CN111779480A - 一种短机身掘进机器人及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种短机身掘进机器人及使用方法，机器人包括截割部、截割部位姿调整组件、迈步式行走底座、铲运部、主支撑部及副支撑部；截割部位姿调整组件设在迈步式行走底座上，截割部设在截割部位姿调整组件上；铲运部位于截割部和截割部位姿调整组件下方；主支撑部设在截割部位姿调整组件两侧的迈步式行走底座上，副支撑部设在主支撑部外侧的迈步式行走底座上。方法为：铺设钢梁和护顶网，由主副支撑部对巷道顶部进行支护；启动截割电机，带动两个截割头转动，通过控制截割部前后、左右、上下及回转动作，完成煤岩截割；主支撑部脱离支护并向前一个步距，通过铲运部完成落煤装运；恢复主支撑部支护，副支撑脱离支护并向前一个步距；恢复副支撑部支护。

Description

一种短机身掘进机器人及使用方法

技术领域

本发明属于采矿设备技术领域，特别是涉及一种短机身掘进机器人及使用方法。

背景技术

掘进机作为煤矿井下巷道掘进的主要机械装备，当遇到煤矿地质条件比较复杂的情况时，则会经常伴有瓦斯突出、水害、火灾、冒顶事故等，从而对综掘作业产生严重影响。由于传统的掘进机仅具有截割和装运功能，因此传统的掘进机无法实现综掘平行同步作业，进而存在采掘比失调严重、综掘面作业人员多、自动化程度低以及安全风险极大的缺点。

为此，近年来同时具备截割、装运和锚固功能的掘支锚机组逐渐发展起来，并最终形成了集煤岩截割、装运、临时支护、自动锚固和自主行走于一体的新型煤矿综掘智能化装备。但是，无论是传统的掘进机还是新兴的掘支锚机组，其大多采用了悬臂式截割部，而为了满足巷道断面处的截割面积要求，就使得截割部的悬臂段尺寸较长，最终导致掘进机或掘支锚机组的整机长度达到9～13米。受到整机长度过长的限制，当掘进机或掘支锚机组的机身在狭窄的井下巷道内，会导致移动灵活性变差，尤其在巷道直角拐弯和开挖临时设备硐室时，则需要很长的设备调整和作业时间。另外，过长的截割部悬臂也容易导致巷道顶板空顶距过大，从而不利于巷道掘进的安全作业。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种短机身掘进机器人及使用方法，截割部采用了全新的结构形式和布局，可将机身长度有效控制在4～5米，即使位于狭窄的井下巷道内也可保证掘进机器人的移动灵活性，并且增大了截割作业范围，同时可以进一步提高截割工序作业效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种短机身掘进机器人，包括截割部、截割部位姿调整组件、迈步式行走底座、铲运部、主支撑部及副支撑部；所述截割部位姿调整组件设置在迈步式行走底座上，所述截割部设置在截割部位姿调整组件上；所述铲运部位于截割部和截割部位姿调整组件下方；所述主支撑部设置在截割部位姿调整组件两侧的迈步式行走底座上，所述副支撑部设置在主支撑部外侧的迈步式行走底座上。

所述迈步式行走底座包括主滑靴、副滑靴及迈步推移油缸；所述迈步推移油缸一端铰接在主滑靴上，迈步推移油缸另一端铰接在副滑靴上；在所述副滑靴外侧设有辅助滑靴机构，辅助滑靴机构包括辅助滑靴及辅助滑靴翻转油缸，辅助滑靴一端铰接在副滑靴上，辅助滑靴另一端为自由端；所述辅助滑靴翻转油缸一端铰接在辅助滑靴上表面，辅助滑靴翻转油缸另一端通过转接支架铰接在副滑靴上；在所述副滑靴内侧设有截割稳定器，截割稳定器包括主滑靴压板及压板翻转油缸，主滑靴压板一端铰接在副滑靴上，主滑靴压板另一端为自由端；所述压板翻转油缸一端铰接在主滑靴压板上表面，压板翻转油缸另一端通过转接支架铰接在在副滑靴上。

所述截割部位姿调整组件包括纵向滑移基座、纵向滑移基座推移油缸、升降框架体、升降框架体推移油缸、横向滑移框架体及横向滑移框架体推移油缸；所述纵向滑移基座位于主滑靴内，纵向滑移基座相对于主滑靴仅具有纵向滑移自由度；所述纵向滑移基座推移油缸位于主滑靴内，纵向滑移基座推移油缸一端铰接在主滑靴上，纵向滑移基座推移油缸另一端铰接在纵向滑移基座上；所述升降框架体位于主滑靴上方，所述升降框架体推移油缸竖直设置，升降框架体推移油缸的活塞杆朝下且固连在纵向滑移基座上，升降框架体推移油缸的缸筒与升降框架体相固连；所述横向滑移框架体位于升降框架体内，横向滑移框架体相对于升降框架体仅具有横向滑移自由度；所述横向滑移框架体推移油缸位于升降框架体内，横向滑移框架体推移油缸一端铰接在升降框架体上，横向滑移框架体推移油缸另一端铰接在横向滑移框架体上。

所述主支撑部包括主支撑立柱、主支撑油缸及主支撑纵梁；所述主支撑纵梁位于主滑靴上方，所述主支撑立柱竖直固连在主支撑纵梁与纵向滑移基座之间；所述主支撑油缸竖直设置，主支撑油缸的缸筒底端与纵向滑移基座相固连，主支撑油缸的活塞杆顶端与主支撑纵梁下表面相固连；在所述主支撑油缸的缸筒外侧竖直设有升降框架体导向立柱，所述升降框架体相对于升降框架体导向立柱仅具有竖直滑移自由度；在所述主支撑纵梁左右两侧设置有主支撑纵梁辅助顶撑机构，主支撑纵梁辅助顶撑机构包括主支撑纵梁辅助顶撑板和主支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸，主支撑纵梁辅助顶撑板一端铰接在主支撑纵梁上，主支撑纵梁辅助顶撑板另一端为自由端；所述主支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸一端铰接在主支撑纵梁辅助顶撑板下表面，主支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸另一端通过转接支架铰接在主支撑纵梁上；在所述主支撑纵梁的前端设有主支撑前探梁，主支撑前探梁插装在主支撑纵梁内，主支撑前探梁相对于主支撑纵梁仅具有纵向滑移自由度，在主支撑前探梁与主支撑纵梁之间连接有主支撑前探梁推移油缸；在所述主支撑前探梁外侧设置有主支撑前探梁辅助顶撑机构，主支撑前探梁辅助顶撑机构包括主支撑前探梁辅助顶撑板和主支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸，主支撑前探梁辅助顶撑板一端铰接在主支撑前探梁上，主支撑前探梁辅助顶撑板另一端为自由端；所述主支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸一端铰接在主支撑前探梁辅助顶撑板下表面，主支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸另一端通过转接支架铰接在主支撑前探梁上。

所述副支撑部包括副支撑立柱、副支撑油缸及副支撑纵梁；所述副支撑纵梁位于副滑靴上方，所述副支撑立柱竖直固连在副支撑纵梁与副滑靴上表面之间；所述副支撑油缸竖直设置，副支撑油缸的缸筒底端与副滑靴上表面相固连，副支撑油缸的活塞杆顶端与副支撑纵梁下表面相固连；在所述副支撑纵梁左右两侧设置有副支撑纵梁辅助顶撑机构，副支撑纵梁辅助顶撑机构包括副支撑纵梁辅助顶撑板和副支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸，副支撑纵梁辅助顶撑板一端铰接在副支撑纵梁上，副支撑纵梁辅助顶撑板另一端为自由端；所述副支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸一端铰接在副支撑纵梁辅助顶撑板下表面，副支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸另一端通过转接支架铰接在副支撑纵梁上；在所述副支撑纵梁的前端设有副支撑前探梁，副支撑前探梁插装在副支撑纵梁内，副支撑前探梁相对于副支撑纵梁仅具有纵向滑移自由度，在副支撑前探梁与副支撑纵梁之间连接有副支撑前探梁推移油缸；在所述副支撑前探梁外侧设置有副支撑前探梁辅助顶撑机构，副支撑前探梁辅助顶撑机构包括副支撑前探梁辅助顶撑板和副支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸，副支撑前探梁辅助顶撑板一端铰接在副支撑前探梁上，副支撑前探梁辅助顶撑板另一端为自由端；所述副支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸一端铰接在副支撑前探梁辅助顶撑板下表面，副支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸另一端通过转接支架铰接在副支撑纵梁上。

所述截割部包括第一截割头、第二截割头、齿轮传动箱、减速器、截割电机、壳式转轴体、截割部回转姿态调整电机、截割部回转姿态调整主动齿轮及截割部回转姿态调整从动齿轮；所述壳式转轴体插装在升降框架体内，壳式转轴体与升降框架体之间设有轴承，壳式转轴体相对于升降框架体仅具有回转自由度；所述截割部回转姿态调整从动齿轮同轴固装在壳式转轴体末端，所述截割部回转姿态调整电机安装在升降框架体上，所述截割部回转姿态调整主动齿轮固装在截割部回转姿态调整电机的电机轴上，截割部回转姿态调整主动齿轮与截割部回转姿态调整从动齿轮相啮合；所述减速器和截割电机均同轴安装在壳式转轴体内，截割电机的电机轴与减速器的动力输入轴相固连，减速器的动力输出轴与齿轮传动箱的动力输入轴相固连，齿轮传动箱的外壳与壳式转轴体相固连；所述第一截割头安装在齿轮传动箱的第一动力输出轴上，所述第二截割头安装在齿轮传动箱的第二动力输出轴上；所述齿轮传动箱的第一动力输出轴与动力输入轴的轴间距小于齿轮传动箱的第二动力输出轴与动力输入轴的轴间距。

所述铲运部包括刮板运输机、主铲板、副铲板及耙装铲板；所述刮板运输机设置在主滑靴上，所述主铲板设置在刮板运输机的进料端，在主铲板上设置有耙爪；所述副铲板位于主铲板后侧，副铲板相对于主铲板仅具有横向滑移自由度，在主铲板与副铲板之间设置有副铲板推移油缸，副铲板推移油缸一端铰接在主铲板上，副铲板推移油缸另一端铰接在副铲板上；所述耙装铲板一端铰接在副铲板外边沿上，耙装铲板另一端为自由端，在耙装铲板与副铲板之间设有耙装铲板翻转油缸，耙装铲板翻转油缸一端铰接在副铲板上，耙装铲板翻转油缸另一端铰接在耙装铲板上。

所述的短机身掘进机器人的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：将事先准备好的临时横向钢梁铺设到主支撑纵梁和副支撑纵梁上方，将事先准备好的前探护顶网铺设到主支撑前探梁和副支撑前探梁上方，控制主支撑立柱、主支撑油缸、副支撑立柱及副支撑油缸同步升起，将临时横向钢梁和前探护顶网顶靠在巷道顶部上，然后控制主支撑纵梁辅助顶撑机构和副支撑纵梁辅助顶撑机构顶撑住临时横向钢梁，控制主支撑前探梁辅助顶撑机构和副支撑前探梁辅助顶撑机构顶撑住前探护顶网，进而完成对巷道顶部的支护；最后控制截割稳定器动作并压紧在主滑靴上；

步骤二：启动截割电机，动力依次通过减速器和齿轮传动箱传递给第一截割头和第二截割头；通过控制纵向滑移基座推移油缸的伸缩，用以实现截割部的前进和后退，通过控制升降框架体推移油缸的伸缩，用以实现截割部的上升和下降，通过控制横向滑移框架体推移油缸的伸缩，用以实现截割部的左右平移；通过控制截割部回转姿态调整电机的转动，用以实现截割部的整体回转；最终通过第一截割头和第二截割头完成煤岩的截割；

步骤三：当截割完成后，截割部退回到初始位置，截割稳定器抬离主滑靴，控制主支撑立柱和主支撑油缸同步下降，然后控制迈步推移油缸动作，使主滑靴及其上的截割部、截割部位姿调整组件、主支撑部及铲运部共同向前移动一个步距；随着铲运部向前移动，由主铲板上的耙爪将落煤铲入刮板运输机，随后控制副铲板推移油缸动作，使副铲板和耙装铲板向巷道侧帮移动，直到耙装铲板靠向巷道侧帮，然后控制耙装铲板翻转油缸动作，使耙装铲板向内侧偏转，进而将巷道侧帮处的落煤推动主铲板上，最终通过耙爪将落煤铲入刮板运输机，完成落煤的装运；

步骤四：当落煤装运完成后，铲运部回到初始状态，控制主支撑立柱和主支撑油缸同步上升，恢复主支撑部对巷道顶部的支护；然后控制副支撑立柱及副支撑油缸同步下降，再控制迈步推移油缸动作，使副滑靴及其上的副支撑部共同向前移动一个步距；然后控制副支撑立柱及副支撑油缸同步上升，恢复副支撑部对巷道顶部的支护；最后控制截割稳定器动作并压紧在主滑靴上；

步骤五：重复步骤二至步骤四，实现连续采煤作业。

本发明的有益效果：

本发明的短机身掘进机器人及使用方法，截割部采用了全新的结构形式和布局，可将机身长度有效控制在4～5米，即使位于狭窄的井下巷道内也可保证掘进机器人的移动灵活性，并且增大了截割作业范围，同时可以进一步提高截割工序作业效率。

附图说明

图1为本发明的一种短机身掘进机器人的结构示意图；

图2为本发明的截割部、截割部位姿调整组件、主支撑部及迈步式行走底座主滑靴的装配示意图；

图3为本发明的副支撑部及迈步式行走底座副滑靴的装配示意图；

图4为本发明的铲运部的结构示意图(前视视角)；

图5为本发明的铲运部的结构示意图(后视视角)；

图6为本发明的截割部及截割部位姿调整组件的装配示意图；

图7为本发明的截割部的结构示意图(剖视视角)；

图8为本发明的铲运部的变形过程示意图；

图9为本发明的主/副支撑部在面对拱形巷道时的支护状态示意图；

图10为本发明的主/副支撑部在面对矩形巷道时的支护状态示意图；

图中，1—截割部，2—截割部位姿调整组件，3—迈步式行走底座，4—铲运部，5—主支撑部，6—副支撑部，7—主滑靴，8—副滑靴，9—迈步推移油缸，10—辅助滑靴，11—辅助滑靴翻转油缸，12—主滑靴压板，13—压板翻转油缸，14—纵向滑移基座，15—升降框架体，16—升降框架体推移油缸，17—横向滑移框架体，18—横向滑移框架体推移油缸，19—主支撑立柱，20—主支撑油缸，21—主支撑纵梁，22—升降框架体导向立柱，23—主支撑纵梁辅助顶撑板，24—主支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸，25—主支撑前探梁，26—主支撑前探梁辅助顶撑板，27—主支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸，28—副支撑立柱，29—副支撑油缸，30—副支撑纵梁，31—副支撑纵梁辅助顶撑板，32—副支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸，33—副支撑前探梁，34—副支撑前探梁辅助顶撑板，35—副支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸，36—第一截割头，37—第二截割头，38—齿轮传动箱，39—减速器，40—截割电机，41—壳式转轴体，42—截割部回转姿态调整电机，43—截割部回转姿态调整主动齿轮，44—截割部回转姿态调整从动齿轮，45—轴承，46—刮板运输机，47—主铲板，48—副铲板，49—耙装铲板，50—耙爪，51—副铲板推移油缸，52—耙装铲板翻转油缸，53—临时横向钢梁，54—前探护顶网。

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1～10所示，一种短机身掘进机器人，包括截割部1、截割部位姿调整组件2、迈步式行走底座3、铲运部4、主支撑部5及副支撑部6；所述截割部位姿调整组件2设置在迈步式行走底座3上，所述截割部1设置在截割部位姿调整组件2上；所述铲运部4位于截割部1和截割部位姿调整组件2下方；所述主支撑部5设置在截割部位姿调整组件2两侧的迈步式行走底座3上，所述副支撑部6设置在主支撑部5外侧的迈步式行走底座3上。

所述迈步式行走底座3包括主滑靴7、副滑靴8及迈步推移油缸9；所述迈步推移油缸9一端铰接在主滑靴7上，迈步推移油缸9另一端铰接在副滑靴8上；在所述副滑靴8外侧设有辅助滑靴机构，辅助滑靴机构包括辅助滑靴10及辅助滑靴翻转油缸11，辅助滑靴10一端铰接在副滑靴8上，辅助滑靴10另一端为自由端；所述辅助滑靴翻转油缸11一端铰接在辅助滑靴10上表面，辅助滑靴翻转油缸11另一端通过转接支架铰接在副滑靴8上；在所述副滑靴8内侧设有截割稳定器，截割稳定器包括主滑靴压板12及压板翻转油缸13，主滑靴压板12一端铰接在副滑靴8上，主滑靴压板12另一端为自由端；所述压板翻转油缸13一端铰接在主滑靴压板12上表面，压板翻转油缸13另一端通过转接支架铰接在在副滑靴8上。

所述截割部位姿调整组件2包括纵向滑移基座14、纵向滑移基座推移油缸、升降框架体15、升降框架体推移油缸16、横向滑移框架体17及横向滑移框架体推移油缸18；所述纵向滑移基座14位于主滑靴7内，纵向滑移基座14相对于主滑靴7仅具有纵向滑移自由度；所述纵向滑移基座推移油缸位于主滑靴7内，纵向滑移基座推移油缸一端铰接在主滑靴7上，纵向滑移基座推移油缸另一端铰接在纵向滑移基座14上；所述升降框架体15位于主滑靴7上方，所述升降框架体推移油缸16竖直设置，升降框架体推移油缸16的活塞杆朝下且固连在纵向滑移基座14上，升降框架体推移油缸16的缸筒与升降框架体15相固连；所述横向滑移框架体17位于升降框架体15内，横向滑移框架体17相对于升降框架体15仅具有横向滑移自由度；所述横向滑移框架体推移油缸18位于升降框架体15内，横向滑移框架体推移油缸18一端铰接在升降框架体15上，横向滑移框架体推移油缸18另一端铰接在横向滑移框架体17上。

所述主支撑部5包括主支撑立柱19、主支撑油缸20及主支撑纵梁21；所述主支撑纵梁21位于主滑靴7上方，所述主支撑立柱19竖直固连在主支撑纵梁21与纵向滑移基座14之间；所述主支撑油缸20竖直设置，主支撑油缸20的缸筒底端与纵向滑移基座14相固连，主支撑油缸20的活塞杆顶端与主支撑纵梁21下表面相固连；在所述主支撑油缸20的缸筒外侧竖直设有升降框架体导向立柱22，所述升降框架体15相对于升降框架体导向立柱22仅具有竖直滑移自由度；在所述主支撑纵梁21左右两侧设置有主支撑纵梁辅助顶撑机构，主支撑纵梁辅助顶撑机构包括主支撑纵梁辅助顶撑板23和主支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸24，主支撑纵梁辅助顶撑板23一端铰接在主支撑纵梁21上，主支撑纵梁辅助顶撑板23另一端为自由端；所述主支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸24一端铰接在主支撑纵梁辅助顶撑板23下表面，主支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸24另一端通过转接支架铰接在主支撑纵梁21上；在所述主支撑纵梁21的前端设有主支撑前探梁25，主支撑前探梁25插装在主支撑纵梁21内，主支撑前探梁25相对于主支撑纵梁21仅具有纵向滑移自由度，在主支撑前探梁25与主支撑纵梁21之间连接有主支撑前探梁推移油缸；在所述主支撑前探梁25外侧设置有主支撑前探梁辅助顶撑机构，主支撑前探梁辅助顶撑机构包括主支撑前探梁辅助顶撑板26和主支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸27，主支撑前探梁辅助顶撑板26一端铰接在主支撑前探梁25上，主支撑前探梁辅助顶撑板26另一端为自由端；所述主支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸27一端铰接在主支撑前探梁辅助顶撑板26下表面，主支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸27另一端通过转接支架铰接在主支撑前探梁25上。

所述副支撑部6包括副支撑立柱28、副支撑油缸29及副支撑纵梁30；所述副支撑纵梁30位于副滑靴8上方，所述副支撑立柱28竖直固连在副支撑纵梁30与副滑靴8上表面之间；所述副支撑油缸29竖直设置，副支撑油缸29的缸筒底端与副滑靴8上表面相固连，副支撑油缸29的活塞杆顶端与副支撑纵梁30下表面相固连；在所述副支撑纵梁30左右两侧设置有副支撑纵梁辅助顶撑机构，副支撑纵梁辅助顶撑机构包括副支撑纵梁辅助顶撑板31和副支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸32，副支撑纵梁辅助顶撑板31一端铰接在副支撑纵梁30上，副支撑纵梁辅助顶撑板31另一端为自由端；所述副支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸32一端铰接在副支撑纵梁辅助顶撑板31下表面，副支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸32另一端通过转接支架铰接在副支撑纵梁30上；在所述副支撑纵梁30的前端设有副支撑前探梁33，副支撑前探梁33插装在副支撑纵梁30内，副支撑前探梁33相对于副支撑纵梁30仅具有纵向滑移自由度，在副支撑前探梁33与副支撑纵梁30之间连接有副支撑前探梁推移油缸；在所述副支撑前探梁33外侧设置有副支撑前探梁辅助顶撑机构，副支撑前探梁辅助顶撑机构包括副支撑前探梁辅助顶撑板34和副支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸35，副支撑前探梁辅助顶撑板34一端铰接在副支撑前探梁33上，副支撑前探梁辅助顶撑板34另一端为自由端；所述副支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸35一端铰接在副支撑前探梁辅助顶撑板34下表面，副支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸35另一端通过转接支架铰接在副支撑纵梁30上。

所述截割部1包括第一截割头36、第二截割头37、齿轮传动箱38、减速器39、截割电机40、壳式转轴体41、截割部回转姿态调整电机42、截割部回转姿态调整主动齿轮43及截割部回转姿态调整从动齿轮44；所述壳式转轴体44插装在升降框架体15内，壳式转轴体41与升降框架体15之间设有轴承45，壳式转轴体41相对于升降框架体15仅具有回转自由度；所述截割部回转姿态调整从动齿轮44同轴固装在壳式转轴体41末端，所述截割部回转姿态调整电机42安装在升降框架体15上，所述截割部回转姿态调整主动齿轮43固装在截割部回转姿态调整电机42的电机轴上，截割部回转姿态调整主动齿轮43与截割部回转姿态调整从动齿轮44相啮合；所述减速器39和截割电机40均同轴安装在壳式转轴体41内，截割电机40的电机轴与减速器39的动力输入轴相固连，减速器39的动力输出轴与齿轮传动箱38的动力输入轴相固连，齿轮传动箱38的外壳与壳式转轴体41相固连；所述第一截割头36安装在齿轮传动箱38的第一动力输出轴上，所述第二截割头37安装在齿轮传动箱38的第二动力输出轴上；所述齿轮传动箱38的第一动力输出轴与动力输入轴的轴间距小于齿轮传动箱38的第二动力输出轴与动力输入轴的轴间距。

所述铲运部4包括刮板运输机46、主铲板47、副铲板48及耙装铲板49；所述刮板运输机46设置在主滑靴7上，所述主铲板47设置在刮板运输机46的进料端，在主铲板47上设置有耙爪50；所述副铲板48位于主铲板47后侧，副铲板48相对于主铲板47仅具有横向滑移自由度，在主铲板47与副铲板48之间设置有副铲板推移油缸51，副铲板推移油缸51一端铰接在主铲板47上，副铲板推移油缸51另一端铰接在副铲板48上；所述耙装铲板49一端铰接在副铲板48外边沿上，耙装铲板49另一端为自由端，在耙装铲板49与副铲板48之间设有耙装铲板翻转油缸52，耙装铲板翻转油缸52一端铰接在副铲板48上，耙装铲板翻转油缸52另一端铰接在耙装铲板49上。

所述的短机身掘进机器人的使用方法，包括如下步骤：

步骤一：将事先准备好的临时横向钢梁53铺设到主支撑纵梁21和副支撑纵梁30上方，将事先准备好的前探护顶网54铺设到主支撑前探梁25和副支撑前探梁33上方，控制主支撑立柱19、主支撑油缸20、副支撑立柱28及副支撑油缸29同步升起，将临时横向钢梁53和前探护顶网54顶靠在巷道顶部上，然后控制主支撑纵梁辅助顶撑机构和副支撑纵梁辅助顶撑机构顶撑住临时横向钢梁53，控制主支撑前探梁辅助顶撑机构和副支撑前探梁辅助顶撑机构顶撑住前探护顶网54，进而完成对巷道顶部的支护；最后控制截割稳定器动作并压紧在主滑靴7上；

步骤二：启动截割电机40，动力依次通过减速器39和齿轮传动箱38传递给第一截割头36和第二截割头37；通过控制纵向滑移基座推移油缸的伸缩，用以实现截割部1的前进和后退，通过控制升降框架体推移油缸16的伸缩，用以实现截割部1的上升和下降，通过控制横向滑移框架体推移油缸18的伸缩，用以实现截割部1的左右平移；通过控制截割部回转姿态调整电机42的转动，用以实现截割部1的整体回转；最终通过第一截割头36和第二截割头37完成煤岩的截割；

步骤三：当截割完成后，截割部1退回到初始位置，截割稳定器抬离主滑靴7，控制主支撑立柱19和主支撑油缸20同步下降，然后控制迈步推移油缸9动作，使主滑靴7及其上的截割部1、截割部位姿调整组件2、主支撑部5及铲运部4共同向前移动一个步距；随着铲运部4向前移动，由主铲板47上的耙爪50将落煤铲入刮板运输机46，随后控制副铲板推移油缸51动作，使副铲板48和耙装铲板49向巷道侧帮移动，直到耙装铲板49靠向巷道侧帮，然后控制耙装铲板翻转油缸52动作，使耙装铲板49向内侧偏转，进而将巷道侧帮处的落煤推动主铲板47上，最终通过耙爪50将落煤铲入刮板运输机46，完成落煤的装运；

步骤四：当落煤装运完成后，铲运部4回到初始状态，控制主支撑立柱19和主支撑油缸20同步上升，恢复主支撑部5对巷道顶部的支护；然后控制副支撑立柱28及副支撑油缸29同步下降，再控制迈步推移油缸9动作，使副滑靴8及其上的副支撑部6共同向前移动一个步距；然后控制副支撑立柱28及副支撑油缸29同步上升，恢复副支撑部6对巷道顶部的支护；最后控制截割稳定器动作并压紧在主滑靴7上；

步骤五：重复步骤二至步骤四，实现连续采煤作业。

本发明采用了双截割头设计，其中第一截割头36用于截割巷道中心范围内的煤岩，而第二截割头37用于截割巷道边侧范围内的煤岩，截割煤岩时，第一截割头36和第二截割头37同时工作，使截割效率大幅度增加。截割部1除了可以实现前后、左右、上下方向的移动，还可以进行回转运动，通过几种运动形式的组合或单独实施，可以设计出多种截割路线和方式。

在巷道断面坐标系中，第一截割头36能够达到的范围为：

在巷道断面坐标系中，第二截割头37能够达到的范围为：

式中，R₁为第一截割头36的直径，R₂为齿轮传动箱38的第一动力输出轴与动力输入轴的轴间距，r₁为第二截割头37的直径，r₂为齿轮传动箱38的第二动力输出轴与动力输入轴的轴间距，θ为壳式转轴体41的回转角度，ΔL为横向滑移框架体17的水平移动距离，H₀为齿轮传动箱38的动力输入轴与巷道底板的最小间距，ΔH为升降框架体15的垂直升降距离。

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 (8)

1.一种短机身掘进机器人，其特征在于：包括截割部、截割部位姿调整组件、迈步式行走底座、铲运部、主支撑部及副支撑部；所述截割部位姿调整组件设置在迈步式行走底座上，所述截割部设置在截割部位姿调整组件上；所述铲运部位于截割部和截割部位姿调整组件下方；所述主支撑部设置在截割部位姿调整组件两侧的迈步式行走底座上，所述副支撑部设置在主支撑部外侧的迈步式行走底座上。

2.根据权利要求1所述的一种短机身掘进机器人，其特征在于：所述迈步式行走底座包括主滑靴、副滑靴及迈步推移油缸；所述迈步推移油缸一端铰接在主滑靴上，迈步推移油缸另一端铰接在副滑靴上；在所述副滑靴外侧设有辅助滑靴机构，辅助滑靴机构包括辅助滑靴及辅助滑靴翻转油缸，辅助滑靴一端铰接在副滑靴上，辅助滑靴另一端为自由端；所述辅助滑靴翻转油缸一端铰接在辅助滑靴上表面，辅助滑靴翻转油缸另一端通过转接支架铰接在副滑靴上；在所述副滑靴内侧设有截割稳定器，截割稳定器包括主滑靴压板及压板翻转油缸，主滑靴压板一端铰接在副滑靴上，主滑靴压板另一端为自由端；所述压板翻转油缸一端铰接在主滑靴压板上表面，压板翻转油缸另一端通过转接支架铰接在在副滑靴上。

3.根据权利要求2所述的一种短机身掘进机器人，其特征在于：所述截割部位姿调整组件包括纵向滑移基座、纵向滑移基座推移油缸、升降框架体、升降框架体推移油缸、横向滑移框架体及横向滑移框架体推移油缸；所述纵向滑移基座位于主滑靴内，纵向滑移基座相对于主滑靴仅具有纵向滑移自由度；所述纵向滑移基座推移油缸位于主滑靴内，纵向滑移基座推移油缸一端铰接在主滑靴上，纵向滑移基座推移油缸另一端铰接在纵向滑移基座上；所述升降框架体位于主滑靴上方，所述升降框架体推移油缸竖直设置，升降框架体推移油缸的活塞杆朝下且固连在纵向滑移基座上，升降框架体推移油缸的缸筒与升降框架体相固连；所述横向滑移框架体位于升降框架体内，横向滑移框架体相对于升降框架体仅具有横向滑移自由度；所述横向滑移框架体推移油缸位于升降框架体内，横向滑移框架体推移油缸一端铰接在升降框架体上，横向滑移框架体推移油缸另一端铰接在横向滑移框架体上。

4.根据权利要求3所述的一种短机身掘进机器人，其特征在于：所述主支撑部包括主支撑立柱、主支撑油缸及主支撑纵梁；所述主支撑纵梁位于主滑靴上方，所述主支撑立柱竖直固连在主支撑纵梁与纵向滑移基座之间；所述主支撑油缸竖直设置，主支撑油缸的缸筒底端与纵向滑移基座相固连，主支撑油缸的活塞杆顶端与主支撑纵梁下表面相固连；在所述主支撑油缸的缸筒外侧竖直设有升降框架体导向立柱，所述升降框架体相对于升降框架体导向立柱仅具有竖直滑移自由度；在所述主支撑纵梁左右两侧设置有主支撑纵梁辅助顶撑机构，主支撑纵梁辅助顶撑机构包括主支撑纵梁辅助顶撑板和主支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸，主支撑纵梁辅助顶撑板一端铰接在主支撑纵梁上，主支撑纵梁辅助顶撑板另一端为自由端；所述主支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸一端铰接在主支撑纵梁辅助顶撑板下表面，主支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸另一端通过转接支架铰接在主支撑纵梁上；在所述主支撑纵梁的前端设有主支撑前探梁，主支撑前探梁插装在主支撑纵梁内，主支撑前探梁相对于主支撑纵梁仅具有纵向滑移自由度，在主支撑前探梁与主支撑纵梁之间连接有主支撑前探梁推移油缸；在所述主支撑前探梁外侧设置有主支撑前探梁辅助顶撑机构，主支撑前探梁辅助顶撑机构包括主支撑前探梁辅助顶撑板和主支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸，主支撑前探梁辅助顶撑板一端铰接在主支撑前探梁上，主支撑前探梁辅助顶撑板另一端为自由端；所述主支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸一端铰接在主支撑前探梁辅助顶撑板下表面，主支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸另一端通过转接支架铰接在主支撑前探梁上。

5.根据权利要求2所述的一种短机身掘进机器人，其特征在于：所述副支撑部包括副支撑立柱、副支撑油缸及副支撑纵梁；所述副支撑纵梁位于副滑靴上方，所述副支撑立柱竖直固连在副支撑纵梁与副滑靴上表面之间；所述副支撑油缸竖直设置，副支撑油缸的缸筒底端与副滑靴上表面相固连，副支撑油缸的活塞杆顶端与副支撑纵梁下表面相固连；在所述副支撑纵梁左右两侧设置有副支撑纵梁辅助顶撑机构，副支撑纵梁辅助顶撑机构包括副支撑纵梁辅助顶撑板和副支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸，副支撑纵梁辅助顶撑板一端铰接在副支撑纵梁上，副支撑纵梁辅助顶撑板另一端为自由端；所述副支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸一端铰接在副支撑纵梁辅助顶撑板下表面，副支撑纵梁辅助顶撑板翻转油缸另一端通过转接支架铰接在副支撑纵梁上；在所述副支撑纵梁的前端设有副支撑前探梁，副支撑前探梁插装在副支撑纵梁内，副支撑前探梁相对于副支撑纵梁仅具有纵向滑移自由度，在副支撑前探梁与副支撑纵梁之间连接有副支撑前探梁推移油缸；在所述副支撑前探梁外侧设置有副支撑前探梁辅助顶撑机构，副支撑前探梁辅助顶撑机构包括副支撑前探梁辅助顶撑板和副支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸，副支撑前探梁辅助顶撑板一端铰接在副支撑前探梁上，副支撑前探梁辅助顶撑板另一端为自由端；所述副支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸一端铰接在副支撑前探梁辅助顶撑板下表面，副支撑前探梁辅助顶撑板翻转油缸另一端通过转接支架铰接在副支撑纵梁上。

6.根据权利要求3所述的一种短机身掘进机器人，其特征在于：所述截割部包括第一截割头、第二截割头、齿轮传动箱、减速器、截割电机、壳式转轴体、截割部回转姿态调整电机、截割部回转姿态调整主动齿轮及截割部回转姿态调整从动齿轮；所述壳式转轴体插装在升降框架体内，壳式转轴体与升降框架体之间设有轴承，壳式转轴体相对于升降框架体仅具有回转自由度；所述截割部回转姿态调整从动齿轮同轴固装在壳式转轴体末端，所述截割部回转姿态调整电机安装在升降框架体上，所述截割部回转姿态调整主动齿轮固装在截割部回转姿态调整电机的电机轴上，截割部回转姿态调整主动齿轮与截割部回转姿态调整从动齿轮相啮合；所述减速器和截割电机均同轴安装在壳式转轴体内，截割电机的电机轴与减速器的动力输入轴相固连，减速器的动力输出轴与齿轮传动箱的动力输入轴相固连，齿轮传动箱的外壳与壳式转轴体相固连；所述第一截割头安装在齿轮传动箱的第一动力输出轴上，所述第二截割头安装在齿轮传动箱的第二动力输出轴上；所述齿轮传动箱的第一动力输出轴与动力输入轴的轴间距小于齿轮传动箱的第二动力输出轴与动力输入轴的轴间距。

7.根据权利要求2所述的一种短机身掘进机器人，其特征在于：所述铲运部包括刮板运输机、主铲板、副铲板及耙装铲板；所述刮板运输机设置在主滑靴上，所述主铲板设置在刮板运输机的进料端，在主铲板上设置有耙爪；所述副铲板位于主铲板后侧，副铲板相对于主铲板仅具有横向滑移自由度，在主铲板与副铲板之间设置有副铲板推移油缸，副铲板推移油缸一端铰接在主铲板上，副铲板推移油缸另一端铰接在副铲板上；所述耙装铲板一端铰接在副铲板外边沿上，耙装铲板另一端为自由端，在耙装铲板与副铲板之间设有耙装铲板翻转油缸，耙装铲板翻转油缸一端铰接在副铲板上，耙装铲板翻转油缸另一端铰接在耙装铲板上。

8.权利要求1所述的短机身掘进机器人的使用方法，，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将事先准备好的临时横向钢梁铺设到主支撑纵梁和副支撑纵梁上方，将事先准备好的前探护顶网铺设到主支撑前探梁和副支撑前探梁上方，控制主支撑立柱、主支撑油缸、副支撑立柱及副支撑油缸同步升起，将临时横向钢梁和前探护顶网顶靠在巷道顶部上，然后控制主支撑纵梁辅助顶撑机构和副支撑纵梁辅助顶撑机构顶撑住临时横向钢梁，控制主支撑前探梁辅助顶撑机构和副支撑前探梁辅助顶撑机构顶撑住前探护顶网，进而完成对巷道顶部的支护；最后控制截割稳定器动作并压紧在主滑靴上；

步骤二：启动截割电机，动力依次通过减速器和齿轮传动箱传递给第一截割头和第二截割头；通过控制纵向滑移基座推移油缸的伸缩，用以实现截割部的前进和后退，通过控制升降框架体推移油缸的伸缩，用以实现截割部的上升和下降，通过控制横向滑移框架体推移油缸的伸缩，用以实现截割部的左右平移；通过控制截割部回转姿态调整电机的转动，用以实现截割部的整体回转；最终通过第一截割头和第二截割头完成煤岩的截割；

步骤三：当截割完成后，截割部退回到初始位置，截割稳定器抬离主滑靴，控制主支撑立柱和主支撑油缸同步下降，然后控制迈步推移油缸动作，使主滑靴及其上的截割部、截割部位姿调整组件、主支撑部及铲运部共同向前移动一个步距；随着铲运部向前移动，由主铲板上的耙爪将落煤铲入刮板运输机，随后控制副铲板推移油缸动作，使副铲板和耙装铲板向巷道侧帮移动，直到耙装铲板靠向巷道侧帮，然后控制耙装铲板翻转油缸动作，使耙装铲板向内侧偏转，进而将巷道侧帮处的落煤推动主铲板上，最终通过耙爪将落煤铲入刮板运输机，完成落煤的装运；

步骤四：当落煤装运完成后，铲运部回到初始状态，控制主支撑立柱和主支撑油缸同步上升，恢复主支撑部对巷道顶部的支护；然后控制副支撑立柱及副支撑油缸同步下降，再控制迈步推移油缸动作，使副滑靴及其上的副支撑部共同向前移动一个步距；然后控制副支撑立柱及副支撑油缸同步上升，恢复副支撑部对巷道顶部的支护；最后控制截割稳定器动作并压紧在主滑靴上；

步骤五：重复步骤二至步骤四，实现连续采煤作业。

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