CN111872957A - 一种智能换钻机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种智能换钻机器人，涉及矿山机械技术领域。该换钻机器人包括机器人主体、设置于机器人主体下的行走机构以及设置于机器人主体上的电机、液压泵、电控柜、油箱和换钻机构；所述换钻机构包括用于盛放钻杆的钻杆库以及用于抓取钻杆的多自由度换钻机械手；所述多自由度换钻机械手通过回转支承转动安装于机器人主体上，在摆动油缸的驱动下实现多自由度转动，抓取钻杆。本发明公开的一种智能换钻机器人，采用摆动油缸和回转支承结合的方式驱动换钻机械手的关节进行换钻工作，结构紧凑，功率体积比大；且钻杆库安装在行走履带后端，实现存钻、运钻、装卸钻杆的一体化，降低工人劳动强度，提高井下换钻的自动化程度。

Description

一种智能换钻机器人

技术领域

本发明涉及矿山机械技术领域，具体涉及一种用于井下换钻的智能换钻机器人。

背景技术

随着煤矿开采深度和强度的增加，冲击地压越来越频繁，由此造成的损失也越来越大。目前，煤矿防冲的主要措施之一是在煤层中钻孔以释放煤层压力，常使用的卸压钻机大多利用螺旋钻杆对岩层钻孔进行卸压工作。

但是，由于所需要钻孔的深度大，需要的钻杆数量也多，这就使得需要多根钻杆首尾相连，打入煤壁，在一个钻孔结束后，还必须将钻杆一节节拉出，放入钻杆箱。由于地下施工的场所空间有限，目前卸压钻机的钻杆在拼接和拆卸时自动化程度低，工人劳动强度高，还必须在钻机工作区域附近工作，易发生事故。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种自动化程度高、便于远程控制操作的智能换钻机器人，以降低工人劳动强度，提高工作效率。

发明内容

根据本发明的目的提出的一种智能换钻机器人，包括机器人主体、设置于机器人主体下的行走机构以及设置于机器人主体上的电机、液压泵、电控柜、油箱和换钻机构；所述换钻机构包括用于盛放钻杆的钻杆库以及用于抓取钻杆的多自由度换钻机械手；所述多自由度换钻机械手通过回转支承转动安装于机器人主体上，在摆动油缸的驱动下实现多自由度转动，抓取钻杆。

优选的，所述钻杆库包括矩形管和钻杆摆放架，所述矩形管为对称设置的两个，所述钻杆库通过矩形管安装于机器人主体后方；所述钻杆摆放架安装于矩形管上方，底部设置有垂直于矩形管的若干加强板，所述钻杆摆放架其中一组对称设置的两侧边上对应设置有若干弧形凹槽，所述钻杆横置于凹槽内。

优选的，所述多自由度换钻机械手包括摆动油缸、安装座、大臂、小臂、L型连接板、T型连接板以及手爪；所述摆动油缸包括设置于安装座与大臂之间的第一摆动油缸、设置于大臂与小臂之间的第二摆动油缸、设置于小臂与L型连接板之间的第三摆动油缸、设置于L型连接板与T型连接板之间的第四摆动油缸以及设置于T型连接板和手爪之间的第五摆动油缸；所述安装座一端固定安装于回转支承输出法兰上，另一端与第一摆动油缸的安装法兰固定连接；所述大臂一端固定安装于第一摆动油缸的输出法兰上，另一端与第二摆动油缸的安装法兰固定连接；所述小臂一端固定安装于第二摆动油缸的输出法兰上，另一端与第三摆动油缸的安装法兰固定连接；所述L型连接板一端固定连接于第三摆动油缸输出法兰上，另一端与第四摆动油缸安装法兰固定连接，所述第四摆动油缸与第三摆动油缸垂直设置；所述T型连接板一端固定连接于第四摆动油缸输出法兰上，另一端与第五摆动油缸安装法兰固定连接，所述第五摆动油缸垂直于第三摆动油缸和第四摆动油缸设置；所述手爪固定连接于第五摆动油缸输出法兰上。

优选的，所述安装座于回转支承的驱动下进行360°回转，所述大臂、小臂、L型连接板、T型连接板以及手爪分别于其对应摆动油缸的驱动下进行180°旋转。

优选的，所述大臂包括第一连接筒、连接管和第二连接筒，第一连接筒与第二连接筒分别焊接于连接管的两端，所述第一连接筒与第一摆动油缸输出法兰固定连接，所述第二连接筒与第二摆动油缸安装法兰固定连接。

优选的，所述机器人还包括远程控制系统，所述远程控制系统包括控制平台、设置于机器人主体上的多个防爆摄像头、安装于回转支承和每一摆动油缸上用于测量每个关节转角的编码器以及电磁阀组。

优选的，所述防爆摄像头为设置于多自由度换钻机械手三侧的三个。

优选的，所述行走机构为安装于机器人主体下方的行走履带。

与现有技术相比，本发明公开的一种智能换钻机器人的优点是：

(1)本发明采用摆动油缸和回转支承结合的方式驱动换钻机械手的关节，结构紧凑，功率体积比大。

(2)本发明中钻杆库安装在行走履带后端，实现存钻、运钻、装卸钻杆的一体化，降低工人劳动强度，提高井下换钻的自动化程度。

(3)本发明中钻杆摆放位置固定，每个位置对应多自由度换钻机械手关节的一组角度，利用编码器测量关节转角，便于操作人员远距离操控。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明公开的一种智能换钻机器人的整体结构图。

图2为钻杆库结构图。

图3为多自由度换钻机械手立体图。

图4为多自由度换钻机械手主视图。

图5为大臂结构图。

图中的数字或字母所代表的零部件名称为：

1-钻杆库；2-电机；3-液压泵；4-电控柜；5-电磁阀组；6-多自由度换钻机械手；7-机器人主体；8-行走履带；9-油箱；10-摄像头；11-钻杆摆放架；12-加强板；13-矩形管；61-回转支承；62-安装座；63-第一摆动油缸；64-大臂；65-第二摆动油缸；66-小臂；67-第三摆动油缸；68-第四摆动油缸；69-L形连接板；610-T形连接板；611-第五摆动油缸；612-手爪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

图1-图5示出了本发明较佳的实施例，分别从不同的角度对其进行了详细的剖析。

如图1所示的一种智能换钻机器人，包括机器人主体7、设置于机器人主体7下的行走履带8以及设置于机器人主体7上的防爆电机2、液压泵3、PLC防爆电控柜4、油箱9和换钻机构。其中，防爆电机2、液压泵3、油箱9用于提供动力，液压泵3与防爆电机2同轴相连，集成于智能换钻机器人后部。PLC防爆电控柜4的电信号通过电缆控制电磁阀组5远程控制机器人。换钻机构包括用于盛放钻杆的钻杆库1以及用于抓取钻杆的多自由度换钻机械手6。

如图2所示，钻杆库1包括矩形管13和钻杆摆放架11。矩形管13为对称设置的两个，钻杆库1通过矩形管13安装于机器人主体7后方。钻杆摆放架11安装于矩形管13上方，底部设置有垂直于矩形管13的若干加强板12，钻杆摆放架11其中一组对称设置的两侧边上对应设置有若干弧形凹槽，钻杆横置于凹槽内，便于工人控制多自由度换钻机械手6换钻。钻杆为从下至上摆放的多层，数量逐层递减一个。

如图3、4所示，多自由度换钻机械手6通过回转支承61转动安装于机器人主体7前端，在摆动油缸的驱动下实现多自由度转动，抓取钻杆。具体的，多自由度换钻机械手6包括摆动油缸、安装座62、大臂64、小臂66、L型连接板69、T型连接板610以及手爪612。摆动油缸包括设置于安装座62与大臂64之间的第一摆动油缸63、设置于大臂64与小臂66之间的第二摆动油缸65、设置于小臂66与L型连接板69之间的第三摆动油缸67、设置于L型连接板69与T型连接板610之间的第四摆动油缸68以及设置于T型连接板610和手爪612之间的第五摆动油缸611。该多自由度换钻机械手6安装座62在回转支承61的带动下360°回转，第一摆动油缸63驱动大臂64、第二摆动油缸65驱动小臂66、第三摆动油缸67驱动L型连接板69、第四摆动油缸68驱动T型连接板610以及第五摆动油缸611驱动手爪612 180°旋转。

安装座62一端固定安装于回转支承61输出法兰上，另一端与第一摆动油缸63的安装法兰固定连接。如图5所示，大臂64包括第一连接筒641、连接管642和第二连接筒643，第一连接筒641与第二连接筒643分别焊接于连接管642的两端。该大臂64一端通过第一连接筒641固定安装于第一摆动油缸63的输出法兰上，另一端通过第二连接筒643与第二摆动油缸65的安装法兰固定连接。小臂66一端固定安装于第二摆动油缸65的输出法兰上，另一端与第三摆动油缸67的安装法兰固定连接。L型连接板69一端固定连接于第三摆动油缸67输出法兰上，另一端与第四摆动油缸68安装法兰固定连接，第四摆动油缸68与第三摆动油缸67垂直设置。T型连接板610一端固定连接于第四摆动油缸68输出法兰上，另一端与第五摆动油缸611安装法兰固定连接，第五摆动油缸611垂直于第三摆动油缸67和第四摆动油缸68设置。手爪612固定连接于第五摆动油缸611输出法兰上。

该智能换钻机器人还包括远程控制系统。该远程控制系统包括控制平台、设置于机器人主体7上多自由度换钻机械手6三侧的三个防爆摄像头10、安装于回转支承61和每一摆动油缸上用于测量每个关节转角的编码器以及电磁阀组5。编码器所测量的转角和摄像头10所拍摄的图像在经过plc编程后在控制平台显示屏上显示出来，因钻杆库1内每个钻杆位置均是固定的，对应的机械手角度也固定，工人根据摄像头10所拍摄的图像和编码器所测得的角度值，通过开关远距离控制电磁阀组5位置，从而控制摆动油缸转角，让机械手末端手爪612到达固定的角度，抓取钻杆，并把钻杆从钻杆库1放到钻机上；卸钻时，机械手再把钻杆从钻机放到钻杆库1上。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种智能换钻机器人，其特征在于，包括机器人主体(7)、设置于机器人主体(7)下的行走机构以及设置于机器人主体(7)上的电机(2)、液压泵(3)、电控柜(4)、油箱(9)和换钻机构；所述换钻机构包括用于盛放钻杆的钻杆库(1)以及用于抓取钻杆的多自由度换钻机械手(6)；所述多自由度换钻机械手(6)通过回转支承(61)转动安装于机器人主体(7)上，在摆动油缸的驱动下实现多自由度转动，抓取钻杆。

2.根据权利要求1所述的一种智能换钻机器人，其特征在于，所述钻杆库(1)包括矩形管(13)和钻杆摆放架(11)，所述矩形管(13)为对称设置的两个，所述钻杆库(1)通过矩形管(13)安装于机器人主体(7)后方；所述钻杆摆放架(11)安装于矩形管(13)上方，底部设置有垂直于矩形管(13)的若干加强板(12)，所述钻杆摆放架(11)其中一组对称设置的两侧边上对应设置有若干弧形凹槽，所述钻杆横置于凹槽内。

3.根据权利要求1所述的一种智能换钻机器人，其特征在于，所述多自由度换钻机械手(6)包括摆动油缸、安装座(62)、大臂(64)、小臂(66)、L型连接板(69)、T型连接板(610)以及手爪(612)；所述摆动油缸包括设置于安装座(62)与大臂(64)之间的第一摆动油缸(63)、设置于大臂(64)与小臂(66)之间的第二摆动油缸(65)、设置于小臂(66)与L型连接板(69)之间的第三摆动油缸(67)、设置于L型连接板(69)与T型连接板(610)之间的第四摆动油缸(68)以及设置于T型连接板(610)和手爪(612)之间的第五摆动油缸(611)；所述安装座(62)一端固定安装于回转支承(61)输出法兰上，另一端与第一摆动油缸(63)的安装法兰固定连接；所述大臂(64)一端固定安装于第一摆动油缸(63)的输出法兰上，另一端与第二摆动油缸(65)的安装法兰固定连接；所述小臂(66)一端固定安装于第二摆动油缸(65)的输出法兰上，另一端与第三摆动油缸(67)的安装法兰固定连接；所述L型连接板(69)一端固定连接于第三摆动油缸(67)输出法兰上，另一端与第四摆动油缸(68)安装法兰固定连接；所述T型连接板(610)一端固定连接于第四摆动油缸(68)输出法兰上，另一端与第五摆动油缸(611)安装法兰固定连接；所述手爪(612)固定连接于第五摆动油缸(611)输出法兰上。

4.根据权利要求3所述的一种智能换钻机器人，其特征在于，所述安装座(62)于回转支承(61)的驱动下进行360°回转，所述大臂(64)、小臂(66)、L型连接板(69)、T型连接板(610)以及手爪(612)分别于其对应摆动油缸的驱动下进行180°旋转。

5.根据权利要求3所述的一种智能换钻机器人，其特征在于，所述大臂(64)包括第一连接筒(641)、连接管(642)和第二连接筒(643)，第一连接筒(641)与第二连接筒(643)分别焊接于连接管(642)的两端，所述第一连接筒(641)与第一摆动油缸(63)输出法兰固定连接，所述第二连接筒(643)与第二摆动油缸(65)安装法兰固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种智能换钻机器人，其特征在于，所述机器人还包括远程控制系统，所述远程控制系统包括控制平台、设置于机器人主体(7)上的多个防爆摄像头(10)、安装于回转支承(61)和每一摆动油缸上用于测量每个关节转角的编码器以及电磁阀组(5)。

7.根据权利要求6所述的一种智能换钻机器人，其特征在于，所述防爆摄像头(10)为设置于多自由度换钻机械手(6)三侧的三个。

8.根据权利要求1所述的一种智能换钻机器人，其特征在于，所述行走机构为安装于机器人主体(7)下方的行走履带(8)。

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