CN109882221A - 一种掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统及方法，系统包括控制箱、三维激光扫描仪及锚杆钻机位置调整机构，锚杆钻机上设有加速度传感器和角加速度传感器。方法为：通过三维激光扫描仪对巷道顶板、锚杆钻机位置调整机构及锚杆钻机进行扫描，建立三维数据图像并确定扫描对象空间坐标；通过三维激光扫描仪对掘支锚联合机组的横向钢带梁进行扫描，建立横向钢带梁空间坐标数据；确定横向钢带梁上锚固孔空间坐标；由计算机对全部数据进行处理；根据锚杆钻机空间坐标与横向钢带梁上锚固孔空间坐标的相对位置，由计算机自动规划锚杆钻机移动路线；根据规划好的移动路线，通过锚杆钻机位置调整机构将锚杆钻机移向横向钢带梁上锚固孔所在位置进行钻孔作业。

Description

一种掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统及方法

技术领域

本发明属于煤矿机械技术领域，特别是涉及一种掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统及方法。

背景技术

目前，为了适应煤矿井下复杂多变的工况环境，掘支锚联合机组得到迅速发展，但掘支锚联合机组的锚杆钻机仍需要人工手动操作，由于锚杆钻机的钻杆上部通常都未设置支撑保护和导向结构，导致钻孔过程中仅凭工人双臂很难保持锚杆钻机的稳定，容易造成钻杆在进行钻孔作业时出现摆动和偏载，导致锚杆钻机的精确定位很难实现，特别是钻顶板孔眼时，不但作业条件更差，钻孔作业难度也大幅度增加，而且工人的劳动强度更大，已经难以满足现代煤矿安全高效生产的要求。

由于现阶段掘支锚联合机组锚杆钻机仍存在孔眼定位精度低、自动化程度低及工作效率低下的弊端，因此有必要对掘支锚联合机组锚杆钻机进行自动化改造，以提高孔眼定位精度低和钻孔工作效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统及方法，摒弃了人工手动操作锚杆钻机进行钻孔作业的方式，能够实现钻杆的自动定位和钻孔作业，使孔眼定位精度低和钻孔工作效率得到大幅度提高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统，包括控制箱、三维激光扫描仪及锚杆钻机位置调整机构；所述控制箱、三维激光扫描仪及锚杆钻机位置调整机构均设置在掘支锚联合机组的机体尾部，锚杆钻机通过锚杆钻机位置调整机构与掘支锚联合机组的机体相连；在所述锚杆钻机上分别安装有加速度传感器和角加速度传感器，通过加速度传感器对锚杆钻机在移动过程中的加速度进行实时检测，通过角加速度传感器对对锚杆钻机在移动过程中的角加速度进行实时检测；所述锚杆钻机位置调整机构包括X向导轨、X向滑台、Z向导轨、Z向滑台、Y向导轨及Y向滑台；所述X向导轨水平固装在掘支锚联合机组的机体上，所述X向滑台设置在X向导轨上，X向滑台可沿X向导轨移动，在X向导轨与X向滑台之间连接有X向推移液压缸，X向推移液压缸一端铰接在X向导轨上，X向推移液压缸另一端铰接在X向滑台上，X向推移液压缸与X向导轨相平行；所述Z向导轨竖直固装在X向滑台上，所述Z向滑台设置在Z向导轨上，Z向滑台可沿Z向导轨移动，在X向滑台与Z向滑台之间连接有Z向推移液压缸，Z向推移液压缸一端铰接在X向滑台上，Z向推移液压缸另一端铰接在Z向滑台上，Z向推移液压缸与Z向导轨相平行；所述Y向导轨水平固装在Z向滑台上，Y向导轨与X向导轨相垂直；所述Y向滑台设置在Y向导轨上，Y向滑台可沿Y向导轨移动，在Z向滑台与Y向滑台之间连接有Y向推移液压缸，Y向推移液压缸一端铰接在Z向滑台上，Y向推移液压缸另一端铰接在Y向滑台上，Y向推移液压缸与Y向导轨相平行；所述锚杆钻机的机架根部铰接在Y向滑台上，在锚杆钻机的机架与Y向滑台之间还连接有俯仰驱动液压缸，俯仰驱动液压缸一端铰接在Y向滑台上，俯仰驱动液压缸另一端铰接在锚杆钻机的机架上。

一种掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位方法，采用了所述的掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统，包括如下步骤：

步骤一：启动三维激光扫描仪，通过三维激光扫描仪对初始状态下的巷道顶板、锚杆钻机位置调整机构及锚杆钻机进行扫描，建立三维数据图像，通过建立好的三维数据图像确定扫描对象的空间坐标；

步骤二：通过三维激光扫描仪对掘支锚联合机组的横向钢带梁进行扫描，建立横向钢带梁的空间坐标数据；

步骤三：通过横向钢带梁的空间坐标数据，进一步确定横向钢带梁上锚固孔的空间坐标；

步骤四：将三维激光扫描仪所获取的全部数据传输到计算机中进行处理；

步骤五：根据锚杆钻机的空间坐标与横向钢带梁上锚固孔的空间坐标的相对位置，由计算机自动规划出锚杆钻机的移动路线；

步骤六：启动锚杆钻机位置调整机构，根据规划好的移动路线，通过锚杆钻机位置调整机构将锚杆钻机移向横向钢带梁上锚固孔所在位置，然后启动锚杆钻机进行钻孔作业。

本发明的有益效果：

本发明的掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统及方法，摒弃了人工手动操作锚杆钻机进行钻孔作业的方式，能够实现钻杆的自动定位和钻孔作业，使孔眼定位精度低和钻孔工作效率得到大幅度提高。

附图说明

图1为本发明的掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统的结构示意图；

图2为采用了本发明的掘支锚联合机组结构示意图；

图3为锚杆钻机与锚杆钻机位置调整机构的装配示意图；

图中，1—控制箱，2—三维激光扫描仪，3—锚杆钻机位置调整机构，4—X向导轨，5—X向滑台，6—Z向导轨，7—Z向滑台，8—Y向导轨，9—Y向滑台，10—X向推移液压缸，11—Z向推移液压缸，12—Y向推移液压缸，13—俯仰驱动液压缸，14—锚杆钻机，15—加速度传感器，16—角加速度传感器，17—横向钢带梁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～3所示，一种掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统，包括控制箱1、三维激光扫描仪2及锚杆钻机位置调整机构3；所述控制箱1、三维激光扫描仪2及锚杆钻机位置调整机构3均设置在掘支锚联合机组的机体尾部，锚杆钻机14通过锚杆钻机位置调整机构3与掘支锚联合机组的机体相连；在所述锚杆钻机14上分别安装有加速度传感器15和角加速度传感器16，通过加速度传感器15对锚杆钻机14在移动过程中的加速度进行实时检测，通过角加速度传感器16对对锚杆钻机14在移动过程中的角加速度进行实时检测；所述锚杆钻机位置调整机构3包括X向导轨4、X向滑台5、Z向导轨6、Z向滑台7、Y向导轨8及Y向滑台9；所述X向导轨4水平固装在掘支锚联合机组的机体上，所述X向滑台5设置在X向导轨4上，X向滑台5可沿X向导轨4移动，在X向导轨4与X向滑台5之间连接有X向推移液压缸10，X向推移液压缸10一端铰接在X向导轨4上，X向推移液压缸10另一端铰接在X向滑台5上，X向推移液压缸10与X向导轨4相平行；所述Z向导轨6竖直固装在X向滑台5上，所述Z向滑台7设置在Z向导轨6上，Z向滑台7可沿Z向导轨6移动，在X向滑台5与Z向滑台7之间连接有Z向推移液压缸11，Z向推移液压缸11一端铰接在X向滑台5上，Z向推移液压缸11另一端铰接在Z向滑台7上，Z向推移液压缸11与Z向导轨6相平行；所述Y向导轨8水平固装在Z向滑台7上，Y向导轨8与X向导轨4相垂直；所述Y向滑台9设置在Y向导轨8上，Y向滑台9可沿Y向导轨8移动，在Z向滑台7与Y向滑台9之间连接有Y向推移液压缸12，Y向推移液压缸12一端铰接在Z向滑台7上，Y向推移液压缸12另一端铰接在Y向滑台9上，Y向推移液压缸12与Y向导轨8相平行；所述锚杆钻机4的机架根部铰接在Y向滑台9上，在锚杆钻机4的机架与Y向滑台9之间还连接有俯仰驱动液压缸13，俯仰驱动液压缸13一端铰接在Y向滑台9上，俯仰驱动液压缸13另一端铰接在锚杆钻机4的机架上。

一种掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位方法，采用了所述的掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统，包括如下步骤：

步骤一：启动三维激光扫描仪2，通过三维激光扫描仪2对初始状态下的巷道顶板、锚杆钻机位置调整机构3及锚杆钻机14进行扫描，建立三维数据图像，具体为点云图像，通过建立好的三维数据图像确定扫描对象(巷道顶板、锚杆钻机位置调整机构3及锚杆钻机14)的空间坐标；

步骤二：通过三维激光扫描仪2对掘支锚联合机组的横向钢带梁17进行扫描，建立横向钢带梁17的空间坐标数据；具体通过扫描巷道顶板和横向钢带梁17在不同距离下对激光的反射率来建立横向钢带梁17的空间坐标数据；

步骤三：通过横向钢带梁17的空间坐标数据，进一步确定横向钢带梁17上锚固孔的空间坐标；

步骤四：将三维激光扫描仪2所获取的全部数据传输到计算机中进行处理；

步骤五：根据锚杆钻机14的空间坐标与横向钢带梁17上锚固孔的空间坐标的相对位置，由计算机自动规划出锚杆钻机14的移动路线；

步骤六：启动锚杆钻机位置调整机构3，通过锚杆钻机位置调整机构3将锚杆钻机14移向横向钢带梁17上锚固孔所在位置，然后启动锚杆钻机14进行钻孔作业。

本实施例中，掘支锚联合机组的机体尾部共设置有四部锚杆钻机14，四部锚杆钻机14各自配置有一套锚杆钻机位置调整机构3；在控制箱1中设有电控系统和里程计惯性定位模块，在锚杆钻机14移向横向钢带梁17上锚固孔所在位置的过程中，由加速度传感器15实时测量锚杆钻机14的加速度数据，由角加速度传感器16实时测量锚杆钻机14的角加速度数据，所测得的锚杆钻机14的加速度数据和角加速度数据实时反馈到控制箱1中的里程计惯性定位模块，由里程计惯性定位模块判断锚杆钻机14是否定位到目标坐标，当判定锚杆钻机14的达到目标坐标时，锚杆钻机14停止移动，则可开始进行钻孔作业。当第一个孔眼打钻结束后，再次启动锚杆钻机位置调整机构3，将锚杆钻机14移动到下一个目标坐标，如此往复，即可高精度的完成后续孔眼打钻工作。

在锚杆钻机14移向横向钢带梁17上锚固孔所在位置之前，先锚杆钻机14的空间坐标设为(x₀，y₀，z₀)，同时将横向钢带梁17上锚固孔的空间坐标设为(x*，y*，z*)，即目标坐标为(x*，y*，z*)；首先，先启动X向推移液压缸10，使锚杆钻机14在X向上由x₀移动到x*，然后启动Z向推移液压缸11，使锚杆钻机14在Y向上由z₀移动到z*，再启动Y向推移液压缸12，使锚杆钻机14在Y向上由y₀移动到y*，最后启动俯仰驱动液压缸13，将锚杆钻机14精确的定位到(x*，y*，z*)的目标坐标上。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.一种掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统，其特征在于：包括控制箱、三维激光扫描仪及锚杆钻机位置调整机构；所述控制箱、三维激光扫描仪及锚杆钻机位置调整机构均设置在掘支锚联合机组的机体尾部，锚杆钻机通过锚杆钻机位置调整机构与掘支锚联合机组的机体相连；在所述锚杆钻机上分别安装有加速度传感器和角加速度传感器，通过加速度传感器对锚杆钻机在移动过程中的加速度进行实时检测，通过角加速度传感器对对锚杆钻机在移动过程中的角加速度进行实时检测；所述锚杆钻机位置调整机构包括X向导轨、X向滑台、Z向导轨、Z向滑台、Y向导轨及Y向滑台；所述X向导轨水平固装在掘支锚联合机组的机体上，所述X向滑台设置在X向导轨上，X向滑台可沿X向导轨移动，在X向导轨与X向滑台之间连接有X向推移液压缸，X向推移液压缸一端铰接在X向导轨上，X向推移液压缸另一端铰接在X向滑台上，X向推移液压缸与X向导轨相平行；所述Z向导轨竖直固装在X向滑台上，所述Z向滑台设置在Z向导轨上，Z向滑台可沿Z向导轨移动，在X向滑台与Z向滑台之间连接有Z向推移液压缸，Z向推移液压缸一端铰接在X向滑台上，Z向推移液压缸另一端铰接在Z向滑台上，Z向推移液压缸与Z向导轨相平行；所述Y向导轨水平固装在Z向滑台上，Y向导轨与X向导轨相垂直；所述Y向滑台设置在Y向导轨上，Y向滑台可沿Y向导轨移动，在Z向滑台与Y向滑台之间连接有Y向推移液压缸，Y向推移液压缸一端铰接在Z向滑台上，Y向推移液压缸另一端铰接在Y向滑台上，Y向推移液压缸与Y向导轨相平行；所述锚杆钻机的机架根部铰接在Y向滑台上，在锚杆钻机的机架与Y向滑台之间还连接有俯仰驱动液压缸，俯仰驱动液压缸一端铰接在Y向滑台上，俯仰驱动液压缸另一端铰接在锚杆钻机的机架上。

2.一种掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位方法，采用了权利要求1所述的掘支锚联合机组锚杆钻机自动定位系统，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：启动三维激光扫描仪，通过三维激光扫描仪对初始状态下的巷道顶板、锚杆钻机位置调整机构及锚杆钻机进行扫描，建立三维数据图像，通过建立好的三维数据图像确定扫描对象的空间坐标；

步骤二：通过三维激光扫描仪对掘支锚联合机组的横向钢带梁进行扫描，建立横向钢带梁的空间坐标数据；

步骤三：通过横向钢带梁的空间坐标数据，进一步确定横向钢带梁上锚固孔的空间坐标；

步骤四：将三维激光扫描仪所获取的全部数据传输到计算机中进行处理；

步骤五：根据锚杆钻机的空间坐标与横向钢带梁上锚固孔的空间坐标的相对位置，由计算机自动规划出锚杆钻机的移动路线；

步骤六：启动锚杆钻机位置调整机构，根据规划好的移动路线，通过锚杆钻机位置调整机构将锚杆钻机移向横向钢带梁上锚固孔所在位置，然后启动锚杆钻机进行钻孔作业。