CN107201912A - 隧道支护锚杆推进机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种隧道支护锚杆推进机器人，包括机器人的行进装置，即主动轮和从动轮；机器人行进装置动力来源，无刷直流电机；主体沿隧道轴向旋转定位的步进电机；锚杆的夹持结构；控制夹紧结构张紧的电吸盘；敲击锚杆的小锤；敲击锚杆动力为舵机。上述的各个部分通过紧密的配合，构成了隧道支护锚杆推进机器人。本发明所设计的隧道支护锚杆推进机器人结构巧妙，能够进入隧道、钻孔定位、锚杆夹紧，采用智能控制，具有清晰的设备分块，实现了在隧道孔洞里插入锚杆，实现支护的功能。

Description

隧道支护锚杆推进机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种隧道支护锚杆推进机器人。

背景技术

在隧道岩石钻孔作业中，为了稳固隧道，需在岩石壁上插锚杆。而现有的插锚杆作业多数是针对于大型隧道，因此很有必要设计一种隧道支护锚杆推进机器人。在专利申请方面，专利申请号CN105781436A，名称为“一种隧道支护钻孔机器人”，其采用弹射式插锚杆机构，通过压缩弹簧储存能量将锚杆弹射出去实现插锚杆作业，但是该方法只能一次性弹射，存在不稳定性。因此本发明设计一种隧道支护锚杆推进机器人，对其夹紧机构和敲击机构等关键性结构进行设计，该结构工作灵活，可实现更为准确、高效的插锚杆。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种隧道支护锚杆推进机器人。

本发明的目的是这样实现的：包括主动轮机构、推进锚杆机构、从动轮机构，主动轮机构包括主动轮外壳、通过连接关节一与主动轮外壳连接的电机外壳、设置在主动轮外壳端部的主动轮端盖、设置在电机外壳内的无刷直流电机，所述主动轮外壳内设置有主动轮底座，主动轮底座与主动轮端盖之间设置有主动轮支撑轴，主动轮底座上还铰接有三对主动轮连接板，每对主动轮连接板之间分别设置有蜗轮轴、传动轮轴和行进轮轴，蜗轮轴上设置有蜗轮和蜗轮轴齿轮，传动轮轴上设置有与蜗轮轴齿轮啮合的传动轮，行进轮轴上安装有行进轮和与传动轮啮合的行进齿轮，无刷直流电机输出轴上安装有蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，所述主动轮端盖的中间位置设置有圆柱，圆柱上设置有三角铁一，三角铁一的三个端部分别铰接有主动轮支杆，主动轮支杆的端部与传动轮轴连接；推进锚杆机构包括与电机外壳连接的连接关节二、与连接关节二连接的主体外壳、设置在连接关节二内的步进电机、设置在主体外壳内的端盖、与端盖连接的套筒、设置在套筒内的底板、安装在底板中间位置的两端的两个电吸盘、分别与电吸盘连接的两个夹紧臂、设置在两个夹紧臂之间的拉簧一、设置在每个夹紧臂端部的夹持头、设置在两个夹持头之间的锚杆、设置在底板上的舵机支架、安装在舵机支架上的舵机、与舵机输出端连接的连杆、设置在连杆端部的滑轮、设置在底板上的小锤底座、铰接在小锤底座上的小锤柄、设置在小锤柄端部的小锤锤头、设置在小锤柄与底板之间的拉簧二，所述端盖的外端面设置有转轴，步进电机的输出轴通过联轴器与转轴连接，两个夹紧臂交叉设置且在夹紧臂的中间位置铰接连接，所述套筒内还设置有摄像头，所述小锤锤头位于锚杆上方，锚杆下方的底板上设置有圆孔，主体外壳的周向上均匀设置有与圆孔位置对应的通孔；所述从动轮机构包括与主体外壳端部连接的连接关节三、与连接关节三连接的从动轮外壳、与从动轮外壳端部连接的从动轮端盖、设置在从动轮内的从动轮底座、设置在从动轮底座与从动轮端盖之间的从动轮主轴、铰接在从动轮底座上的三对从动轮连接板、设置在每对从动轮连接板之间的从动轮轴和中间轴、设置在从动轮轴上的行进轮、设置在从动轮主轴上的三角铁二、铰接在三角铁二的三个端部的从动轮支杆、设置在从动轮支杆与从动轮底座之间的从动轮拉簧，每个从动支杆的中间位置与对应的中间轴连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述主动轮支撑轴有三个，且三个主动轮支撑轴之间还设置有主动轮支撑板，主动轮支撑板与主动轮外壳内表面连接。

2.所述主体外壳包括上半外壳、下半外壳、用于连接上半外壳和下半外壳的螺栓螺母。

3.所述从动轮底座与从动轮端盖之间设置有三个从动轮支撑轴，三个从动轮支撑轴之间设置有从动轮支撑板，从动轮支撑板与从动轮外壳连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的设计目的是在狭窄的隧道里可以插入锚杆，达到支护效果的机器人，所设计的隧道支护锚杆推进机器人结构巧妙，能够进入隧道、钻孔定位、锚杆夹紧，采用智能控制，具有清晰的设备分块，实现了在隧道孔洞里插入锚杆，实现支护的功能。

附图说明

图1为本发明的主视方向结构示意图；

图2是图1的侧视方向结构示意图；

图3是图1 B部分的A-A截面剖面示意图；

图4是图1 C部分的A-A截面剖面示意图；

图5是图4 C部分的套筒内部俯视图；

图6是图1 D部分的A-A截面剖面示意图；

图7是图1 B部分三维结构示意图；

图8是图1 C部分三维结构示意图；

图9是图1 D部分三维结构示意图。

图中：1、主动轮端盖，2、主动轮外壳，3、主动轮支撑轴，4、行进轮，5、主动轮支杆，6、传动轮，7、涡轮，8、主动轮底座，9、连接关节1,10、电机外壳，11、无刷直流电机，12、蜗杆，13、三角铁一，14、主动轮支撑板，15、主动轮连接板，16、连接关节2,17步进电机，18、联轴器，19、端盖，20、主体外壳，21、套筒，22、摄像头，23、锚杆，24、双头螺柱，25电吸盘，26、拉簧二，27、小锤底座，28、小锤柄，29滑轮，30、底板，31、舵机，32、舵机支架，33、拉簧一，34、夹持臂，35、夹持头，36、小锤锤头，37、连接关节3,38、从动轮外壳，39、从动轮底座，40、从动轮拉簧，41、从动轮支杆，42、从动轮连接板，43、行进轮，44、从动轮端盖，45、从动轮主轴，46、从动轮支撑板，47、从动轮支撑轴。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图9，本发明包括主动轮机构B、推进锚杆机构C、从动轮机构D，主动轮机构B包括主动轮外壳2、通过连接关节一9与主动轮外壳2连接的电机外壳10、设置在主动轮外壳端部的主动轮端盖1、设置在电机外壳10内的无刷直流电机11，所述主动轮外壳内设置有主动轮底座8，主动轮底座8与主动轮端盖1之间设置有主动轮支撑轴3，主动轮底座8上还铰接有三对主动轮连接板15，每对主动轮连接板之间分别设置有蜗轮轴、传动轮轴和行进轮轴，蜗轮轴上设置有蜗轮7和蜗轮轴齿轮，传动轮轴上设置有与蜗轮轴齿轮啮合的传动轮6，行进轮轴上安装有行进轮4和与传动轮6啮合的行进齿轮，无刷直流电机输出轴上安装有蜗杆12，蜗杆12与蜗轮7啮合，所述主动轮端盖的中间位置设置有圆柱，圆柱上设置有三角铁一13，三角铁一13的三个端部分别铰接有主动轮支杆5，主动轮支杆5的端部与传动轮轴连接；推进锚杆机构C包括与电机外壳10连接的连接关节二16、与连接关节二16连接的主体外壳20、设置在连接关节二16内的步进电机17、设置在主体外壳内的端盖19、与端盖19连接的套筒21、设置在套筒内的底板30、安装在底板30中间位置的两端的两个电吸盘25、分别与电吸盘连接的两个夹紧臂34、设置在两个夹紧臂之间的拉簧一33、设置在每个夹紧臂端部的夹持头34、设置在两个夹持头34之间的锚杆23、设置在底板30上的舵机支架32、安装在舵机支架32上的舵机31、与舵机31输出端连接的连杆、设置在连杆端部的滑轮29、设置在底板上的小锤底座27、铰接在小锤底座上的小锤柄28、设置在小锤柄28端部的小锤锤头36、设置在小锤柄28与底板之间的拉簧二26，所述端盖19的外端面设置有转轴，步进电机17的输出轴通过联轴器18与转轴连接，两个夹紧臂34交叉设置且在夹紧臂的中间位置铰接连接(通过双头螺柱24)，所述套筒内还设置有摄像头22，所述小锤锤头36位于锚杆23上方，锚杆下方的底板上设置有圆孔，主体外壳20的周向上均匀设置有与圆孔位置对应的通孔；所述从动轮机构D包括与主体外壳20端部连接的连接关节三37、与连接关节三37连接的从动轮外壳38、与从动轮外壳38端部连接的从动轮端盖44、设置在从动轮内的从动轮底座39、设置在从动轮底座39与从动轮端盖44之间的从动轮主轴45、铰接在从动轮底座39上的三对从动轮连接板42、设置在每对从动轮连接板之间的从动轮轴和中间轴49、设置在从动轮轴上的行进轮43、设置在从动轮主轴上的三角铁二48、铰接在三角铁二48的三个端部的从动轮支杆41、设置在从动轮支杆41与从动轮底座之间的从动轮拉簧40，每个从动支杆的中间位置与对应的中间轴连接。

所述主动轮支撑轴3有三个，且三个主动轮支撑轴之间还设置有主动轮支撑板14，主动轮支撑板14与主动轮外壳内表面连接。

所述主体外壳包括上半外壳、下半外壳、用于连接上半外壳和下半外壳的螺栓螺母。

所述从动轮底座与从动轮端盖之间设置有三个从动轮支撑轴47，三个从动轮支撑轴之间设置有从动轮支撑板46，从动轮支撑板46与从动轮外壳38连接。

本发明的微小型隧道机器人工作的整个过程：无刷直流电机11带动蜗杆12旋转，蜗杆12与涡轮7啮合，使涡轮7转动，涡轮7通过传动轮6将动力传送给行进轮4，驱动机器人前进，主动轮张开的角度通过主动轮支杆5调节。机器人在隧道里行进，通过套筒21上的摄像头22确定锚杆孔的位置，此时夹持臂34末端通过拉簧33连接，使夹持臂34通过夹持头35将锚杆夹住，发送信号使舵机31转动，带动滑轮29在小锤柄28末端滑动，小锤被压高，同时拉簧26被拉伸，增加自身弹性势能，当滑轮29不与小锤柄28末端接触时，拉簧26通过拉力将小锤向下拉使小锤将锚杆23往锚杆孔里敲击，当小锤锤头36快要与夹持头35接触的时候，给电吸盘25通电，电吸盘25克服拉簧33拉力吸引夹持臂34末端，夹持臂34前端张开，小锤将锚杆23敲进锚杆孔；当锚杆孔的位置不在底部时，步进电机17通过联轴器18带动端盖19以及与端盖相连的套筒21，当摄像头22确定锚杆孔的位置时，重复上述操作。

本发明包括：机器人的行进装置，即主动轮和从动轮；机器人行进装置动力来源，无刷直流电机；主体沿隧道轴向旋转定位的步进电机；锚杆的夹持机构；控制夹紧机构张紧的电吸盘；敲击锚杆的小锤；敲击锚杆动力为小舵机。上述各部分之间紧密配合构成微小型隧道推进机器人。

所述的夹紧结构采用夹紧臂前头力臂长，后头力臂短，当电吸盘通电吸住夹紧结构后头，前头可以获得较大的张开距离，从而释放锚杆。

所述的锚杆敲击结构，设定小锤合适的末段长度，在舵机带动滑轮在小锤末端滑动，从而将小锤压高，当小锤末端不与滑轮接触时，拉簧拉动小锤进行向下敲击。

所述的旋转结构在步进电机的带动下，通过外壳内部的滑轨周向转动。

本发明设计的夹持臂采用的前端长，末端短的结构，这样做的优点是当末端张开的时候，前端可获得较大的张开角度，当小锤锤头下向下敲击的时候不会击中夹持头，让锚杆可以顺利的进入锚杆孔。同时，夹持臂末端内侧装有拉簧，外侧放电吸盘，当电吸盘不工作时，拉簧拉紧夹持臂保证锚杆的夹紧，当锚杆需要松开的时候，电吸盘吸引夹持臂末端，使锚杆松开。这个结构巧妙的控制了锚杆的夹紧和松开。

本发明设计的锚杆敲击结构，通过舵机转动带动滑轮在小锤柄末端滑动，使小锤被压高，同时设置一个拉簧连接小锤和底板，这样做的好处在于当锚杆孔的位置不在机器人下方时，依然能够为小锤提供敲击的动力。

本发明的整个机器人的动作分为五步：第一步，无刷直流电机带动蜗杆转动，蜗杆驱动涡轮通过传动轮使行进轮转动，从而到达锚杆孔预定位置。第二步，通过安装在底板上的摄像头确定精确位置，如果锚杆孔不在下方，则步进电机通过联轴器带动端盖以及与端盖相连的套筒旋转，通过摄像头搜索锚杆孔的位置，确定位置后步进电机停止转动。第三步，舵机开始转动，带动滑轮在小锤末端滑动，将小锤压高，拉伸拉簧，增加拉簧的弹性势能，当滑轮滑到不与小锤末端接触时，小锤通过拉簧的拉力敲击锚杆，重复上述过程。第四步，用摄像头观察小锤敲击情况，当小锤头部要接近夹持头的时候，给电吸盘通电，电吸盘克服拉簧拉力吸引夹持臂末端，使夹持臂前端松开，由于夹持臂采用的是前端力臂长，后端力臂短，根据杠杆定理夹持臂前端可以张开较大的角度，从而保证小锤在持续敲击下不砸到夹持头，让锚杆可以顺利的进入锚杆孔。最后一步，电吸盘断电，所有机构复位，机器人从隧道里原路返回。一个周期的过程完成。本发明优点在于结构小巧，智能控制，具有清晰的设备分块。

综上，本发明包括机器人主动轮，主动轮内部通过涡轮蜗杆连接，主动轮一端通过连接关节与装有无刷直流电机的外壳相连，无刷直流电机转轴连接主动轮的蜗杆，装有无刷直流电机外壳的另一端通过连接关节与推进锚杆机构的外壳连接，连接关节内部装有步进电机，步进电机轴端通过联轴器与端盖相连，端盖与内部旋转的套筒通过螺钉连接，步进电机，联轴器，端盖和套筒组成旋转结构，套筒和外壳之间有滑轨定位，套筒内部安装摄像头，套筒内部有类似倒置钳子的夹紧结构，夹紧机构上设置有夹紧臂，夹紧臂前端夹住锚杆，后端内侧通过拉簧连接，后端外侧放置两个电吸盘，与夹紧结构留有间隙，夹紧结构上面为敲击锚杆的小锤，小锤中部通过拉簧与底面连接，小锤末端一侧安装舵机，舵机轴端装有滑轮，舵机转动使滑轮在小锤末端滑动，小锤，拉簧，舵机和滑轮组成锚杆敲击结构，推进锚杆机构外壳的另一端通过连接关节与从动轮连接，从动轮内部通过涡轮蜗杆连接。

Claims (5)

1.隧道支护锚杆推进机器人，其特征在于：包括主动轮机构、推进锚杆机构、从动轮机构，主动轮机构包括主动轮外壳、通过连接关节一与主动轮外壳连接的电机外壳、设置在主动轮外壳端部的主动轮端盖、设置在电机外壳内的无刷直流电机，所述主动轮外壳内设置有主动轮底座，主动轮底座与主动轮端盖之间设置有主动轮支撑轴，主动轮底座上还铰接有三对主动轮连接板，每对主动轮连接板之间分别设置有蜗轮轴、传动轮轴和行进轮轴，蜗轮轴上设置有蜗轮和蜗轮轴齿轮，传动轮轴上设置有与蜗轮轴齿轮啮合的传动轮，行进轮轴上安装有行进轮和与传动轮啮合的行进齿轮，无刷直流电机输出轴上安装有蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合，所述主动轮端盖的中间位置设置有圆柱，圆柱上设置有三角铁一，三角铁一的三个端部分别铰接有主动轮支杆，主动轮支杆的端部与传动轮轴连接；推进锚杆机构包括与电机外壳连接的连接关节二、与连接关节二连接的主体外壳、设置在连接关节二内的步进电机、设置在主体外壳内的端盖、与端盖连接的套筒、设置在套筒内的底板、安装在底板中间位置的两端的两个电吸盘、分别与电吸盘连接的两个夹紧臂、设置在两个夹紧臂之间的拉簧一、设置在每个夹紧臂端部的夹持头、设置在两个夹持头之间的锚杆、设置在底板上的舵机支架、安装在舵机支架上的舵机、与舵机输出端连接的连杆、设置在连杆端部的滑轮、设置在底板上的小锤底座、铰接在小锤底座上的小锤柄、设置在小锤柄端部的小锤锤头、设置在小锤柄与底板之间的拉簧二，所述端盖的外端面设置有转轴，步进电机的输出轴通过联轴器与转轴连接，两个夹紧臂交叉设置且在夹紧臂的中间位置铰接连接，所述套筒内还设置有摄像头，所述小锤锤头位于锚杆上方，锚杆下方的底板上设置有圆孔，主体外壳的周向上均匀设置有与圆孔位置对应的通孔；所述从动轮机构包括与主体外壳端部连接的连接关节三、与连接关节三连接的从动轮外壳、与从动轮外壳端部连接的从动轮端盖、设置在从动轮内的从动轮底座、设置在从动轮底座与从动轮端盖之间的从动轮主轴、铰接在从动轮底座上的三对从动轮连接板、设置在每对从动轮连接板之间的从动轮轴和中间轴、设置在从动轮轴上的行进轮、设置在从动轮主轴上的三角铁二、铰接在三角铁二的三个端部的从动轮支杆、设置在从动轮支杆与从动轮底座之间的从动轮拉簧，每个从动支杆的中间位置与对应的中间轴连接。

2.根据权利要求1所述的隧道支护锚杆推进机器人，其特征在于：所述主动轮支撑轴有三个，且三个主动轮支撑轴之间还设置有主动轮支撑板，主动轮支撑板与主动轮外壳内表面连接。

3.根据权利要求1或2所述的隧道支护锚杆推进机器人，其特征在于：所述主体外壳包括上半外壳、下半外壳、用于连接上半外壳和下半外壳的螺栓螺母。

4.根据权利要求1或2所述的隧道支护锚杆推进机器人，其特征在于：所述从动轮底座与从动轮端盖之间设置有三个从动轮支撑轴，三个从动轮支撑轴之间设置有从动轮支撑板，从动轮支撑板与从动轮外壳连接。

5.根据权利要求3所述的隧道支护锚杆推进机器人，其特征在于：所述从动轮底座与从动轮端盖之间设置有三个从动轮支撑轴，三个从动轮支撑轴之间设置有从动轮支撑板，从动轮支撑板与从动轮外壳连接。