杆刚接触推移前的结构示意图；

图12为后连杆下铰接点与底座安装时的结构示意图；

图13为顶梁与掩护梁安装前的结构示意图；

图14为顶梁与掩护梁完成安装后的结构示意图；

其中：1-销轴孔定位组件；101-激光灯组件；102-投影板组件；

2-控制系统；201-中央控制器；202-数据存储单元；203-显示单元；204-参数设置单元；205-信号采集处理单元；

3-安装执行系统；301-移动平台组件；302-机械手；303-后连杆推移油缸组件；304-起吊装置；305-机械手滑台；306-第一固定装置；307-第二固定装置；

4-台座；401-中部台座；402-端部台座；7-移动块；8-移动平台；9-左侧向夹具滑台；10-左侧向夹具；11-后端夹具；12-第一投影板支撑架；13-第二投影板支撑架；14-第三投影板支撑架；15-投影板；16-缸座；17-推移板；18-活塞杆；19-推移缸座；20-升降缸座；21-激光灯；22-第三激光灯支撑架；23-第二激光灯支撑架；24-第一激光灯支撑架；25-第一支撑杆；26-第二支撑杆；27-伸缩杆；28-紧固板；29-机械手滑台；30-第二支撑架；31-第一支撑架；32-行车架；33-第一行车；34-第二行车；35-第一钢丝绳控制器；36-钢丝绳；37-第二钢丝绳控制器；38-钢钩。

ZJ1-底座；ZJ2-后连杆；ZJ3-前连杆；ZJ4-掩护梁；ZJ5-顶梁。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图6b所示，本实施例提供一种液压支架智能安装机，包括安装执行系统3、销轴孔定位组件1及控制系统2，控制系统2与安装执行系统3、销轴孔定位组件1电连接用于智能控制安装执行系统3、销轴孔定位组件1的作业；

安装执行系统3包括移动平台组件301、起吊装置304、夹固装置、机械手组件及后连杆推移油缸组件；移动平台组件301用于将液压支架底座移动到目标位置，起吊装置304用于将液压支架前连杆、后连杆、顶梁和掩护梁移送到目标位置，机械手组件用于抓取销轴并完成销轴的安装，后连杆推移油缸组件用于推动后连杆；

销轴孔定位组件1包括激光灯组件101和投影板组件102，通过激光灯组件101发射的激光穿过销轴孔在投影板组件102上投影，以获取销轴孔的坐标信息并将坐标信息传输给控制系统2，用于对销轴孔定位；

控制系统2包括中央控制器201、数据存储单元202、信号采集处理单元205、显示单元203及参数设置单元204；数据存储单元202、信号采集处理单元205、显示单元203及参数设置单元204均与中央控制器201电连接。

其中，移动平台组件301包括中部台座401和移动平台8，中部台座401上开设有三条平行的滑槽，三条滑槽分别为左滑槽、中滑槽和右滑槽，移动平台8的底部焊接有移动块7，移动块7安装在中滑槽内并可在中滑槽内滑动；激光灯组件101和投影板组件102的底端分别滑动设置在右滑槽和左滑槽内。

移动平台8的上表面设置有后端夹具11、左侧向夹具10和右侧向夹具，后端夹具11位于移动平台8上表面中后部开设的滑槽内，移动平台8上表面的两侧还开设有左右滑槽，左右滑槽位于后端夹具11的两侧，在左右滑槽内分别设置有侧向夹具滑台，侧向夹具滑台可在左右滑槽内滑动，左侧向夹具10和右侧向夹具分别位于左右两侧的左侧向夹具滑台9和右侧向夹具滑台内。当将液压支架底座放置在移动平台8上时，通过后端夹具11、左侧向夹具10和右侧向夹具可以有效夹紧底座，保证底座在移动平台8运行过程中的稳定性，同时能够获取准确的销轴孔坐标信息。

激光灯组件101包括激光灯支撑架和安装在激光灯支撑架顶端的激光灯21，激光灯支撑架的底端滑动设置在右滑槽内，激光灯支撑架为两级伸缩杆，其包括由下而上依次套接的第一激光灯支撑架24、第二激光灯支撑架23和第三激光灯支撑架22，激光灯21位于第三激光灯支撑架22的顶端。

投影板组件102包括投影板支撑架和安装在投影板支撑架顶端的投影板15，投影板支撑架的底端滑动设置在左滑槽内，投影板支撑架为两级伸缩杆，其包括由下而上依次套接的第一投影板支撑架12、第二投影板支撑架13和第三投影板支撑架14，投影板15位于第三投影板支撑架14的顶端。

激光灯支撑架和投影板支撑架对称设置且由控制系统2同步控制，即激光灯21和投影板15始终处在同一水平直线上，以保证激光灯21发射的激光能够透射在投影板15上，保证后续激光灯扫描定位销轴孔时的准确性以及信号采集处理单元205能够采集投射到投影板15上的光信号，并将光信号转化为控制系统2可以识别和处理的电信号或数字信号后传送到控制系统内部。

起吊装置包括行车架32、第一行车33和第二行车34，第一行车33和第二行车34平行设置在行车架32上，第一行车33和第二行车34上设置有两组钢丝绳控制器，两组钢丝绳控制器分别为第一钢丝绳控制器35和第二钢丝绳控制器37，第一钢丝绳控制器35和第二钢丝绳控制器37上缠绕有钢丝绳36，钢丝绳36的底端连接有钢钩38。控制系统2可控制第一行车33和第二行车34的运行，同时也控制第一钢丝绳控制器35和第二钢丝绳控制器37的运行。

在中部台座401的两侧对称设置所述的夹固装置，夹固装置包括端部台座402、机械手滑台305、第一固定装置306和第二固定装置307，在端部台座402上两端分别设置第一支撑架31，第一支撑架31内套设有第二支撑架30，第二支撑架30的顶端连接机械手滑台29，机械手滑台29上设置有上滑道和侧滑道；第一固定装置306和第二固定装置307均包括依次连接的第一支撑杆25、第二支撑杆26、伸缩杆27和紧固板28，第一支撑杆25的底端位于侧滑道内并可在侧滑道内来回滑动，由控制系统2控制第一固定装置306和第二固定装置307的滑动、升降、伸缩，以此实现第一固定装置306和第二固定装置307对掩护梁的夹固。

机械手组件包括滑动块及设置在滑动块上的机械手302，滑动块的底端位于上滑道内并由控制系统2控制滑动块在上滑道内来回滑动。机械手302具有多自由度，可方便抓取固定位置的销轴，并通过中央控制器设定的路线完成销轴的安装。

后连杆推移油缸组件303包括缸座16、推移板17、推移油缸、推移缸座19和升降缸座20，缸座16的底端滑动设置在中滑槽内，升降缸座20套设在缸座16内，升降缸座20的顶端连接推移缸座19，推移缸座19内设置有推移油缸，推移油缸的活塞杆18穿出推移缸座19后与推移板17铰接。后连杆推移油缸组件前后可移动、上下可升降，并且推移板可实现一定角度的倾斜，能够与后连杆实现完美的贴合，便于后续推动后连杆。

实施例2：

一种利用实施例1所述的液压支架智能安装机进行液压支架安装的使用方法，包括以下步骤，

(1)首先将液压支架的掩护梁ZJ4、前连杆ZJ3和后连杆ZJ2连接起来，形成组装件，备用；将立柱安装在液压支架的底座上，备用；

(2)开启液压支架智能安装机，由控制系统2确定参考坐标系，智能安装机处于初始位置，即移动平台组件301位于中滑槽的最前端、激光灯组件101位于右滑槽的最前端、投影板组件102位于左滑槽的最前端，此时可得到智能安装机各组成部件在参考坐标系内的初始位置坐标；然后将所需安装液压支架的初始参数通过参数设置单元输入控制系统，控制系统通过内部嵌入算法计算安装运行轨迹；

(这里的液压支架初始参数指的是液压支架底座或掩护梁等的长、宽、连杆长度等一些液压支架的固定参数，不同架型的支架的参数不同，所以安装不同的液压支架需要针对该架型支架设定初始值，根据这些初始值，控制系统通过内部植入的程序算法计算安装过程中智能安装系统的各个组件的位置或某些部件需要走的路径，以固定支架的底座为例，当某架型支架的初始参数设定好，底座放置在移动平台上后，后端夹具、左侧向夹具和右侧向夹具根据控制系统计算并设定的路径运行，来夹紧底座)

(3)启动起吊装置将底座ZJ1吊放到移动平台8上，再通过后端夹具11、左侧向夹具10和右侧向夹具的配合作用使底座ZJ1中轴面与移动平台的中轴面平齐并对底座ZJ1进行三面夹紧，将底座ZJ1固定在移动平台8上；

(4)移动平台组件301启动并移动到控制系统2指定的坐标位置后，由于控制系统2已知智能安装机各组成部件的初始位置坐标，移动平台8移动的路径已知，便可以得到移动平台8到达指定位置后移动平台8的坐标，并且液压支架的初始参数已设定好，底座ZJ1固定在移动平台上的相对坐标也已知，所以控制系统2可以计算出此时底座ZJ1在控制系统内所处的位置坐标，进而可得到底座上各个销轴孔K5、K6的初步坐标值；

(5)控制系统2控制激光灯组件101和投影板组件102同时启动并同步运行，激光灯组件101从初始位置逐渐向底座ZJ1销轴孔K5的初步坐标值位置移动，当激光灯21发出的激光穿过底座销轴孔透射在投影板15上为一圆形时，控制系统2控制激光灯组件101停止运行，通过信号采集处理单元205由控制系统记录此时销轴孔K5的坐标K5(X5，Y5)；然后激光灯组件101继续运行逐渐向底座销轴孔K6的初步坐标值位置移动，当激光灯21发出的激光再次穿过底座销轴孔透射在投影板上为一圆形时，控制系统2控制激光灯组件101停止运行，通过信号采集处理单元205由控制系统记录此时销轴孔K6的坐标K6(X6，Y6)，并将K5、K6的坐标信息存入数据存储单元202；

(6)再次启动起吊装置，将钢钩38穿过掩护梁ZJ4上的吊装孔，起吊装置运行将步骤(1)中的组装件运送至吊装初始位置(吊装初始位置，是指第一行车和第二行车的中间平面与底座的中心轴线相重合的垂直面，且起吊的组装件X方向在移动平台组件前方某处，可在控制系统内确定其初始坐标值)，第一钢丝绳控制器35、第二钢丝绳控制器37的调整使掩护梁ZJ4顶面水平(保证第一钢丝绳控制器和第二钢丝绳控制器下放钢丝绳的长度一致，这样可使掩护梁顶面始终处于水平)，然后控制系统2停止操作直到前连杆ZJ3和后连杆ZJ2停止摆动且前连杆和后连杆的轴心垂直于水平面；

(7)再次启动激光灯组件101和投影板组件102对前连杆ZJ3下铰接点K3扫描定位，当激光灯21发射的激光穿过前连杆下铰接点K3的销轴孔在投影板15上透射出圆形时，控制系统2控制激光灯组件101停止运动，通过信号采集处理单元205由控制系统记录此时K3的坐标K3(X3，Y3)，并将K3的坐标信息存入数据存储单元202；

(8)控制系统2根据数据存储单元202中记录的K3及K5的坐标信息，计算出起吊装置带动组装件所走的行程：X＝X3-X5、Y＝Y3-Y5；控制系统2控制起吊装置首先在X方向上运行X3-X5，运行完毕后待前连杆ZJ3和后连杆ZJ2停止摆动，然后第一钢丝绳控制器35和第二钢丝绳控制器37同时控制钢丝绳下放组装件，下放距离为Y3-Y5，下放完成后待前连杆和后连杆停止摆动，完成前连杆下铰接点K3与底座铰接点K5的对中；

(9)此时控制系统2控制第一固定装置306夹紧掩护梁ZJ4，第二固定装置307夹紧前连杆ZJ3，然后控制系统2控制机械手302抓取销轴(销轴事先放置在销轴框内，而销轴框可设置在机械手方便抓取的位置，同时销轴框在控制系统开启后能够确定其在系统内的坐标)，通过机械手302在上滑道内的运动以及借助第二支撑架30的上下运动使销轴达到K5的坐标点，机械手302运动将销轴插入K3、K5铰接点，插入的距离为初始参数中K5销轴孔的深度，至此完成前连杆ZJ3和底座ZJ1的安装，第一固定装置306和第二固定装置307回复到原始位置；

(10)完成前连杆ZJ3与底座ZJ1的安装后，再进行后连杆ZJ2与底座ZJ1的安装，通过第二钢丝绳控制器37控制钢丝绳下放，第一组钢丝绳保持不变，钢丝绳在下放过程中由于钢丝绳具有柔性，会发生偏斜，需要计算第二钢丝绳控制器37下放钢丝绳的长度；通过控制系统2内设的程序计算出第二钢丝绳控制器37控制钢丝绳需下放的长度后，控制系统2控制第二钢丝绳控制器37动作下放钢丝绳到指定位置，待组装件停止晃动；

(11)控制系统2控制第一固定装置306夹紧掩护梁ZJ4，第二固定装置307夹紧前连杆ZJ3，控制系统2控制缸座16在中滑槽内前移并通过调整升降缸座16到预设高度，推移缸座19内活塞杆18伸出将推移板17贴合在后连杆ZJ2上，活塞杆18继续推进直至后连杆ZJ2的下铰接点K4与底座铰接点K6对中，然后机械手302将销轴插入K4、K6铰接点，插入的距离为初始参数中K6销轴孔的深度，至此完成后连杆和底座的安装；

(12)起吊装置的钢钩38从掩护梁ZJ4吊装孔中脱出，起吊装置运动到初始位置并通过初始参数中顶梁两吊装孔间距数值来调整第一钢丝绳控制器35和第二钢丝绳控制器37之间的距离，然后将顶梁ZJ5吊起，第一钢丝绳控制器35、第二钢丝绳控制器37将顶梁ZJ5顶面调整水平，并待顶梁ZJ5停止摆动；

(13)再次启动激光灯组件101和投影板组件102，对掩护梁ZJ4前端的铰接孔扫描定位获取其坐标信息并将坐标信息存入数据存储单元202中；然后激光灯组件101和投影板组件102再次运行，对顶梁ZJ5后端的铰接孔扫描定位获取其坐标信息并将坐标信息存入数据存储单元202中；

(14)起吊装置启动，将顶梁ZJ5后端的铰接孔调整到掩护梁ZJ4前端铰接孔的坐标信息位置，机械手302运行从初始位置抓取销轴后通过控制系统2控制机械手运行到掩护梁ZJ4前端铰接孔的坐标信息位置，将销轴插入掩护梁ZJ4和顶梁ZJ5相应的销轴孔内，插入的距离为初始参数中掩护梁前端销轴孔的深度，至此实现顶梁ZJ5和掩护梁ZJ4的安装；

(15)通液将立柱升起顶住顶梁柱窝，然后起吊装置的钢钩38从顶梁吊装孔中脱出，最终完成液压支架的安装，起吊装置、第一固定装置306和第二固定装置307回复到初始位置。

(16)移动平台组件301带动组装完成后的液压支架滑动至中滑槽的最前端，起吊装置再次启动吊起液压支架整架，放置到运输车上。

步骤(2)中，所述液压支架的初始参数，是指液压支架各组成部分的外观结构尺寸，即底座、前连杆、后连杆、掩护梁及顶梁各自的长度和宽度。

步骤(10)中控制系统通过内设程序计算第二钢丝绳下放的长度以及步骤(11)中活塞杆继续推进后连杆前进距离的计算过程如下：

如图9b所示，液压支架智能安装系统完成前连杆与底座间销轴的安装，此时掩护梁顶面水平，初始两组钢丝绳的长度均为l_EG＝l₂，两组钢丝绳的距离为两吊装孔轴心K1、K2的距离l_GH＝l_EF＝l₁，图中l_FD、l_EC、l_CD、l_BD、l_AC、l_AI、l_IH均为已知量，角度 均已知。

当第二组钢丝绳控制器37下放钢丝绳36时，由于钢丝绳具有柔性，组装件发生偏转，到目的位置时的液压支架位姿图如图10a所示，此时第二组钢丝绳长度变为l₃，对应的l_ID的长度变为l_BD(l_ID＝l_BD)，除了角度不变，其余角度均发生改变，第一组钢丝绳与水平方向夹角变为θ₈，第二组钢丝绳与水平方向夹角为θ₉，前连杆与水平方向夹角为θ₁₀，l_EF(或说是掩护梁顶面)与水平夹角为θ₇，改变后其他角度与之前角度对应关系为：

在液压支架位姿图10b中取矢量环G-H-F-E与A-C-D-I以及H-G-D-F构建矢量方程：

根据矢量方程构建数值方程，得：

通过上述方法计算得到θ₆和l₃之后，得到第二组钢丝绳控制器37下放钢丝绳36的长度(l₃-l₂)，控制系统2控制第二组钢丝绳控制器37动作至指定位置，待整个组件停止晃动，进行下一步安装工序。

图10b中右侧轴线为后连杆推移油缸组件某处X方向的位置。其中，活塞杆18杆头的轴心到此时推移油缸组件某处X方向的距离为t₁(已知),活塞杆Y方向中轴线到底座地面距离为h₁(已知)，活塞杆18杆头的轴心到后连杆后平面的X方向距离为h₂(已知)，后连杆铰接孔连线到后连杆后平面的X方向距离为m(已知)。如图12所示，发生推移后活塞杆18杆头的轴心到此时推移油缸组件某处X方向的距离为t₂(未知量)。假设后连杆上销轴孔轴心点距离底座底面的高度为h_D(可以由以前的计算过程计算得到或者销轴孔定位组件测量得出，故也为已知)。

由图11，推移油缸组件某处到后连杆铰接孔连线的X方向距离为：

(t₁+h₂+m)，

由图12，推移油缸组件某处到后连杆铰接孔连线的X方向距离为：

[t₂+(h₂+m)/sinθ₆],

则：(t₁+h₂+m)+(h_D-h₁)·cotθ₆＝[t₂+(h₂+m)/sinθ₆]

θ₆已在上面求出，带入上式，可得到未知量t₂，则进一步得到后连杆安装时，若使后连杆下销轴孔轴心与底座上销轴孔轴心对齐，只需控制后连杆推移油缸组件303的活塞杆18向前伸长(t₂-t₁)即可。

Claims (10)

1.一种液压支架智能安装机，其特征在于，包括安装执行系统、销轴孔定位组件及控制系统，控制系统与安装执行系统、销轴孔定位组件电连接用于智能控制安装执行系统、销轴孔定位组件的作业；

所述安装执行系统包括移动平台组件、起吊装置、夹固装置、机械手组件及后连杆推移油缸组件；移动平台组件用于将液压支架底座移动到目标位置，起吊装置用于将液压支架前连杆、后连杆、顶梁和掩护梁移送到目标位置，机械手组件用于抓取销轴并完成销轴的安装，后连杆推移油缸组件用于推动后连杆；

所述销轴孔定位组件包括激光灯组件和投影板组件，通过激光灯组件发射的激光穿过销轴孔在投影板组件上投影，以获取销轴孔的坐标信息并将坐标信息传输给控制系统，用于对销轴孔定位；

所述控制系统包括中央控制器、数据存储单元、信号采集处理单元、显示单元和参数设置单元，数据存储单元、信号采集处理单元、显示单元和参数设置单元均与中央控制器连接，所述信号采集处理单元一端连接控制系统，另一端连接投影板。此设计的好处在于，通过信号采集处理单元可以采集激光灯组件发射的激光穿过销轴孔在投影板组件上投影得到的光信号，转化为控制系统可以识别和处理的电信号或数字信号，并将信号处理后传送到控制系统内部。

2.如权利要求1所述的液压支架智能安装机，其特征在于，所述移动平台组件包括中部台座和移动平台，中部台座上设置有三条滑槽，三条滑槽分别为左滑槽、中滑槽和右滑槽，移动平台的底部设置有移动块，移动块设置在中滑槽内并可在中滑槽内滑动；激光灯组件和投影板组件的底端分别滑动设置在右滑槽和左滑槽内。

3.如权利要求2所述的液压支架智能安装机，其特征在于，所述移动平台的上表面设置有后端夹具、左侧向夹具和右侧向夹具，后端夹具位于移动平台上表面中后部开设的滑槽内，移动平台上表面的两侧还开设有左右滑槽，在左右滑槽内分别设置有侧向夹具滑台，左侧向夹具和右侧向夹具分别位于左右两侧的侧向夹具滑台内。

4.如权利要求2所述的液压支架智能安装机，其特征在于，所述激光灯组件包括激光灯支撑架和设置在激光灯支撑架顶端的激光灯，激光灯支撑架的底端滑动设置在右滑槽内。

5.如权利要求4所述的液压支架智能安装机，其特征在于，所述投影板组件包括投影板支撑架和设置在投影板支撑架顶端的投影板，投影板支撑架的底端滑动设置在左滑槽内。

6.如权利要求5所述的液压支架智能安装机，其特征在于，所述激光灯支撑架和投影板支撑架对称设置且由控制系统同步控制；

所述激光灯支撑架和投影板支撑架均选用多级伸缩杆。

7.如权利要求1所述的液压支架智能安装机，其特征在于，所述起吊装置包括行车架、第一行车和第二行车，第一行车和第二行车平行设置在行车架上，第一行车和第二行车上设置有两组钢丝绳控制器，两组钢丝绳控制器分别为第一钢丝绳控制器和第二钢丝绳控制器，第一钢丝绳控制器和第二钢丝绳控制器上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的底端连接有钢钩。

8.如权利要求2所述的液压支架智能安装机，其特征在于，在中部台座的两侧对称设置所述的夹固装置，夹固装置包括端部台座、机械手滑台、第一固定装置和第二固定装置，在端部台座上两端分别设置第一支撑架，第一支撑架内套设有第二支撑架，第二支撑架的顶端连接机械手滑台，机械手滑台上设置有上滑道和侧滑道；第一固定装置和第二固定装置均包括依次连接的第一支撑杆、第二支撑杆、伸缩杆和紧固板；

所述机械手组件包括滑动块及设置在滑动块上的机械手，滑动块的底端位于上滑道内。

9.如权利要求2所述的液压支架智能安装机，其特征在于，所述后连杆推移油缸组件包括缸座、推移板、推移油缸、推移缸座和升降缸座，缸座的底端滑动设置在中滑槽内，升降缸座套设在缸座内，升降缸座的顶端连接推移缸座，推移缸座内设置有推移油缸，推移油缸的活塞杆穿出推移缸座后与推移板铰接。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的液压支架智能安装机的使用方法，包括以下步骤，

(1)首先将液压支架的掩护梁、前连杆和后连杆连接起来，形成组装件，备用；将立柱安装在液压支架的底座上，备用；

(2)开启液压支架智能安装机，由控制系统确定参考坐标系，智能安装机处于初始位置，即移动平台组件位于中滑槽的最前端、激光灯组件位于右滑槽的最前端、投影板组件位于左滑槽的最前端，此时可得到智能安装机各组成部件在参考坐标系内的初始位置坐标；然后将所需安装液压支架的初始参数通过参数设置单元输入控制系统，控制系统通过内部嵌入算法计算安装运行轨迹；

(3)启动起吊装置将底座吊放到移动平台上，再通过后端夹具、左侧向夹具和右侧向夹具的配合作用使底座中轴面与移动平台的中轴面平齐并对底座进行三面夹紧，将底座固定在移动平台上；

(4)移动平台组件启动并移动到控制系统指定的坐标位置后，由于控制系统已知智能安装机各组成部件的初始位置坐标，移动平台移动的路径已知，便可以得到移动平台到达指定位置后移动平台的坐标，并且液压支架的初始参数已设定好，底座固定在移动平台上的相对坐标也已知，所以控制系统可以计算出此时底座在控制系统内所处的位置坐标，进而可得到底座上各个销轴孔K5、K6的初步坐标值；

(5)控制系统控制激光灯组件和投影板组件同时启动并同步运行，激光灯组件从初始位置逐渐向底座销轴孔K5的初步坐标值位置移动，当激光灯发出的激光穿过底座销轴孔透射在投影板上为一圆形时，控制系统控制激光灯组件停止运行，通过信号采集处理单元由控制系统记录此时销轴孔K5的坐标K5(X5，Y5)；然后激光灯组件继续运行逐渐向底座销轴孔K6的初步坐标值位置移动，当激光灯发出的激光再次穿过底座销轴孔透射在投影板上为一圆形时，控制系统控制激光灯组件停止运行，通过信号采集处理单元由控制系统记录此时销轴孔K6的坐标K6(X6，Y6)，并将K5、K6的坐标信息存入数据存储单元；

(6)再次启动起吊装置，将钢钩穿过掩护梁上的吊装孔，起吊装置运行将步骤(1)中的组装件运送至吊装初始位置，第一钢丝绳控制器、第二钢丝绳控制器的调整使掩护梁顶面水平，然后控制系统停止操作直到前连杆和后连杆停止摆动且前连杆和后连杆的轴心垂直于水平面；

(7)再次启动激光灯组件和投影板组件对前连杆下铰接点K3扫描定位，当激光灯发射的激光穿过前连杆下铰接点K3的销轴孔在投影板上透射出圆形时，控制系统控制激光灯组件停止运动，通过信号采集处理单元由控制系统记录此时K3的坐标K3(X3，Y3)，并将K3的坐标信息存入数据存储单元；

(8)控制系统根据数据存储单元中记录的K3及K5的坐标信息，计算出起吊装置带动组装件所走的行程：X＝X3-X5、Y＝Y3-Y5；控制系统控制起吊装置首先在X方向上运行X3-X5，运行完毕后待前连杆和后连杆停止摆动，然后第一钢丝绳控制器和第二钢丝绳控制器同时控制钢丝绳下放组装件，下放距离为Y3-Y5，下放完成后待前连杆和后连杆停止摆动，完成前连杆下铰接点K3与底座铰接点K5的对中；

(9)此时控制系统控制第一固定装置夹紧掩护梁，第二固定装置夹紧前连杆，然后控制系统控制机械手抓取销轴，通过机械手在上滑道内的运动以及借助第二支撑架的上下运动使销轴达到K5的坐标点，机械手运动将销轴插入K3、K5铰接点，插入的距离为初始参数中K5销轴孔的深度，至此完成前连杆和底座的安装，第一固定装置和第二固定装置回复到原始位置；

(10)完成前连杆与底座的安装后，再进行后连杆与底座的安装，通过第二钢丝绳控制器控制钢丝绳下放，第一组钢丝绳保持不变，钢丝绳在下放过程中由于钢丝绳具有柔性，会发生偏斜，需要计算第二钢丝绳控制器下放钢丝绳的长度；通过控制系统内设的程序计算出第二钢丝绳控制器控制钢丝绳需下放的长度后，控制系统控制第二钢丝绳控制器动作下放钢丝绳到指定位置，然后待组装件停止晃动；

(11)控制系统控制第一固定装置夹紧掩护梁，第二固定装置夹紧前连杆，控制系统控制缸座在中滑槽内前移并通过调整升降缸座到预设高度，推移缸座内活塞杆伸出将推移板贴合在后连杆上，活塞杆继续推进直至后连杆的下铰接点K4与底座铰接点K6对中，然后机械手将销轴插入K4、K6铰接点，插入的距离为初始参数中K6销轴孔的深度，至此完成后连杆和底座的安装；

(12)起吊装置的钢钩从掩护梁吊装孔中脱出，起吊装置运动到初始位置并通过初始参数中顶梁两吊装孔间距数值来调整第一钢丝绳控制器和第二钢丝绳控制器之间的距离，然后将顶梁吊起，第一钢丝绳控制器、第二钢丝绳控制器将顶梁顶面调整水平，并待顶梁停止摆动；

(13)再次启动激光灯组件和投影板组件，对掩护梁前端的铰接孔扫描定位获取其坐标信息并将坐标信息存入数据存储单元中；然后激光灯组件和投影板组件再次运行，对顶梁后端的铰接孔扫描定位获取其坐标信息并将坐标信息存入数据存储单元中；

(14)起吊装置启动，将顶梁后端的铰接孔调整到掩护梁前端铰接孔的坐标信息位置，机械手运行从初始位置抓取销轴后通过控制系统机械手运行到掩护梁前端铰接孔的坐标信息位置，将销轴插入掩护梁和顶梁相应的销轴孔内，插入的距离为初始参数中掩护梁前端销轴孔的深度，至此实现顶梁和掩护梁的安装；

(15)通液将立柱升起顶住顶梁柱窝，然后起吊装置的钢钩从顶梁吊装孔中脱出，最终完成液压支架的安装，起吊装置、第一固定装置和第二固定装置回复到初始位置。