CN108756968B - 一种煤矿钻锚机器人及支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿钻锚机器人及支护方法，该装置包括机器人本体、布网机构、钻锚机构和控制模块，所述机器人本体包括机体、履带行走机构和行走驱动机构，所述布网机构包括机械臂机构和抓网机械手，所述机器人本体上设置有滑移机构，所述钻锚机构包括锚杆箱、底架、链条传送机构和钻锚机构；该方法包括以下步骤：一、煤矿钻锚机器人的检查及初始化；二、煤矿钻锚机器人的移动；三、上锚杆作业；四、布网机构对支护网进行抓取并安装至待支护位置；五、在布网位置钻孔并安装锚杆，多次重复步骤三至步骤五，完成支护。本发明设计合理，集履带行走机构、布网机构、钻锚机构于一体，实现锚杆支护的自动化、智能化，提高支护效率。

Description

一种煤矿钻锚机器人及支护方法

技术领域

本发明属于煤矿支护技术领域，具体涉及一种煤矿钻锚机器人及支护方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，煤炭开采的智能化已经成为重要的发展方向。近年来，综采工作面自动化、智能化步伐不断加快，对综掘工作面的生产能力以及推进速度提出了严峻的挑战，这要求采掘支护的速度也随之加快。目前，国内大部分煤矿在采掘护作业方面已经部分实现机械化，采用掘进机进行巷道的掘进，采用钻、锚机械或钻锚一体机进行支护，基本上处于人员跟机作业状态，但是钻锚速度严重滞后掘进速度，工作环境差，劳动强度大，掘进效率低，不能保证综采的进度要求，直接影响煤炭的安全、高产、高效开采。

近年来，尽管国内外许多研究团队在综掘工作面自动化方面进行了深入的研究，但成功应用于生产实际的自动化、智能化综掘工作面还鲜见报道。由此可见，针对煤矿井下锚杆支护时需要人工铺网、人工钻锚存在的作业环境差、劳动强度大、支护效率低等问题，迫切需要一种结构紧凑、性能稳定、智能化程度高的钻锚机器人代替现有的钻锚机械，有效提高煤矿井下支护效率，降低井下工作人员劳动强度，最大限度的解放生产力，且实现煤矿综掘工作面支护的自动化。

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，其设计合理且操作简便，集履带行走机构、布网机构、钻锚机构于一体，实现锚杆支护的自动化、智能化，能够有效改善工作环境，降低劳动强度，保证生产安全，提高支护效率，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，其特征在于：包括机器人本体、安装在所述机器人本体上的布网机构与钻锚装置，以及对所述机器人本体、所述布网机构和所述钻锚机构进行控制的控制模块，所述机器人本体包括机体、两组对称安装在机体两侧的履带行走机构和驱动所述履带行走机构转动的行走驱动机构，所述机体上设置有供支护网盛放的支护网库，所述布网机构包括安装在机体上的机械臂机构和安装在所述机械臂机构末端且对支护网库中支护网进行抓取的抓网机械手，所述机体上设置有供所述钻锚机构滑移的滑移机构；

所述钻锚装置包括安装在机体上的锚杆箱、安装在机体上的底架、安装在底架上且对从锚杆箱滑落出的锚杆进行传送的链条传送机构和对待支护位置进行钻孔并安装锚杆的钻锚机构，所述钻锚机构包括液压伸缩机构、安装在所述液压伸缩机构上的钻孔机构和安装在所述钻孔机构上的锚杆架，以及将所述链条传送机构上的锚杆夹装在锚杆架上的上锚杆机械手和将所述锚杆架上的锚杆进行钻装的装锚杆机械手，所述液压伸缩机构与所述滑移机构固定连接，所述钻孔机构包括安装在所述液压伸缩机构上的钻杆进给机构、安装在所述钻杆进给机构上的钻机与钻杆机械手，以及安装在所述钻杆机械手上的钻杆，所述锚杆箱的底面设置有出料口，所述出料口位于所述链条传送机构靠近所述锚杆箱的一端的上方，所述底架远离所述锚杆箱的一端设置有锚杆槽；

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、第三压力传感器、第四压力传感器、红外测距模块，所述行走驱动机构、机械臂机构、抓网机械手、所述链条传送机构、上锚杆机械手、所述液压伸缩机构、装锚杆机械手、钻杆机械手和钻机均由控制器进行控制。

上述的一种煤矿钻锚机器人，其特征在于：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，以及驱动所述第一段机械臂、第二段机械臂和第三段机械臂转动的机械臂转动驱动机构，所述机械臂转动驱动机构包括驱动第一段机械臂转动的第一舵机、驱动第二段机械臂转动的第二舵机和驱动第三段机械臂转动的第三舵机；

所述第三段机械臂的末端设置有供抓网机械手安装的抓网调节机构，所述抓网调节机构包括安装在第三段机械臂的末端第一调节部件、安装在所述第一调节部件底部的第二调节部件和设置在所述第二调节部件底部的机械手安装板，所述抓网机械手为两组对称安装在机械手安装板两端的机械爪，所述第一调节部件包括与第三段机械臂末端转动连接的转动板和驱动转动板转动的第四舵机，所述第二调节部件包括安装在转动板底部的第五舵机和与第五舵机输出轴传动连接的中间连接板，所述中间连接板与机械手安装板固定连接，且所述中间连接板与机械手安装板的中心线重合，所述机械手安装板内设置有驱动所述机械爪开合的第六舵机，所述第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机和第五舵机和第六舵机均由控制器进行控制。

上述的一种煤矿钻锚机器人，其特征在于：所述履带行走机构包括驱动轮安装板、安装在驱动轮安装板两端的前驱动轮与后驱动轮以及卷绕在前驱动轮与后驱动轮之间的履带，所述前驱动轮和后驱动轮之间设置有上下两排对履带进行支撑的支撑机构，上下两排所述支撑机构呈交错布设，每排所述支撑机构包括多个由前驱动轮至后驱动轮布设在同一水平面上的支撑轮，所述机体上设置供支撑轮安装的支撑轮轴，所述驱动轮安装板与机体一侧面呈平行布设。

上述的一种煤矿钻锚机器人，其特征在于：所述链条传送机构包括两个设置在底架内且呈水平平行布设的齿轮轴、多个沿齿轮轴长度方向均匀布设的链条齿轮机构和驱动所述齿轮轴转动的齿轮轴驱动机构，所述齿轮轴驱动机构由控制器进行控制，所述底架远离锚杆箱的一端设置有凹陷部，所述锚杆槽由所述凹陷部与挡板围成；

所述锚杆架包括中心轴、多个套设在中心轴上且供锚杆夹装的锚杆夹盘和驱动所述中心轴带动锚杆夹盘旋转的锚杆架驱动机构，所述锚杆夹盘的圆周上均布有多个锚杆夹口，所述锚杆架驱动机构与中心轴传动连接，所述锚杆架驱动机构由控制器进行控制。

上述的一种煤矿钻锚机器人，其特征在于：所述钻杆进给机构包括安装在所述液压伸缩机构上的无盖钻杆箱、沿无盖钻杆箱长度方向布设的进给固定活塞杆和安装在进给固定活塞杆上的进给液压缸，所述无盖钻杆箱上滑动设置有钻机托盘，所述钻机托盘的底部与所述进给液压缸固定连接，所述钻机位于钻机托盘上，所述控制器的输出端接有控制进给液压缸进油的进给电磁阀。

上述的一种煤矿钻锚机器人，其特征在于：所述滑移机构包括沿机体宽度方向布设的滑移固定活塞杆、安装在滑移固定活塞杆上的滑动液压缸和与滑动液压缸固定连接的滑动座，所述机体上设置有供滑动座滑移的滑移槽，所述液压伸缩机构的底部安装在滑动座上，所述控制器的输出端接有控制滑动液压缸进油的滑动电磁阀。

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、使用效果好的支护方法，其特征在于，对煤矿多个待支护位置进行锚网支护，多个所述待支护位置的锚网支护方法均相同，对任一个待支护位置进行锚网支护时，包括以下步骤：

步骤一、煤矿钻锚机器人的检查及初始化：通过控制器判断与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和红外测距模块的传输信号是否正常，通过控制器判断与所述行走驱动机构、机械臂机构、抓网机械手、所述链条传送机构、上锚杆机械手、所述液压伸缩机构、装锚杆机械手、所述钻杆机械手和钻机的控制信号是否正常，各信号均正常时，煤矿钻锚机器人的检查及初始化完毕；

步骤二、煤矿钻锚机器人的移动：

步骤201、控制器控制所述行走驱动机构工作，所述行走驱动机构带动所述履带行走机构行走；同时，红外测距模块对煤矿钻锚机器人与掘进机之间的距离进行检测，并将检测到的距离发送至控制器；

步骤202、控制器将接收到的距离与预先设定的距离设定值进行比较，当红外测距模块检测到的距离等于预先设定的距离设定值时，执行步骤203；当红外测距模块检测到的距离大于预先设定的距离设定值时，重复步骤201，控制器控制所述履带行走机构继续行走；

步骤203、控制器控制所述行走驱动机构停止工作，所述履带行走机构停止行走；

步骤三、上锚杆作业：

步骤301、锚杆箱内的锚杆从所述出料口滑落到所述链条传送机构上，同时，控制器控制所述链条传送机构转动，使所述链条传送机构上的锚杆传送至锚杆槽；

步骤302、第四压力传感器检测到锚杆槽内有锚杆时，控制器控制上锚杆机械手抓取锚杆槽中的锚杆，同时，控制器控制锚杆架旋转，以使上锚杆机械手抓取的锚杆夹装在锚杆架上，完成锚杆的一次上料；

步骤303、多次重复步骤301至步骤302，直至锚杆架上装满锚杆，完成上锚杆作业；

步骤四、布网机构对支护网进行抓取并安装至待支护位置：

步骤401、控制器控制机械臂机构带动抓网机械手下降，使抓网机械手的底部抵在支护网库中支护网上；

步骤402、第二压力传感器检测到的压力信号时，控制器控制抓网机械手对支护网进行抓取，第一压力传感器检测到压力信号时，实现支护网的抓取；

步骤403、控制器控制机械臂机构带动抓网机械手抬升，直至抓网机械手抓取的支护网到达待支护位置，完成布网；

步骤五、在布网位置钻孔并安装锚杆锚固

步骤501、控制器控制所述液压伸缩机构伸缩，以使所述钻锚机构移动至布网位置；

步骤502、控制器控制钻杆机械手安装钻杆至钻机上，钻杆与钻机的中心轴线位于同一直线上，控制器控制钻杆机械手松开远离钻杆；然后，控制器控制所述钻杆进给机构带动钻机和钻杆进给钻孔，形成锚杆安装孔；

步骤503、控制器控制所述钻杆进给机构反向动作带动钻机和钻杆反向移动，直至钻机移动至初始位置；之后，控制器控制钻杆机械手将钻杆移动至初始位置；

步骤504、控制器控制装锚杆机械手对锚杆架上的锚杆进行夹取，并将装锚杆机械手夹取的锚杆安装在所述钻杆进给机构上，并将放置在所述钻杆进给机构上的锚杆称为待安装锚杆，使所述待安装锚杆与钻机的中心轴线位于同一直线上；之后，控制器控制装锚杆机械手松开远离所述待安装锚杆；

步骤505、控制器控制所述钻杆进给机构动作带动钻机和所述待安装锚杆进给，直至所述待安装锚杆安装在步骤502中所述锚杆安装孔中，完成锚杆的安装，实现支护网的锚固；

步骤506、多次重复步骤三至步骤四，对下一个待支护位置进行支护。

上述的方法，其特征在于：步骤301中第三压力传感器对所述链条传送机构上是否有锚杆进行检测，并将检测到所述链条传送机构上有无锚杆信号发送至控制器，当第三压力传感器检测到锚杆压力信号时，说明所述链条传送机构上有锚杆，则控制器控制所述链条传送机构转动进行锚杆传送；当第三压力传感器未检测到锚杆压力信号时，说明所述链条传送机构上无锚杆，以使锚杆箱内的锚杆滑落出。

上述的方法，其特征在于：步骤202中所述距离设定值为3米～5米。

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结构简单、设计合理且操作简便，成本较低。

2、所采用的煤矿钻锚机器人设置履带行走机构，一方面履带行走机构能作为支撑件，能够承受机器人本体上设置的布网机构和钻锚装置的重量，且便于在承受重量过程中，使整机能够平稳、迅速、安全地行走；另一方面履带行走机构与地面的接触面积大，所以增大了整机在松软、泥泞路面上的通过能力，降低了下陷量，另外，由于履带行走机构上的履带上安装摩擦纹，所以能在水、冰或上坡等路面上能牢牢地抓住地面，不会滑转，再有，由于履带行走机构上的履带接地长度达4米～6米，支撑轮中心位置较高，所以通过壕沟、垂壁的能力较强，能适应于煤矿井下复杂路况。

3、所采用的煤矿钻锚机器人设置锚杆箱，锚杆箱中的锚杆通过出料口滑落进入链条传送机构，并由链条传送机构传送至锚杆槽中，上锚杆机械手对锚杆槽中的锚杆夹装在锚杆架上，完成上锚杆动作，操作简便，且不需要工作人员参与，劳动强度小。

4、所采用的煤矿钻锚机器人中布网机构将抓取的支护网提升移动至待支护位置进行布网，从而完成了支护网的安装，节省人力。

5、所采用的煤矿钻锚机器人中钻杆机械手调节钻杆至钻孔要求位置后，钻杆进给机构带动钻机和钻杆进给，实现布网位置的钻孔，上锚杆机械手将待安装锚杆安装在钻杆进给机构上，通过钻杆进给机构带动锚杆进给，完成锚杆的安装，以对支护网进行锚固，节省人力，提高煤矿井下支护效率。

6、所采用的支护方法步骤简单、实现方便且操作简便，煤矿钻锚机器人的检查及初始化之后，煤矿钻锚机器人移动距离掘进机的距离设定值，控制器控制链条传送机构和上锚杆机械手动作，直至锚杆架上装满锚杆，完成上锚杆作业；然后，控制抓网机构抓取支护网，并将抓取的支护网抬升，直至抓网机械手抓取的支护网到达待支护位置，完成布网；最后，控制器控制钻孔机构进行钻孔，形成锚杆安装孔，且装锚杆机械手对锚杆架上的锚杆进行夹取并安装在钻杆进给机构上，钻杆进给机构带动锚杆进给，完成锚杆的安装，锚杆安装快捷，且不需要工作人员参与，提高锚杆支护效率高。

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的结构示意图。

图2为本发明煤矿钻锚机器人布网机构的结构示意图。

图3为本发明煤矿钻锚机器人滑移机构和机器人本体的结构示意图。

图4为本发明煤矿钻锚机器人链条传送机构的结构示意图。

图5为本发明煤矿钻锚机器人钻锚机构（除去液压伸缩机构）的结构示意图。

图6为本发明煤矿钻锚机器人锚杆架的结构示意图。

图7为本发明煤矿钻锚机器人锚杆夹盘的结构示意图。

图8为本发明煤矿钻锚机器人的电路原理框图。

图9为本发明支护方法的流程框图。

附图标记说明:

1—底架；2—锚杆箱；3—机械臂机构；

4—抓网机械手；5—支护网；6—支护网库；

7—履带行走机构；7-1—前驱动轮；7-2—后驱动轮；

7-3—履带；7-4—支撑轮；7-5—支撑轮轴；

7-6—驱动轮安装板；8—机体；9—传送链；

10—锚杆槽；11—挡板；12—防爆箱体；

13—第一压力传感器；14—齿轮轴架；15—第二压力传感器；

16—支撑板；17—齿轮轴；18—定位槽；

19—第三压力传感器；20—锚杆夹盘；21—齿轮；

22—中心轴；23—锚杆架；24—第四压力传感器；

25—钻机；26—钻机托盘；27—进给固定活塞杆；

28—滑动座；29—钻杆机械手；30—钻杆；

31—滑移机构；32—圆通孔；33—上锚杆机械手；

34—滑移固定活塞杆；35—伸缩液压缸；36—锚杆夹槽；

37—扇形开口部；38—无盖钻杆箱；39—滑动液压缸；

41—钻孔机构；42—滑动电磁阀；44—装锚杆机械手；

45—伸缩电磁阀；47—竖直杆；48—限位套；

49—红外测距模块；50—控制器；

54—滑移槽；55—第五变频器；56—第五防爆电机；

60—第三变频器；61—圆形抓取底座；62—限位件；

63—机械爪；64—中间连接板；65—转动板；

65-1—第四转动轴；66—第四变频器；67—第四防爆电机；

68—第一变频器；69—第一防爆电机；

70—第二变频器；71—第二防爆电机；72—第一舵机；

73—第一段机械臂；73-1—第一转轴；74—第二舵机；

75—第二段机械臂；75-1—第二转轴；76—第三舵机；

77—第三段机械臂；77-1—第三转轴；78—第四舵机；

79—机械手安装板；80—第五舵机；81—进给电磁阀；

82—第六舵机；83—圆形底座；85—第三防爆电机；

87—进给液压缸。

具体实施方式

如图1和图8所示的一种煤矿钻锚机器人，包括机器人本体、安装在所述机器人本体上的布网机构与钻锚装置，以及对所述机器人本体、所述布网机构和所述钻锚机构进行控制的控制模块，所述机器人本体包括机体8、两组对称安装在机体8两侧的履带行走机构7和驱动所述履带行走机构7转动的行走驱动机构，所述机体8上设置有供支护网5盛放的支护网库6，所述布网机构包括安装在机体8上的机械臂机构3和安装在所述机械臂机构3末端且对支护网库6中支护网5进行抓取的抓网机械手4，所述机体8上设置有供所述钻锚机构滑移的滑移机构31；

所述钻锚装置包括安装在机体8上的锚杆箱2、安装在机体8上的底架1、安装在底架1上且对从锚杆箱2滑落出的锚杆进行传送的链条传送机构和对待支护位置进行钻孔并安装锚杆的钻锚机构，所述钻锚机构包括液压伸缩机构、安装在所述液压伸缩机构上的钻孔机构41和安装在所述钻孔机构上的锚杆架23，以及将所述链条传送机构上的锚杆夹装在锚杆架23上的上锚杆机械手33和将所述锚杆架23上的锚杆进行钻装的装锚杆机械手44，所述液压伸缩机构与所述滑移机构固定连接，所述钻孔机构41包括安装在所述液压伸缩机构上的钻杆进给机构、安装在所述钻杆进给机构上的钻机25与钻杆机械手29，以及安装在所述钻杆机械手29上的钻杆30，所述锚杆箱2的底面设置有出料口，所述出料口位于所述链条传送机构靠近所述锚杆箱2的一端的上方，所述底架1远离所述锚杆箱2的一端设置有锚杆槽10；

所述控制模块包括控制器50，所述控制器50的输入端接有第一压力传感器13、第二压力传感器15、第三压力传感器19、第四压力传感器24、红外测距模块49，所述行走驱动机构、机械臂机构3、抓网机械手4、所述链条传送机构、上锚杆机械手33、所述液压伸缩机构、装锚杆机械手44、钻杆机械手29和钻机25均由控制器50进行控制。

本实施例中，所述机体8上设置有防爆箱体12，所述控制器50放置在防爆箱体12内。

本实施例中，所述控制器50为FX3GA-60MT-CM三菱PLC模块。

本实施例中，所述锚杆箱2内设置有能升降且供锚杆放置的倾斜面。

如图2所示，本实施例中，所述机械臂机构3包括依次转动连接的第一段机械臂73、第二段机械臂75和第三段机械臂77，以及驱动所述第一段机械臂73、第二段机械臂75和第三段机械臂77转动的机械臂转动驱动机构，所述机械臂转动驱动机构包括驱动第一段机械臂73转动的第一舵机72、驱动第二段机械臂75转动的第二舵机74和驱动第三段机械臂77转动的第三舵机76；

所述第三段机械臂77的末端设置有供抓网机械手4安装的抓网调节机构，所述抓网调节机构包括安装在第三段机械臂77的末端第一调节部件、安装在所述第一调节部件底部的第二调节部件和设置在所述第二调节部件底部的机械手安装板79，所述抓网机械手4为两组对称安装在机械手安装板79两端的机械爪63，所述第一调节部件包括与第三段机械臂77末端转动连接的转动板65和驱动转动板65转动的第四舵机78，所述第二调节部件包括安装在转动板65底部的第五舵机80和与第五舵机80输出轴传动连接的中间连接板64，所述中间连接板64与机械手安装板79固定连接，且所述中间连接板64与机械手安装板79的中心线重合，所述机械手安装板79内设置有驱动所述机械爪63开合的第六舵机82，所述第一舵机72、第二舵机74、第三舵机76、第四舵机78和第五舵机80和第六舵机82均由控制器50进行控制。

如图2所示，本实施例中，所述第一段机械臂73通过圆形抓取底座61安装在机体8上，所述第一段机械臂73通过第一转轴73-1与圆形抓取底座61转动连接，所述第二段机械臂75通过第二转轴75-1与第一段机械臂73转动连接，所述第三段机械臂77通过第三转轴77-1与第二段机械臂75转动连接，所述转动板65通过第四转动轴65-1与第三段机械臂77转动连接。

本实施例中，所述第一舵机72与第一转轴73-1传动连接，所述第二舵机74与第二转轴75-1传动连接，所述第三舵机76与第三转轴77-1传动连接，所述第四舵机78与第四转动轴65-1传动连接。

本实施例中，所述机械爪63内转动设置有限位件62，所述限位件62由机械爪63内至机械爪63外逐渐向下倾斜，所述第一压力传感器13安装在所述限位件62伸入机械爪63一端的上表面上，所述第二压力传感器15安装在所述限位件62伸处机械爪63一端的上表面。

本实施例中，设置第一压力传感器13，是为了机械爪63抓取支护网5时，支护网5推动限位件62伸入机械爪63一端向上转动，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5抓紧，以使机械爪63能提供准确的抓紧力，保证支护网5的稳定抓取。

本实施例中，设置所述第二压力传感器15，是为了在所述机械臂机构带动机械爪63下降的过程中，当机械爪63的底部抵于支护网5上时，如果机械爪63继续下降，则支护网5推动限位件62伸出机械爪63一端向上转动，使得第二压力传感器15被挤压，第二压力传感器15产生压力信号，根据第二压力传感器15检测到压力信号，判断出支护网5对机械爪63产生的挤压力，则机械爪63下降到准确的抓取位置。

本实施例中，设置第一调节机构，是为了在第四舵机78的转动下带动转动板65上下转动，以调节转动板65与支护网5相互平行，从而确保机械手安装板79底部的四个机械爪63底部所处的平面与支护网5相互平行；设置第二调节机构，是为了在第五舵机80的转动下带动机械手安装板79转动，以使两组机械爪63的中心线与支护网5的长度中心线重合，从而对机械爪63进行准确定位。

如图3所示，本实施例中，所述履带行走机构7包括驱动轮安装板7-6、安装在驱动轮安装板7-6两端的前驱动轮7-1与后驱动轮7-2以及卷绕在前驱动轮7-1与后驱动轮7-2之间的履带7-3，所述前驱动轮7-1和后驱动轮7-2之间设置有上下两排对履带7-3进行支撑的支撑机构，上下两排所述支撑机构呈交错布设，每排所述支撑机构包括多个由前驱动轮7-1至后驱动轮7-2布设在同一水平面上的支撑轮7-4，所述机体8上设置供支撑轮7-4安装的支撑轮轴7-5，所述驱动轮安装板7-6与机体8一侧面呈平行布设。

本实施例中，所述履带7-3的长度为4米～6米。

本实施例中，设置履带行走机构7，一方面履带行走机构7能作为支撑件，能够承受机器人本体上设置的所述布网机构和所述钻锚机构的重量，且便于在承受重量过程中，使整机能够平稳、迅速、安全地行走，以；另一方面履带行走机构与地面的接触面积大，能适应于煤矿井下复杂路况。

本实施例中，履带7-3的设置，是因为履带7-3与地面的接触面积大，增大了整机在松软、泥泞路面上的通过能力，降低了下陷量；且履带7-3上设置有摩擦纹，所以能在水、冰或上坡等路面上能牢牢地抓住地面，不会滑转；另外，由于履带7-3接地长度达4米～6米，通过壕沟、障碍物的能力较强，适应于煤矿井下复杂路况。

本实施例中，上下两排所述支撑机构呈交错布设，一方面是为了上排支撑机构对履带7-3内侧上部进行支撑，下排支撑机构对履带7-3内侧下部进行支撑，使履带7-3和地面充分接触，保证机构的稳定性，且交错布设有效地减少支撑轮的数量；另一方面，前驱动轮或者后驱动轮的驱动力能传递至多个支撑轮上，从而使得支撑轮7-4转动，辅助推进整体的移动。

如图4和图6所示，本实施例中，所述链条传送机构包括两个设置在底架1内且呈水平平行布设的齿轮轴17、多个沿齿轮轴17长度方向均匀布设的链条齿轮机构和驱动所述齿轮轴17转动的齿轮轴驱动机构，所述齿轮轴驱动机构由控制器50进行控制，所述底架1远离锚杆箱2的一端设置有凹陷部，所述锚杆槽10由所述凹陷部与挡板11围成；

所述锚杆架23包括中心轴22、多个套设在中心轴22上且供锚杆夹装的锚杆夹盘20和驱动所述中心轴22带动锚杆夹盘20旋转的锚杆架驱动机构，所述锚杆夹盘20的圆周上均布有多个锚杆夹口，所述锚杆架驱动机构与中心轴22传动连接，所述锚杆架驱动机构由控制器50进行控制。

本实施例中，所述链条齿轮机构包括两个固定安装在两个齿轮轴17上的齿轮21和传动连接于两个齿轮21之间的传送链9，所述传送链9中相邻两个链钩之间的间距等于锚杆的直径，所述链钩的高度大于锚杆的直径。

本实施例中，所述底架1上设置有供齿轮轴17安装的齿轮轴架14。

本实施例中，所述无盖钻杆箱38远离钻机25的一端设置有支撑板16，所述支撑板16的顶部设置有配合钻杆30或者锚杆的定位槽18。

本实施例中，所述无盖钻杆箱38上设置有两个竖直杆47，每个所述竖直杆47上设置有供中心轴22套装且伸出的限位套48，两个限位套48之间的间距小于锚杆的长度。

如图7所示，本实施例中，所述锚杆夹盘20的中心设置有供中心轴22安装的圆通孔32，所述锚杆夹盘20的圆周方向均布多个锚杆夹槽36，所述锚杆夹盘20具有扇形开口部37。

本实施例中，所述锚杆夹槽36的数量为12个。

本实施例中，扇形开口部37设置，是为了避免干涉竖直杆47、锚杆架23、上锚杆机械手33和装锚杆机械手44的安装。

本实施例中，锚杆槽10的设置，是为了对传送链9上的锚杆进行收纳存放，使得锚杆的位置能固定，且便于所述装锚杆机械手44对传送链9传送的锚杆进行准确抓取。

本实施例中，所述齿轮轴驱动机构为与齿轮轴17传动连接的第一防爆电机69，所述控制器50的输出端接有对第一防爆电机69控制的第一变频器68。

本实施例中，所述支护网5为矩形支护网。

本实施例中，所述锚杆架驱动机构为与中心轴22传动连接的第二防爆电机71，所述控制器50的输出端接有对第二防爆电机71控制的第二变频器70。

本实施例中，实际使用过程中，所述钻机25为液压钻机，所述钻机25内设置有钻机液压缸，所述控制器的输出端接有控制钻机液压缸进油的钻机电磁阀。

如图3和图5所示，本实施例中，所述钻杆进给机构包括安装在所述液压伸缩机构上的无盖钻杆箱38、沿无盖钻杆箱38长度方向布设的进给固定活塞杆27和安装在进给固定活塞杆27上的进给液压缸87，所述无盖钻杆箱38上滑动设置有钻机托盘26，所述钻机托盘26的底部与所述进给液压缸87固定连接，所述钻机25位于钻机托盘26上，所述控制器50的输出端接有控制进给液压缸87进油的进给电磁阀81。

本实施例中，所述滑移机构包括沿机体8宽度方向布设的滑移固定活塞杆34、安装在滑移固定活塞杆34上的滑动液压缸39和与滑动液压缸39固定连接的滑动座28，所述机体8上设置有供滑动座28滑移的滑移槽54，所述液压伸缩机构的底部安装在滑动座28上，所述控制器50的输出端接有控制滑动液压缸39进油的滑动电磁阀42。

本实施例中，所述液压伸缩机构为伸缩液压缸35，所述伸缩液压缸35的固定端通过圆形底座83安装在滑动座28上，所述圆形底座83内设置有驱动所述伸缩液压缸35转动的第三防爆电机85，所述控制器50的输出端接有对第三防爆电机85控制的第三变频器60。

本实施例中，所述行走驱动机构包括前行走驱动机构和后行走驱动机构，所述前行走驱动机构包括第四变频器66和与第四变频器66输出端相接的第四防爆电机67，所述后行走驱动机构包括第五变频器55和与第五变频器55输出端相接的第五防爆电机56，所述第四变频器66和第五变频器55的输入端均与控制器50的输出端相接，所述第四防爆电机67与前驱动轮7-1传动连接，所述第五防爆电机56与后驱动轮7-2传动连接。

本实施例中，所述控制器50的输出端接有控制伸缩液压缸35进油的伸缩电磁阀45。

本实施例中，所述第一防爆电机69、第二防爆电机71和第三防爆电机85均为DSB系列隔爆型三相异步电机。

本实施例中，所述第一变频器68、第二变频器70和第三变频器60均为MicroMaster440西门子变频器。

本实施例中，所述第一舵机72、第二舵机74、第三舵机76、第四舵机78、第五舵机80和第六舵机82均为DS3115MG舵机。

本实施例中，红外测距模块49为GP2D12红外测距模块。

如图9所示，一种支护方法，对煤矿多个待支护位置进行锚网支护，多个所述待支护位置的锚网支护方法均相同，对任一个待支护位置进行锚网支护时，包括以下步骤：

步骤一、煤矿钻锚机器人的检查及初始化：通过控制器50判断与第一压力传感器13、第二压力传感器15、第三压力传感器19、第四压力传感器24和红外测距模块49的传输信号是否正常，通过控制器50判断与所述行走驱动机构、机械臂机构3、抓网机械手4、所述链条传送机构、上锚杆机械手33、所述液压伸缩机构、装锚杆机械手44、所述钻杆机械手29和钻机25的控制信号是否正常，各信号均正常时，煤矿钻锚机器人的检查及初始化完毕；

步骤二、煤矿钻锚机器人的移动：

步骤201、控制器50通过第四变频器66控制第四防爆电机67转动，控制器50通过第五变频器55控制第五防爆电机56转动，第四防爆电机67和第五防爆电机56转动分别带动前驱动轮7-1和后驱动轮7-2转动，所述前驱动轮7-1和后驱动轮7-2转动带动所述履带行走机构7行走；同时，红外测距模块49对煤矿钻锚机器人与掘进机之间的距离进行检测，并将检测到的距离发送至控制器50；

步骤202、控制器50将接收到的距离与预先设定的距离设定值进行比较，当红外测距模块49检测到的距离等于预先设定的距离设定值时，执行步骤203；当红外测距模块49检测到的距离大于预先设定的距离设定值时，重复步骤201，控制器50控制所述履带行走机构7继续行走；

步骤203、控制器50控制所述行走驱动机构停止工作，所述履带行走机构7停止行走；

步骤三、上锚杆作业：

步骤301、锚杆箱2内的锚杆从所述出料口滑落到所述链条传送机构上，同时，控制器50通过第一变频器68控制第一防爆电机69转动，第一防爆电机69转动带动传送链9转动，使传送链9上的锚杆传送至锚杆槽10；

步骤302、第四压力传感器24检测到锚杆槽10内有锚杆时，控制器50控制上锚杆机械手33抓取锚杆槽10中的锚杆，同时，控制器50通过第二变频器70控制第二防爆电机71转动，第二防爆电机71转动中心轴22转动，中心轴22转动带动锚杆架23旋转，以使上锚杆机械手33抓取的锚杆夹装在锚杆架23上的锚杆夹槽36中，完成锚杆的一次上料；

步骤303、多次重复步骤301至步骤302，直至锚杆架23上装满锚杆，完成上锚杆作业；

步骤四、布网机构对支护网进行抓取并安装至待支护位置：

步骤401、控制器50控制第一舵机72、第二舵机74和第三舵机76转动，使机械臂机构3下降，机械臂机构3下降带动机械爪63下降，使机械爪63的底部抵在支护网库6中支护网5上；其中，在机械爪63下降后，控制器50控制第四舵机78和第五舵机80转动，以使两组机械爪63的中心线与支护网5的长度中心线重合；

步骤402、第二压力传感器15检测到的压力信号时，控制器50通过第六舵机82控制机械爪63闭合对支护网5进行抓取，第一压力传感器13检测到压力信号时，实现支护网5的抓取；

步骤403、控制器50控制机械臂机构3带动抓网机械手4抬升，直至抓网机械手4抓取的支护网到达待支护位置，完成布网；

步骤五、在布网位置钻孔并安装锚杆锚固

步骤501、控制器50通过伸缩电磁阀45控制伸缩液压缸35伸缩，且控制器50通过滑动电磁阀42控制滑动液压缸39沿滑动固定活塞杆34移动，滑动液压缸39移动通过滑动座28带动伸缩液压缸35移动，以使伸缩液压缸35上的所述钻锚机构移动至布网位置；其中，在伸缩液压缸35调节过程中，控制器50通过第三变频器60控制第三防爆电机85转动，第三防爆电机85转动带动伸缩液压缸35转动，便于调节使所述钻锚机构至布网位置；

步骤502、控制器50控制钻杆机械手29安装钻杆30至钻机25上，钻杆30与钻机25的中心轴线位于同一直线上，控制器50控制钻杆机械手29松开远离钻杆30；然后，控制器50通过进给电磁阀81控制进给液压缸87沿进给固定活塞杆27移动，进给液压缸87移动带动钻机25和钻杆30进给钻孔，形成锚杆安装孔；

步骤503、控制器50通过进给电磁阀81控制进给液压缸87沿进给固定活塞杆27反向移动，进给液压缸87反向移动带动钻机25和钻杆30反向移动，直至钻机25移动至初始位置；之后，控制器50控制钻杆机械手29将钻杆30移动至初始位置；其中，钻机25的初始位置为位于无盖钻杆箱38靠近伸缩液压缸35的一端，钻杆30的初始位置为位于无盖钻杆箱38远离锚杆架23的一侧；

步骤504、控制器50控制装锚杆机械手44对锚杆架23上的锚杆进行夹取，并将装锚杆机械手44夹取的锚杆安装在所述钻杆进给机构上，并将放置在所述钻杆进给机构上的锚杆称为待安装锚杆，使所述待安装锚杆与钻机25的中心轴线位于同一直线上；之后，控制器50控制装锚杆机械手44松开远离所述待安装锚杆；

步骤505、控制器50进给电磁阀81控制进给液压缸87沿进给固定活塞杆27移动，进给液压缸87移动带动钻机25和所述待安装锚杆进给，直至所述待安装锚杆安装在步骤502中所述锚杆安装孔中，完成锚杆的安装，实现支护网的锚固；其中，在锚杆的安装后，进给液压缸87反向移动带动钻机25移动至初始位置；

步骤506、多次重复步骤三至步骤四，对下一个待支护位置进行支护。

本实施例中，步骤301中第三压力传感器19对所述传送链9上是否有锚杆进行检测，并将检测到所述传送链9上有无锚杆信号发送至控制器50，当第三压力传感器19检测到锚杆压力信号时，说明所述传送链9上有锚杆，则控制器50控制所述传送链9转动进行锚杆传送；当第三压力传感器19未检测到锚杆压力信号时，说明所述传送链9上无锚杆，以使锚杆箱2内的锚杆滑落出。

本实施例中，步骤202中所述距离设定值为3米～5米。

本实施例中，设置距离设定值3米～5米，一方面是为了保证煤矿钻锚机器人距掘进机一定距离，方便煤矿钻锚机器人中布网机构和钻锚装置的伸缩操作；另一方面是为了避免煤矿钻锚机器人距离掘进工作面较近，发生事故造成煤矿钻锚机器人的损坏。

综上所述，设计合理且操作简便，集履带行走机构、布网机构、钻锚机构于一体，实现锚杆支护的自动化、智能化，能够有效改善工作环境，降低劳动强度，保证生产安全，提高支护效率，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 (7)

1.一种煤矿钻锚机器人，其特征在于：包括机器人本体、安装在所述机器人本体上的布网机构与钻锚装置，以及对所述机器人本体、所述布网机构和所述钻锚装置进行控制的控制模块，所述机器人本体包括机体（8）、两组对称安装在机体（8）两侧的履带行走机构（7）和驱动所述履带行走机构（7）转动的行走驱动机构，所述机体（8）上设置有供支护网（5）盛放的支护网库（6），所述布网机构包括安装在机体（8）上的机械臂机构（3）和安装在所述机械臂机构（3）末端且对支护网库（6）中支护网（5）进行抓取的抓网机械手（4），所述机体（8）上设置有供所述钻锚装置滑移的滑移机构（31）；

所述钻锚装置包括安装在机体（8）上的锚杆箱（2）、安装在机体（8）上的底架（1）、安装在底架（1）上且对从锚杆箱（2）滑落出的锚杆进行传送的链条传送机构和对待支护位置进行钻孔并安装锚杆的钻锚机构，所述钻锚机构包括液压伸缩机构、安装在所述液压伸缩机构上的钻孔机构（41）和安装在所述钻孔机构上的锚杆架（23），以及将所述链条传送机构上的锚杆夹装在锚杆架（23）上的上锚杆机械手（33）和将所述锚杆架（23）上的锚杆进行钻装的装锚杆机械手（44），所述液压伸缩机构与所述滑移机构固定连接，所述钻孔机构（41）包括安装在所述液压伸缩机构上的钻杆进给机构、安装在所述钻杆进给机构上的钻机（25）与钻杆机械手（29），以及安装在所述钻杆机械手（29）上的钻杆（30），所述锚杆箱（2）的底面设置有出料口，所述出料口位于所述链条传送机构靠近所述锚杆箱（2）的一端的上方，所述底架（1）远离所述锚杆箱（2）的一端设置有锚杆槽（10）；

所述控制模块包括控制器（50），所述控制器（50）的输入端接有第一压力传感器（13）、第二压力传感器（15）、第三压力传感器（19）、第四压力传感器（24）、红外测距模块（49），所述行走驱动机构、机械臂机构（3）、抓网机械手（4）、所述链条传送机构、上锚杆机械手（33）、所述液压伸缩机构、装锚杆机械手（44）、钻杆机械手（29）和钻机（25）均由控制器（50）进行控制；

所述机械臂机构（3）包括依次转动连接的第一段机械臂（73）、第二段机械臂（75）和第三段机械臂（77），以及驱动所述第一段机械臂（73）、第二段机械臂（75）和第三段机械臂（77）转动的机械臂转动驱动机构，所述机械臂转动驱动机构包括驱动第一段机械臂（73）转动的第一舵机（72）、驱动第二段机械臂（75）转动的第二舵机（74）和驱动第三段机械臂（77）转动的第三舵机（76）；

所述第三段机械臂（77）的末端设置有供抓网机械手（4）安装的抓网调节机构，所述抓网调节机构包括安装在第三段机械臂（77）的末端第一调节部件、安装在所述第一调节部件底部的第二调节部件和设置在所述第二调节部件底部的机械手安装板（79），所述抓网机械手（4）为两组对称安装在机械手安装板（79）两端的机械爪（63），所述第一调节部件包括与第三段机械臂（77）末端转动连接的转动板（65）和驱动转动板（65）转动的第四舵机（78），所述第二调节部件包括安装在转动板（65）底部的第五舵机（80）和与第五舵机（80）输出轴传动连接的中间连接板（64），所述中间连接板（64）与机械手安装板（79）固定连接，且所述中间连接板（64）与机械手安装板（79）的中心线重合，所述机械手安装板（79）内设置有驱动所述机械爪（63）开合的第六舵机（82），所述第一舵机（72）、第二舵机（74）、第三舵机（76）、第四舵机（78）和第五舵机（80）和第六舵机（82）均由控制器（50）进行控制；

所述履带行走机构（7）包括驱动轮安装板（7-6）、安装在驱动轮安装板（7-6）两端的前驱动轮（7-1）与后驱动轮（7-2）以及卷绕在前驱动轮（7-1）与后驱动轮（7-2）之间的履带（7-3），所述前驱动轮（7-1）和后驱动轮（7-2）之间设置有上下两排对履带（7-3）进行支撑的支撑机构，上下两排所述支撑机构呈交错布设，每排所述支撑机构包括多个由前驱动轮（7-1）至后驱动轮（7-2）布设在同一水平面上的支撑轮（7-4），所述机体（8）上设置供支撑轮（7-4）安装的支撑轮轴（7-5），所述驱动轮安装板（7-6）与机体（8）一侧面呈平行布设。

2.按照权利要求1所述的一种煤矿钻锚机器人，其特征在于：所述链条传送机构包括两个设置在底架（1）内且呈水平平行布设的齿轮轴（17）、多个沿齿轮轴（17）长度方向均匀布设的链条齿轮机构和驱动所述齿轮轴（17）转动的齿轮轴驱动机构，所述齿轮轴驱动机构由控制器（50）进行控制，所述底架（1）远离锚杆箱（2）的一端设置有凹陷部，所述锚杆槽（10）由所述凹陷部与挡板（11）围成；

所述锚杆架（23）包括中心轴（22）、多个套设在中心轴（22）上且供锚杆夹装的锚杆夹盘（20）和驱动所述中心轴（22）带动锚杆夹盘（20）旋转的锚杆架驱动机构，所述锚杆夹盘（20）的圆周上均布有多个锚杆夹口，所述锚杆架驱动机构与中心轴（22）传动连接，所述锚杆架驱动机构由控制器（50）进行控制。

3.按照权利要求1所述的一种煤矿钻锚机器人，其特征在于：所述钻杆进给机构包括安装在所述液压伸缩机构上的无盖钻杆箱（38）、沿无盖钻杆箱（38）长度方向布设的进给固定活塞杆（27）和安装在进给固定活塞杆（27）上的进给液压缸（87），所述无盖钻杆箱（38）上滑动设置有钻机托盘（26），所述钻机托盘（26）的底部与所述进给液压缸（87）固定连接，所述钻机（25）位于钻机托盘（26）上，所述控制器（50）的输出端接有控制进给液压缸（87）进油的进给电磁阀（81）。

4.按照权利要求1所述的一种煤矿钻锚机器人，其特征在于：所述滑移机构包括沿机体（8）宽度方向布设的滑移固定活塞杆（34）、安装在滑移固定活塞杆（34）上的滑动液压缸（39）和与滑动液压缸（39）固定连接的滑动座（28），所述机体（8）上设置有供滑动座（28）滑移的滑移槽（54），所述液压伸缩机构的底部安装在滑动座（28）上，所述控制器（50）的输出端接有控制滑动液压缸（39）进油的滑动电磁阀（42）。

5.一种利用如权利要求1所述煤矿钻锚机器人进行支护的方法，其特征在于：对煤矿多个待支护位置进行锚网支护，多个所述待支护位置的锚网支护方法均相同，对任一个待支护位置进行锚网支护时，包括以下步骤：

步骤一、煤矿钻锚机器人的检查及初始化：通过控制器（50）判断与第一压力传感器（13）、第二压力传感器（15）、第三压力传感器（19）、第四压力传感器（24）和红外测距模块（49）的传输信号是否正常，通过控制器（50）判断与所述行走驱动机构、机械臂机构（3）、抓网机械手（4）、所述链条传送机构、上锚杆机械手（33）、所述液压伸缩机构、装锚杆机械手（44）、所述钻杆机械手（29）和钻机（25）的控制信号是否正常，各信号均正常时，煤矿钻锚机器人的检查及初始化完毕；

步骤二、煤矿钻锚机器人的移动：

步骤201、控制器（50）控制所述行走驱动机构工作，所述行走驱动机构带动所述履带行走机构（7）行走；同时，红外测距模块（49）对煤矿钻锚机器人与掘进机之间的距离进行检测，并将检测到的距离发送至控制器（50）；

步骤202、控制器（50）将接收到的距离与预先设定的距离设定值进行比较，当红外测距模块（49）检测到的距离等于预先设定的距离设定值时，执行步骤203；当红外测距模块（49）检测到的距离大于预先设定的距离设定值时，重复步骤201，控制器（50）控制所述履带行走机构（7）继续行走；

步骤203、控制器（50）控制所述行走驱动机构停止工作，所述履带行走机构（7）停止行走；

步骤三、上锚杆作业：

步骤301、锚杆箱（2）内的锚杆从所述出料口滑落到所述链条传送机构上，同时，控制器（50）控制所述链条传送机构转动，使所述链条传送机构上的锚杆传送至锚杆槽（10）；

步骤302、第四压力传感器（24）检测到锚杆槽（10）内有锚杆时，控制器（50）控制上锚杆机械手（33）抓取锚杆槽（10）中的锚杆，同时，控制器（50）控制锚杆架（23）旋转，以使上锚杆机械手（33）抓取的锚杆夹装在锚杆架（23）上，完成锚杆的一次上料；

步骤303、多次重复步骤301至步骤302，直至锚杆架（23）上装满锚杆，完成上锚杆作业；

步骤四、布网机构对支护网进行抓取并安装至待支护位置：

步骤401、控制器（50）控制机械臂机构（3）带动抓网机械手（4）下降，使抓网机械手（4）的底部抵在支护网库（6）中支护网（5）上；

步骤402、第二压力传感器（15）检测到的压力信号时，控制器（50）控制抓网机械手（4）对支护网（5）进行抓取，第一压力传感器（13）检测到压力信号时，实现支护网（5）的抓取；

步骤403、控制器（50）控制机械臂机构（3）带动抓网机械手（4）抬升，直至抓网机械手（4）抓取的支护网到达待支护位置，完成布网；

步骤五、在布网位置钻孔并安装锚杆：

步骤501、控制器（50）控制所述液压伸缩机构伸缩，以使所述钻锚机构移动至布网位置；

步骤502、控制器（50）控制钻杆机械手（29）安装钻杆（30）至钻机（25）上，钻杆（30）与钻机（25）的中心轴线位于同一直线上，控制器（50）控制钻杆机械手（29）松开远离钻杆（30）；然后，控制器（50）控制所述钻杆进给机构带动钻机（25）和钻杆（30）进给钻孔，形成锚杆安装孔；

步骤503、控制器（50）控制所述钻杆进给机构反向动作带动钻机（25）和钻杆（30）反向移动，直至钻机（25）移动至初始位置；之后，控制器（50）控制钻杆机械手（29）将钻杆（30）移动至初始位置；

步骤504、控制器（50）控制装锚杆机械手（44）对锚杆架（23）上的锚杆进行夹取，并将装锚杆机械手（44）夹取的锚杆安装在所述钻杆进给机构上，并将放置在所述钻杆进给机构上的锚杆称为待安装锚杆，使所述待安装锚杆与钻机（25）的中心轴线位于同一直线上；之后，控制器（50）控制装锚杆机械手（44）松开远离所述待安装锚杆；

步骤505、控制器（50）控制所述钻杆进给机构动作带动钻机（25）和所述待安装锚杆进给，直至所述待安装锚杆安装在步骤502中所述锚杆安装孔中，完成锚杆的安装，实现支护网的锚固；

步骤506、多次重复步骤三至步骤四，对下一个待支护位置进行支护。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤301中第三压力传感器（19）对所述链条传送机构上是否有锚杆进行检测，并将检测到所述链条传送机构上有无锚杆信号发送至控制器（50），当第三压力传感器（19）检测到锚杆压力信号时，说明所述链条传送机构上有锚杆，则控制器（50）控制所述链条传送机构转动进行锚杆传送；当第三压力传感器（19）未检测到锚杆压力信号时，说明所述链条传送机构上无锚杆，以使锚杆箱（2）内的锚杆滑落出。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤202中所述距离设定值为3米～5米。

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