CN108708751A - 一种煤矿钻锚机器人自主布网装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿钻锚机器人自主布网装置及方法，该装置包括底座、机械臂机构、支护网抓取机构和控制模块，所述底座底部设置有底座驱动机构；所述支护网抓取机构包括转动台板、伸缩机构和机械手机构；该方法包括以下步骤：一、煤矿钻锚机器人自主布网装置的检查及初始化；二、机械臂机构的初步调节；三、支护网抓取机构的平衡调节；四、机械手机构抓取支护网；五、支护网的移动与安装，多次重复步骤二至步骤五，完成支护网的安装。本发明设计合理且操作简便，实现抓网、移网和安装支护网，有效提高煤矿井下支护布网效率，降低井下工作人员劳动强度，最大限度的解放生产力，且实现煤矿综掘巷道支护布网的自动化，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于煤矿布网技术领域，具体涉及一种煤矿钻锚机器人自主布网装置及方法。
背景技术
在煤矿掘进后需要对煤矿巷道煤壁进行永久支护，则煤矿巷道永久支护包括布网和锚固，布网是在煤矿掘进后对没有支护的巷道煤壁首先进行的作业，支护片网达到永久支护位置后，锚固装置再对支护片网进行锚固。目前在煤矿井下布网作业过程中，一般都需要对支护片网进行取网、移动、顶网的操作，然而现阶段煤矿井下布网作业过程中都是采用人工实施取网、移动、安置的操作，操作动作单一、空间受限，极为不便，存在工作环境差、工人劳动强度大和工作效率低等问题。
随着科学技术的发展，实现煤矿井下掘进工作面的自动化、智能化已成为趋势。需要研究一种煤矿钻锚机器人自动布网装置，适应于多种不同尺寸的支护片网抓取，实现煤矿井下布网的自动化，同时满足煤矿井下布网作业高质量、高效率要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其设计合理且操作简便，实现抓网、移网和安装支护网，有效提高煤矿井下支护布网效率，降低井下工作人员劳动强度，最大限度的解放生产力，且实现煤矿综掘巷道支护布网的自动化，实用性强。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：包括底座、安装在底座上的机械臂机构和安装在所述机械臂机构末端的支护网抓取机构，以及对所述机械臂机构与所述支护网抓取机构进行控制的控制模块，所述底座底部设置有驱动所述底座旋转的底座驱动机构；
所述机械臂机构包括依次转动连接的第一段机械臂、第二段机械臂和第三段机械臂，所述第一段机械臂安装底座上，所述第一段机械臂与底座之间设置有驱动第一段机械臂升降的第一升降驱动机构，所述第一段机械臂与第二段机械臂之间设置有驱动所述第二段机械臂升降的第二升降驱动机构，所述第二段机械臂与第三段机械臂之间设置有驱动所述第三段机械臂升降的第三升降驱动机构，所述第三段机械臂的末端设置带动所述支护网抓取机构旋转的抓取旋转机构和对所述支护网抓取机构进行平衡调节的抓取平衡机构，所述支护网抓取机构包括安装在所述抓取旋转机构底部的转动台板、安装在转动台板上的伸缩机构和两组对称安装在所述伸缩机构两端且对支护网进行抓取的机械手机构；
所述控制模块包括控制器，所述控制器的输入端接有第一压力传感器、第二压力传感器、角度传感器组件和位移传感器组件，所述底座驱动机构、所述第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构、所述第三升降驱动机构、所述抓取旋转机构、所述抓取平衡机构、所述伸缩机构和所述机械手机构均由控制器进行控制，所述第一压力传感器位于所述机械手机构的内侧面，所述第二压力传感器位于所述机械手机构的外侧面。
上述的一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：所述第一升降驱动机构为第一单杆液压缸，所述第二升降驱动机构为第二单杆液压缸，所述第三升降驱动机构为第三单杆液压缸，所述控制器的输出端接有控制第一单杆液压缸进油的第一电磁阀、控制第二单杆液压缸进油的第二电磁阀和控制第三单杆液压缸进油的第三电磁阀。
上述的一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：所述第一段机械臂包括直杆部以及设置在直杆部两端的第一弯曲部和第二弯曲部；
所述底座上设置有供所述第一弯曲部转动安装的第一耳板和供所述第一升降驱动机构的一端转动安装的第二耳板，所述第二弯曲部上设置有供第二段机械臂一端转动安装的第一收容槽和供所述第一升降驱动机构的另一端转动安装的第二收容槽，所述第一弯曲部上设置有配合第一耳板的转轴和供所述第二升降驱动机构的一端转动安装的第三收容槽；
所述第二段机械臂为直杆机械臂，所述第二段机械臂朝向所述底座的中部设置有供所述第二升降驱动机构的另一端转动安装的第三耳板和供所述第三升降驱动机构的一端转动安装的第四耳板；
所述第三段机械臂靠近所述第二段机械臂的一端设置有供所述第三升降驱动机构的另一端转动安装的第五耳板。
上述的一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：所述抓取旋转机构包括安装在第三段机械臂末端的转动连接件和安装在所述转动连接件底部的旋转驱动机构，所述转动台板与所述旋转驱动机构传动连接；
所述抓取平衡机构包括安装在转动连接件上的中间传动杆、安装在中间传动杆与第三段机械臂上的弧形传动件和驱动所述弧形传动件带动中间传动杆升降的抓取平衡驱动机构，所述弧形传动件的两端分别与中间传动杆与第三段机械臂转动连接，所述弧形传动件的中部与所述抓取平衡驱动机构的一端转动连接，所述抓取平衡驱动机构的另一端与第三段机械臂的首端转动连接。
上述的一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：所述伸缩机构包括安装在所述抓取旋转机构上的导杆套、两个安装在导杆套两端且伸入导杆套的圆柱导杆和驱动两个圆柱导杆伸缩的伸缩双杆液压缸，所述伸缩双杆液压缸包括双杆液压缸缸筒和两个安装在双杆液压缸缸筒两端且能伸长或者收缩的液压活塞杆，两个所述液压活塞杆分别与两个圆柱导杆固定连接，两个所述圆柱导杆分别与两组所述机械手机构固定连接。
上述的一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：每组所述机械手机构包括安装在所述伸缩机构上的连接架和两个安装在所述连接架两端的机械爪，以及驱动两个机械爪闭合或者打开的机械手驱动机构，所述机械手驱动机构的两端分别与两个机械爪转动连接；
所述连接架包括两个对称布设的第一梯形板和第二梯形板以及连接于第一梯形板与第二梯形板之间的水平连接板，所述水平连接板通过固定座安装在所述伸缩机构上，所述第一梯形板和第二梯形板之间形成供所述机械手驱动机构安装的安装槽。
同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且操作方便、使用效果好的煤矿钻锚机器人自主布网方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、煤矿钻锚机器人自主布网装置的检查及初始化：通过控制器判断与第一压力传感器、第二压力传感器、角度传感器组件和位移传感器组件的传输信号是否正常，通过控制器判断与所述底座驱动机构、所述第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构、所述第三升降驱动机构、所述抓取平衡机构、所述伸缩机构和所述机械手机构的控制信号是否正常，各信号均正常时，煤矿钻锚机器人自主布网装置的检查及初始化完毕；
步骤二、机械臂机构的初步调节：控制器控制底座驱动机构转动，所述底座驱动机构转动带动所述机械臂机构和所述支护网抓取机构整体转动；且控制器分别控制所述第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构和所述第三升降驱动机构伸缩，第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构和所述第三升降驱动机构伸缩分别带动第一段机械臂、第二段机械臂和第三段机械臂升降，以使所述支护网抓取机构距支护网的间距满足设定距离值；
步骤三、支护网抓取机构的平衡调节：控制器控制所述抓取平衡机构转动，以使两组所述机械手机构的底部所处的平面与支护网所处的平面相平行；
步骤四、机械手机构抓取支护网：
步骤401、控制器控制所述第二升降驱动机构收缩带动第二段机械臂和所述支护网抓取机构下降，以使两组所述机械手机构的底部抵于支护网的网格上，且第一压力传感器检测到的压力信号时，停止第二段机械臂和所述支护网抓取机构的下降；
步骤402、控制器控制所述抓取旋转机构旋转，所述抓取旋转机构旋转带动所述机械手机构转动，以使两组所述机械手机构的中心线与支护网的长度中心线相重合；
步骤403、控制器控制两组所述机械手机构闭合，以使第二压力传感器检测到的压力信号时，实现支护网的抓取；
步骤五、支护网的移动与安装：
步骤151、控制器控制底座驱动机构转动，所述底座驱动机构转动带动所述机械臂机构和所述支护网抓取机构整体转动，且控制器分别控制所述第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构和所述第三升降驱动机构伸缩，第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构和所述第三升降驱动机构伸缩分别带动第一段机械臂、第二段机械臂和第三段机械臂升降，以使所述机械手机构抓取的支护网到达待支护位置；
步骤152、控制器控制所述抓取平衡机构转动，以使所述机械手机构抓取的支护网与待支护位置所处的平面平行；
步骤153、控制器控制所述抓取旋转机构转动，所述抓取旋转机构转动带动所述机械手机构抓取的支护网与待支护位置重合，并将所述机械手机构抓取的支护网安置在待支护位置，完成支护网的安装；
步骤六、多次重复步骤二至步骤五，对下一个待支护位置进行布网。
上述的方法，其特征在于：所述角度传感器组件包括第一角度传感器和第二角度传感器，所述第一角度传感器和第二角度传感器的输出端均与控制器的输入端相接；
所述位移传感器组件包括第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器和第四位移传感器，所述第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器和第四位移传感器的输出端均与控制器的输入端相接。
上述的方法，其特征在于：步骤二中在底座驱动机构转动的过程中，第一角度传感器对底座驱动机构的转动角度进行检测，以使所述底座驱动机构的转动角度满足预先设定的底座转动角度设定值；
第一位移传感器对第一段机械臂的升降位移进行检测，以使第一段机械臂的升降位移满足预先设定的第一升降位移设定值，
第二位移传感器对第二段机械臂的升降位移进行检测，以使第二段机械臂的升降位移满足预先设定的第二升降位移设定值，
第三位移传感器对第三段机械臂的升降位移进行检测，以使第三段机械臂的升降位移满足预先设定的第三升降位移设定值，
第四位移传感器对弧形传动件的升降位移进行检测，以使第三段机械臂的升降位移满足预先设定的第三升降位移设定值，
步骤402中所述抓取旋转机构旋转的过程中，第二角度传感器对所述机械手机构的转动角度进行检测，以使所述机械手机构的转动角度满足预先设定的机械爪转动角度设定值。
上述的方法，其特征在于：步骤二中所述设定距离值为15cm～23cm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所采用的煤矿钻锚机器人自主布网装置结构简单、设计合理且安装布设简便，投入成本较低。
2、所采用的煤矿钻锚机器人自主布网装置中机械臂机构和支护网抓取机构移动至支护网的可操作范围内，然后通过控制机械臂机构的升降调节支护网抓取机构距支护网的间距满足设定距离值，完成机械臂机构的初步调节，便于支护网抓取机构对支护网能进行抓取。
3、所采用的煤矿钻锚机器人自主布网装置中通过抓取平衡驱动机构升降转动，且抓取旋转机构旋转带动机械手机构转动，以使两组所述机械手机构的中心线与支护网的长度中心线相重合，能实现抓网的精确定位。
4、所采用的煤矿钻锚机器人自主布网装置中通过控制两组所述机械手机构收缩，且设置第二压力传感器检测到的压力信号时，实现支护网的抓取，操作简便，且不需要工作人员参与，劳动强度小。
5、所采用的煤矿钻锚机器人自主布网装置将抓取的支护网再提升移动至待支护位置进行支护，从而完成了支护网的布置，节省人力，提高煤矿井下支护布网效率。
6、所采用的自主布网方法步骤简单、实现方便且操作简便，煤矿钻锚机器人自主布网装置的检查及初始化之后，控制器控制底座驱动机构、第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构和所述第三升降驱动机构动作，完成机械臂机构的初步调节，之后，控制抓取平衡驱动机构和抓取旋转机构，实现抓网的精确定位，然后，控制机械手机构进行抓网，最终，将抓取的支护网的移动至待支护的位置完成安装，提高锚杆布网效率高。
综上所述，本发明设计合理且操作简便，实现抓网、移网和安装支护网，有效提高煤矿井下支护布网效率，降低井下工作人员劳动强度，最大限度的解放生产力，且实现煤矿综掘巷道支护布网的自动化，实用性强。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明煤矿钻锚机器人自主布网装置的结构示意图。
图2为本发明煤矿钻锚机器人自主布网装置第一段机械臂和底座的结构示意图。
图3为本发明煤矿钻锚机器人自主布网装置伸缩机构的结构示意图。
图4为本发明煤矿钻锚机器人自主布网装置机械爪的结构示意图。
图5为本发明煤矿钻锚机器人自主布网装置的抓网示意图。
图6为本发明煤矿钻锚机器人自主布网装置的电路原理框图。
图7为本发明自主布网方法的流程框图。
附图标记说明:
1—旋转液压缸； 2—底座； 2-1—第一耳板；
2-2—第二耳板； 3—第一单杆液压缸； 4—第一段机械臂；
4-1—直杆部； 4-2—第一收容槽； 4-3—转轴；
4-4—第二收容槽； 4-5—第三收容槽； 5—第二单杆液压缸；
6—第二段机械臂； 6-1—第四耳板； 6-2—第三耳板；
7—第三单杆液压缸； 8—第四单杆液压缸； 9—第三段机械臂；
10—弧形传动件； 11—防爆电机； 12—导杆套；
13—机械爪； 14—抓取双杆液压缸； 15—变频器；
16—圆柱导杆； 17—支护网； 18—限位件；
19—圆柱销； 20—转动台板； 21—转动连接件；
22—双杆液压缸缸筒； 23—液压活塞杆； 24—中间传动杆；
25—固定座； 26—连接架； 26-1—第一梯形板；
26-2—第二梯形板； 26-3—水平连接板； 27—伸缩双杆液压缸；
29—第七电磁阀； 30—第一电磁阀； 31—第二电磁阀；
32—第三电磁阀； 33—第四电磁阀； 34—第五电磁阀；
35—第六电磁阀； 38—第四位移传感器； 39—第三位移传感器；
41—控制器； 44—第二位移传感器； 45—第一位移传感器；
46—第一压力传感器； 47—第二压力传感器； 48—第一角度传感器；
49—第二角度传感器。
具体实施方式
如图1、图5和图6所示的一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，包括底座2、安装在底座2上的机械臂机构和安装在所述机械臂机构末端的支护网抓取机构，以及对所述机械臂机构与所述支护网抓取机构进行控制的控制模块，所述底座2底部设置有驱动所述底座2旋转的底座驱动机构；
所述机械臂机构包括依次转动连接的第一段机械臂4、第二段机械臂6和第三段机械臂9，所述第一段机械臂4安装底座2上，所述第一段机械臂4与底座2之间设置有驱动第一段机械臂4升降的第一升降驱动机构，所述第一段机械臂4与第二段机械臂6之间设置有驱动所述第二段机械臂6升降的第二升降驱动机构，所述第二段机械臂6与第三段机械臂9之间设置有驱动所述第三段机械臂9升降的第三升降驱动机构，所述第三段机械臂9的末端设置带动所述支护网抓取机构旋转的抓取旋转机构和对所述支护网抓取机构进行平衡调节的抓取平衡机构，所述支护网抓取机构包括安装在所述抓取旋转机构底部的转动台板20、安装在转动台板20上的伸缩机构和两组对称安装在所述伸缩机构两端且对支护网进行抓取的机械手机构；
所述控制模块包括控制器41，所述控制器41的输入端接有第一压力传感器46、第二压力传感器47、角度传感器组件和位移传感器组件，所述底座驱动机构、所述第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构、所述第三升降驱动机构、所述抓取旋转机构、所述抓取平衡机构、所述伸缩机构和所述机械手机构均由控制器41进行控制，所述第一压力传感器46位于所述机械手机构的内侧面，所述第二压力传感器47位于所述所述机械手机构的外侧面。
如图1、图2和图6所示，本实施例中，所述第一升降驱动机构为第一单杆液压缸3，所述第二升降驱动机构为第二单杆液压缸5，所述第三升降驱动机构为第三单杆液压缸7，所述控制器41的输出端接有控制第一单杆液压缸3进油的第一电磁阀30、控制第二单杆液压缸5进油的第二电磁阀31和控制第三单杆液压缸7进油的第三电磁阀32。
本实施例中，所述第一段机械臂4包括直杆部4-1以及设置在直杆部4-1两端的第一弯曲部和第二弯曲部；
所述底座2上设置有供所述第一弯曲部转动安装的第一耳板2-1和供所述第一升降驱动机构的一端转动安装的第二耳板2-2，所述第二弯曲部上设置有供第二段机械臂6一端转动安装的第一收容槽4-2和供所述第一升降驱动机构的另一端转动安装的第二收容槽4-4，所述第一弯曲部上设置有配合第一耳板2-1的转轴4-3和供所述第二升降驱动机构的一端转动安装的第三收容槽4-5；
所述第二段机械臂6为直杆机械臂，所述第二段机械臂6朝向所述底座2的中部设置有供所述第二升降驱动机构的另一端转动安装的第三耳板6-2和供所述第三升降驱动机构的一端转动安装的第四耳板6-1；
所述第三段机械臂9靠近所述第二段机械臂6的一端设置有供所述第三升降驱动机构的另一端转动安装的第五耳板。
本实施例中，所述第一弯曲部的设置，是为了能转动安装在第一耳板2-1上，且便于收容第二单杆液压缸5的固定端，且能使第二单杆液压缸5的固定端能转动安装。
本实施例中，所述第二弯曲部的设置，一方面为了便于收容第一单杆液压缸3的伸缩端，且便于第一单杆液压缸3的伸缩端能转动安装在第二收容槽4-4内；另一方面，便于收容第二段机械臂6一端，且使第二段机械臂6一端转动安装。
本实施例中，所述支护网17为矩形支护网。
如图1所示，本实施例中，所述抓取旋转机构包括安装在第三段机械臂9末端的转动连接件21和安装在所述转动连接件21底部的旋转驱动机构，所述转动台板20与所述旋转驱动机构传动连接；
所述抓取平衡机构包括安装在转动连接件21上的中间传动杆24、安装在中间传动杆24与第三段机械臂9上的弧形传动件10和驱动所述弧形传动件10带动中间传动杆24升降的抓取平衡驱动机构，所述弧形传动件10的两端分别与中间传动杆24与第三段机械臂9转动连接，所述弧形传动件10的中部与所述抓取平衡驱动机构的一端转动连接，所述抓取平衡驱动机构的另一端与第三段机械臂9的首端转动连接。
本实施例中，所述抓取平衡驱动机构为第四单杆液压缸8，所述弧形传动件10的中部与第四单杆液压缸8的伸缩端转动连接，所述第四单杆液压缸8的固定端与第三段机械臂9的首端转动连接。
本实施例中，所述控制器41的输出端接有控制第四单杆液压缸8进油的第四电磁阀33。
本实施例中，设置弧形传动件10，是为了将第四单杆液压缸8的直线运动转换为弧形传动件10的圆周运动，且便于在弧形传动件10的圆周运动的过程中将第四单杆液压缸8的动力传递至中间传动杆24。
本实施例中，中间传动杆24的设置，是为了在弧形传动件10的圆周运动过程中带动中间传动杆24转动，且便于带动转动台板20与中间传动杆24转动连接的一端升降，从而实现安装在转动台板20下部的机械手机构的升降平衡，进而使所述机械手机构的底部所处的平面与支护网所处的平面平行。
本实施例中，所述旋转驱动机构为防爆电机11，所述防爆电机11为DSB系列隔爆型三相异步电机。
本实施例中，所述控制器41的输出端接有控制防爆电机11的变频器15。
本实施例中，所述变频器15为MicroMas ter440西门子变频器。
本实施例中，所述控制器41为FX3GA-60MT-CM三菱PLC模块。
本实施例中，设置防爆电机11，是为了驱动转动台板20的转动，且便于在转动台板20转动的过程中带动所述机械手机构转动，使得两组所述机械手机构的中心线与支护网的长度中心线相重合，实现所述机械手机构的进一步定位。
如图3所示，本实施例中，所述伸缩机构包括安装在所述抓取旋转机构上的导杆套12、两个安装在导杆套12两端且伸入导杆套12的圆柱导杆16和驱动两个圆柱导杆16伸缩的伸缩双杆液压缸27，所述伸缩双杆液压缸27包括双杆液压缸缸筒22和两个安装在双杆液压缸缸筒22两端且能伸长或者收缩的液压活塞杆23，两个所述液压活塞杆23分别与两个圆柱导杆16固定连接，两个所述圆柱导杆16分别与两组所述机械手机构固定连接。
本实施例中，所述控制器41的输出端接有控制伸缩双杆液压缸27进油的第五电磁阀34。
本实施例中，设置导杆套12，是为了供转动台板20的安装，且便于圆柱导杆16的安装，从而能对圆柱导杆16进行限位，保证圆柱导杆16能随液压活塞杆23轴向移动，进而保证两个机械抓13呈对称布设，以对支护网的抓力均匀，便于抓取支护网。
本实施例中，因为液压活塞杆23不能承受剪切力，所以设置圆柱导杆16，是为了便于所述机械手机构的安装，从而承受所述机械手机构施加的剪切力，避免所述机械手机构对液压活塞杆23的摩擦，从而提高液压活塞杆23的使用寿命。
本实施例中，所述液压活塞杆23通过圆柱销19与圆柱导杆16固定连接。
如图4所示，本实施例中，每组所述机械手机构包括安装在所述伸缩机构上的连接架26和两个安装在所述连接架26两端的机械爪13，以及驱动两个机械爪13闭合或者打开的机械手驱动机构，所述机械手驱动机构的两端分别与两个机械爪13转动连接；
所述连接架26包括两个对称布设的第一梯形板26-1和第二梯形板26-2以及连接于第一梯形板26-1与第二梯形板26-2之间的水平连接板26-3，所述水平连接板26-3通过固定座25安装在所述伸缩机构上，所述第一梯形板26-1和第二梯形板26-2之间形成供所述机械手驱动机构安装的安装槽。
本实施例中，所述机械手驱动机构为抓取双杆液压缸14，所述抓取双杆液压缸14的两个活塞杆分别与两个机械爪13传动连接。
本实施例中，所述控制器41的输出端接有控制抓取双杆液压缸14进油的第六电磁阀35。
本实施例中，所述底座驱动机构为旋转液压缸1，所述控制器41的输出端接有控制旋转液压缸1进油的第七电磁阀29。
本实施例中，设置第一梯形板26-1和第二梯形板26-2的上底较小，是为了便于与圆柱导杆16固定连接，从而减少所在安装空间；设置第一梯形板26-1和第二梯形板26-2的下底较大，是为了两个机械爪13的安装，且便于两个机械爪13之间具有一定的间隙，以使两个机械抓13能收缩，从而能抓紧支护网。
本实施例中，所述机械抓13内转动设置有限位件18，所述限位件18由机械抓13内至机械抓13外逐渐向下倾斜，所述第一压力传感器46安装在所述限位件18伸入机械抓13一端的上表面上，所述第二压力传感器47安装在所述限位件18伸处机械抓13一端的下表面。
本实施例中，设置第一压力传感器46，是为了在机械爪13下降的过程中，当机械爪13的底部抵于支护网17上时，如果机械爪13继续下降，则支护网17推动限位件18伸出机械爪13一端向上转动，使得第二压力传感器47被挤压，第二压力传感器47产生压力信号，根据第二压力传感器47检测到的压力信号，判断出支护网17对机械爪13产生的挤压，则机械爪13下降到准确的抓取位置。
本实施例中，设置所述第二压力传感器47，是为了机械爪13抓取支护网17时，支护网17推动限位件18伸入机械爪13一端向上转动，使得第一压力传感器13被挤压，第一压力传感器13产生压力信号，从而根据第一压力传感器13检测到的压力信号能获取对支护网17的抓紧力，以使机械爪13能提供准确的抓紧力，保证支护网17的稳定抓取。
如图7所示的一种煤矿钻锚机器人自主布网方法，对煤矿多个待支护位置进行布网支护，多个所述待支护位置的布网方法均相同；对任一个待支护位置进行布网时，包括以下步骤：
步骤一、煤矿钻锚机器人自主布网装置的检查及初始化：通过控制器41判断与第一压力传感器46、第二压力传感器47、角度传感器组件和位移传感器组件的传输信号是否正常，通过控制器41判断与所述底座驱动机构、所述第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构、所述第三升降驱动机构、所述抓取平衡机构、所述伸缩机构和所述机械手机构的控制信号是否正常，各信号均正常时，煤矿钻锚机器人自主布网装置的检查及初始化完毕；
步骤二、机械臂机构的初步调节：控制器41通过第七电磁阀29控制旋转液压缸1转动，旋转液压缸1转动带动所述机械臂机构和所述支护网抓取机构整体转动；且控制器41分别通过第一电磁阀30、第二电磁阀31和第三电磁阀32控制第一单杆液压缸3、所述第二单杆液压缸5和第三单杆液压缸7伸缩，第一单杆液压缸3、所述第二单杆液压缸5和第三单杆液压缸7伸缩分别带动第一段机械臂4、第二段机械臂6和第三段机械臂9升降，以使所述机械爪13距支护网的间距满足设定距离值；
步骤三、支护网抓取机构的平衡调节：控制器41通过第四电磁阀33控制第四单杆液压缸8收缩，第四单杆液压缸8收缩通过弧形传动件10和中间传动杆24带动转动连接件21转动，以使两组所述机械爪13的底部所处的平面与支护网17所处的平面相平行；
步骤四、机械手机构抓取支护网：
步骤401、控制器41通过第二电磁阀31控制第二单杆液压缸5收缩，第二单杆液压缸5收缩带动第二段机械臂6和所述机械爪13下降，以使两组所述机械爪13的底部抵于支护网17的网格上，且第一压力传感器46检测到的压力信号时，停止第二段机械臂6和所述机械爪13的下降；
步骤402、控制器41通过变频器15控制防爆电机11转动，防爆电机11转动带动转动连接件21转动，转动连接件21转动带动所述机械爪13转动，以使两组所述机械手机构的中心线与支护网17的长度中心线相重合；
步骤403、控制器41通过第五电磁阀35控制抓取双杆液压缸14收缩，抓取双杆液压缸14收缩带动两组所述机械爪13闭合，以使第二压力传感器47检测到的压力信号时，实现支护网17的抓取；
步骤五、支护网的移动与安装：
步骤151、控制器41第七电磁阀29控制旋转液压缸1转动，旋转液压缸1转动带动所述机械臂机构和所述支护网抓取机构整体转动，且控制器41分别通过第一电磁阀30、第二电磁阀31和第三电磁阀32控制第一单杆液压缸3、所述第二单杆液压缸5和第三单杆液压缸7伸缩，第一单杆液压缸3、所述第二单杆液压缸5和第三单杆液压缸7伸缩分别带动第一段机械臂4、第二段机械臂6和第三段机械臂9升降，以使所述机械爪13抓取的支护网15到达待支护位置；
步骤152、控制器41通过第四电磁阀33控制第四单杆液压缸8收缩，第四单杆液压缸8收缩通过弧形传动件10和中间传动杆24带动转动连接件21转动，以使所述机械爪13抓取的支护网17与待支护位置所处的平面平行；
步骤153、控制器41变频器15控制防爆电机11转动，防爆电机11转动带动转动连接件21转动，转动连接件21转动带动所述机械爪13抓取的支护网15与待支护位置重合，并将所述机械爪13抓取的支护网17安置在待支护位置，完成支护网的安装；
步骤六、多次重复步骤二至步骤五，对下一个待支护位置进行布网。
本实施例中，所述角度传感器组件包括第一角度传感器48和第二角度传感器49，所述第一角度传感器48和第二角度传感器49的输出端均与控制器41的输入端相接；
所述位移传感器组件包括第一位移传感器45、第二位移传感器44、第三位移传感器39和第四位移传感器38，所述第一位移传感器45、第二位移传感器44、第三位移传感器39和第四位移传感器38的输出端均与控制器41的输入端相接。
本实施例中，步骤二中在旋转液压缸1转动的过程中，第一角度传感器48对底座驱动机构的转动角度进行检测，以使旋转液压缸1的转动角度满足预先设定的底座转动角度设定值；
第一位移传感器45对第一段机械臂4的升降位移进行检测，以使第一段机械臂4的升降位移满足预先设定的第一升降位移设定值，
第二位移传感器44对第二段机械臂6的升降位移进行检测，以使第二段机械臂6的升降位移满足预先设定的第二升降位移设定值，
第三位移传感器39对第三段机械臂9的升降位移进行检测，以使第三段机械臂9的升降位移满足预先设定的第三升降位移设定值，
第四位移传感器38对弧形传动件10的升降位移进行检测，以使第三段机械臂9的升降位移满足预先设定的第三升降位移设定值，
步骤402中所述抓取旋转机构旋转的过程中，第二角度传感器49对所述机械手机构的转动角度进行检测，以使所述机械手机构的转动角度满足预先设定的机械爪转动角度设定值。
本实施例中，步骤二中所述设定距离值为15cm～23cm。
本实施例中，第一位移传感器45、第二位移传感器44和第三位移传感器39和第四位移传感器38均为GB-S/GB-N位移传感器。
本实施例中，第一压力传感器46和第二压力传感器47均为LCKD/LCMKD系列压力传感器。
本实施例中，第一角度传感器48和第二角度传感器49均为QKJ-A系列角度传感器，其使用霍尔敏感元件、非接触式测量转轴的角度位置传感器，满量程角度测量范围0～359.9°，具有非接触、长寿命、低温漂、高频响、抗干扰、振抗冲，适用水、油、气、振动、冲击等多种恶劣工业环境。
综上所述，本发明设计合理且操作简便，实现抓网、移网和安装支护网，有效提高煤矿井下支护布网效率，降低井下工作人员劳动强度，最大限度的解放生产力，且实现煤矿综掘巷道支护布网的自动化，实用性强。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：包括底座(2)、安装在底座(2)上的机械臂机构和安装在所述机械臂机构末端的支护网抓取机构，以及对所述机械臂机构与所述支护网抓取机构进行控制的控制模块，所述底座(2)底部设置有驱动所述底座(2)旋转的底座驱动机构；
所述机械臂机构包括依次转动连接的第一段机械臂(4)、第二段机械臂(6)和第三段机械臂(9)，所述第一段机械臂(4)安装底座(2)上，所述第一段机械臂(4)与底座(2)之间设置有驱动第一段机械臂(4)升降的第一升降驱动机构，所述第一段机械臂(4)与第二段机械臂(6)之间设置有驱动所述第二段机械臂(6)升降的第二升降驱动机构，所述第二段机械臂(6)与第三段机械臂(9)之间设置有驱动所述第三段机械臂(9)升降的第三升降驱动机构，所述第三段机械臂(9)的末端设置带动所述支护网抓取机构旋转的抓取旋转机构和对所述支护网抓取机构进行平衡调节的抓取平衡机构，所述支护网抓取机构包括安装在所述抓取旋转机构底部的转动台板(20)、安装在转动台板(20)上的伸缩机构和两组对称安装在所述伸缩机构两端且对支护网进行抓取的机械手机构；
所述控制模块包括控制器(41)，所述控制器(41)的输入端接有第一压力传感器(46)、第二压力传感器(47)、角度传感器组件和位移传感器组件，所述底座驱动机构、所述第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构、所述第三升降驱动机构、所述抓取旋转机构、所述抓取平衡机构、所述伸缩机构和所述机械手机构均由控制器(41)进行控制，所述第一压力传感器(46)位于所述机械手机构的内侧面，所述第二压力传感器(47)位于所述机械手机构的外侧面。
2.按照权利要求1所述的一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：所述第一升降驱动机构为第一单杆液压缸(3)，所述第二升降驱动机构为第二单杆液压缸(5)，所述第三升降驱动机构为第三单杆液压缸(7)，所述控制器(41)的输出端接有控制第一单杆液压缸(3)进油的第一电磁阀(30)、控制第二单杆液压缸(5)进油的第二电磁阀(31)和控制第三单杆液压缸(7)进油的第三电磁阀(32)。
3.按照权利要求1所述的一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：所述第一段机械臂(4)包括直杆部(4-1)以及设置在直杆部(4-1)两端的第一弯曲部和第二弯曲部；
所述底座(2)上设置有供所述第一弯曲部转动安装的第一耳板(2-1)和供所述第一升降驱动机构的一端转动安装的第二耳板(2-2)，所述第二弯曲部上设置有供第二段机械臂(6)一端转动安装的第一收容槽(4-2)和供所述第一升降驱动机构的另一端转动安装的第二收容槽(4-4)，所述第一弯曲部上设置有配合第一耳板(2-1)的转轴(4-3)和供所述第二升降驱动机构的一端转动安装的第三收容槽(4-5)；
所述第二段机械臂(6)为直杆机械臂，所述第二段机械臂(6)朝向所述底座(2)的中部设置有供所述第二升降驱动机构的另一端转动安装的第三耳板(6-2)和供所述第三升降驱动机构的一端转动安装的第四耳板(6-1)；
所述第三段机械臂(9)靠近所述第二段机械臂(6)的一端设置有供所述第三升降驱动机构的另一端转动安装的第五耳板。
4.按照权利要求1所述的一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：所述抓取旋转机构包括安装在第三段机械臂(9)末端的转动连接件(21)和安装在所述转动连接件(21)底部的旋转驱动机构，所述转动台板(20)与所述旋转驱动机构传动连接；
所述抓取平衡机构包括安装在转动连接件(21)上的中间传动杆(24)、安装在中间传动杆(24)与第三段机械臂(9)上的弧形传动件(10)和驱动所述弧形传动件(10)带动中间传动杆(24)升降的抓取平衡驱动机构，所述弧形传动件(10)的两端分别与中间传动杆(24)与第三段机械臂(9)转动连接，所述弧形传动件(10)的中部与所述抓取平衡驱动机构的一端转动连接，所述抓取平衡驱动机构的另一端与第三段机械臂(9)的首端转动连接。
5.按照权利要求1所述的一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：所述伸缩机构包括安装在所述抓取旋转机构上的导杆套(12)、两个安装在导杆套(12)两端且伸入导杆套(12)的圆柱导杆(16)和驱动两个圆柱导杆(16)伸缩的伸缩双杆液压缸(27)，所述伸缩双杆液压缸(27)包括双杆液压缸缸筒(22)和两个安装在双杆液压缸缸筒(22)两端且能伸长或者收缩的液压活塞杆(23)，两个所述液压活塞杆(23)分别与两个圆柱导杆(16)固定连接，两个所述圆柱导杆(16)分别与两组所述机械手机构固定连接。
6.按照权利要求1所述的一种煤矿钻锚机器人自主布网装置，其特征在于：每组所述机械手机构包括安装在所述伸缩机构上的连接架(26)和两个安装在所述连接架(26)两端的机械爪(13)，以及驱动两个机械爪(13)闭合或者打开的机械手驱动机构，所述机械手驱动机构的两端分别与两个机械爪(13)转动连接；
所述连接架(26)包括两个对称布设的第一梯形板(26-1)和第二梯形板(26-2)以及连接于第一梯形板(26-1)与第二梯形板(26-2)之间的水平连接板(26-3)，所述水平连接板(26-3)通过固定座(25)安装在所述伸缩机构上，所述第一梯形板(26-1)和第二梯形板(26-2)之间形成供所述机械手驱动机构安装的安装槽。
7.一种利用如权利要求1所述装置的煤矿钻锚机器人自主布网方法，其特征在于：对煤矿多个待支护位置进行布网，多个所述待支护位置的布网方法均相同；对任一个待支护位置进行布网时，包括以下步骤：
步骤一、煤矿钻锚机器人自主布网装置的检查及初始化：通过控制器(41)判断与第一压力传感器(46)、第二压力传感器(47)、角度传感器组件和位移传感器组件的传输信号是否正常，通过控制器(41)判断与所述底座驱动机构、所述第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构、所述第三升降驱动机构、所述抓取平衡机构、所述伸缩机构和所述机械手机构的控制信号是否正常，各信号均正常时，煤矿钻锚机器人自主布网装置的检查及初始化完毕；
步骤二、机械臂机构的初步调节：控制器(41)控制底座驱动机构转动，所述底座驱动机构转动带动所述机械臂机构和所述支护网抓取机构整体转动；且控制器(41)分别控制所述第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构和所述第三升降驱动机构伸缩，第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构和所述第三升降驱动机构伸缩分别带动第一段机械臂(4)、第二段机械臂(6)和第三段机械臂(9)升降，以使所述支护网抓取机构距支护网(17)的间距满足设定距离值；
步骤三、支护网抓取机构的平衡调节：控制器(41)控制所述抓取平衡机构转动，以使两组所述机械手机构的底部所处的平面与支护网(17)所处的平面相平行；
步骤四、机械手机构抓取支护网：
步骤401、控制器(41)控制所述第二升降驱动机构收缩带动第二段机械臂(6)和所述支护网抓取机构下降，以使两组所述机械手机构的底部抵于支护网的网格上，且第一压力传感器(46)检测到的压力信号时，停止第二段机械臂(6)和所述支护网抓取机构的下降；
步骤402、控制器(41)控制所述抓取旋转机构旋转，所述抓取旋转机构旋转带动所述机械手机构转动，以使两组所述机械手机构的中心线与支护网(17)的长度中心线相重合；
步骤403、控制器(41)控制两组所述机械手机构闭合，以使第二压力传感器(47)检测到的压力信号时，实现支护网的抓取；
步骤五、支护网的移动与安装：
步骤151、控制器(41)控制底座驱动机构转动，所述底座驱动机构转动带动所述机械臂机构和所述支护网抓取机构整体转动，且控制器(41)分别控制所述第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构和所述第三升降驱动机构伸缩，第一升降驱动机构、所述第二升降驱动机构和所述第三升降驱动机构伸缩分别带动第一段机械臂(4)、第二段机械臂(6)和第三段机械臂(9)升降，以使所述机械手机构抓取的支护网(17)到达待支护位置；
步骤152、控制器(41)控制所述抓取平衡机构转动，以使所述机械手机构抓取的支护网与待支护位置所处的平面平行；
步骤153、控制器(41)控制所述抓取旋转机构转动，所述抓取旋转机构转动带动所述机械手机构抓取的支护网与待支护位置重合，并将所述机械手机构抓取的支护网安置在待支护位置，完成支护网(17)的安装；
步骤六、多次重复步骤二至步骤五，对下一个待支护位置进行布网。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：所述角度传感器组件包括第一角度传感器(48)和第二角度传感器(49)，所述第一角度传感器(48)和第二角度传感器(49)的输出端均与控制器(41)的输入端相接；
所述位移传感器组件包括第一位移传感器(45)、第二位移传感器(44)、第三位移传感器(39)和第四位移传感器(38)，所述第一位移传感器(45)、第二位移传感器(44)、第三位移传感器(39)和第四位移传感器(38)的输出端均与控制器(41)的输入端相接。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤二中在底座驱动机构转动的过程中，第一角度传感器(48)对底座驱动机构的转动角度进行检测，以使所述底座驱动机构的转动角度满足预先设定的底座转动角度设定值；
第一位移传感器(45)对第一段机械臂(4)的升降位移进行检测，以使第一段机械臂(4)的升降位移满足预先设定的第一升降位移设定值，
第二位移传感器(44)对第二段机械臂(6)的升降位移进行检测，以使第二段机械臂(6)的升降位移满足预先设定的第二升降位移设定值，
第三位移传感器(39)对第三段机械臂(9)的升降位移进行检测，以使第三段机械臂(9)的升降位移满足预先设定的第三升降位移设定值，
第四位移传感器(38)对弧形传动件(10)的升降位移进行检测，以使第三段机械臂(9)的升降位移满足预先设定的第三升降位移设定值，
步骤402中所述抓取旋转机构旋转的过程中，第二角度传感器(49)对所述机械手机构的转动角度进行检测，以使所述机械手机构的转动角度满足预先设定的机械爪转动角度设定值。
10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤二中所述设定距离值为15cm～23cm。
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