CN113187557B - 一种基于孔中爬行机器人的快速脱缆装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于孔中爬行机器人的快速脱缆装置及方法，包括孔中爬行机器人、传感器线缆、快速脱缆装置；快速脱缆装置在孔中爬行机器人的最前端，传感器线缆与快速脱缆装置最前端连接；快速脱缆装置包括可伸缩连杆、设在可伸缩连杆前部的可回收卡爪机构、套在可伸缩连杆上的固定套筒、套在固定套筒上的螺纹套筒、设在螺纹套筒后端且与螺纹套筒内壁螺纹连接的丝杠以及套在螺纹套筒外的外壳且外壳前端与固定套筒前端固定连接。本发明能实现将传感器线缆推送至孔内指定位置并快速脫缆，操作简单、方便灵活、与煤壁的接触度好、可靠性高、方便回收、施工成本低。
Description
技术领域
本发明属于孔内物探监测的技术领域，具体涉及一种基于孔中爬行机器人的快速脱缆装置及方法。
背景技术
孔内物探的监测手段在煤矿井下应用逐渐增多，常用的孔内监测传感器光纤类的居多，主要原因是光纤传感器是无源的在煤矿井下使用安全系数高，目前基于爬行传感机器人的推送方式应运而生，成为深孔推送工具的主力军，长时间监测的线缆类的传感器还未有过尝试，主要原因是线缆类的传感器会在机器人出孔过程中出现缠绕拖拽出孔的情况，又不能将成本较高的爬行机器人长时间放置在孔内增加施工材料成本。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种基于孔中爬行机器人的快速脱缆装置及方法，其具有操作简单、方便灵活、与煤壁的接触度好、可靠性高、方便回收、施工成本低等特点。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种快速脱缆装置，包括可伸缩连杆、设在可伸缩连杆前部的可回收卡爪机构、套在可伸缩连杆上的固定套筒、套在固定套筒上的螺纹套筒、设在螺纹套筒后端且与螺纹套筒内壁螺纹连接的丝杠以及套在螺纹套筒外的外壳且外壳前端与固定套筒前端固定连接；
所述可伸缩连杆包括依次相连的后部杆、伸缩部和前部杆，在伸缩部上套有弹簧，在前部杆上套有移动环且移动环连接所述可回收卡爪机构；在移动环上设有第一半圆槽，后部杆上设有第二半圆槽；在固定套筒上设有与第一半圆槽相对的第一通孔以及与第二半圆槽相对的第二通孔，在第一通孔与第一半圆槽内设有第一滚珠，在第二通孔与第二半圆槽内设有第二滚珠；在螺纹套筒前部设有靠近第一通孔的第一环形槽且第一环形槽位于第一通孔前方，在螺纹套筒上还设有靠近第二通孔的第二环形槽且第二环形槽位于第二通孔前方；
螺纹套筒能在丝杠作用下轴向移动，当螺纹套筒初始状态时，弹簧压缩，可回收卡爪机构处于回收状态；当螺纹套筒轴向后移时，第一环形槽先对准第一通孔使第一滚珠不再对移动环轴向限位，弹簧推动伸缩部伸长同时推动移动环轴向移动使可回收卡爪机构打开；当螺纹套筒继续轴向后移时，第二环形槽对准第二通孔使第二滚珠不再对后部杆轴向限位，可回收卡爪机构支撑孔壁带动其连接的传感器线缆留在钻孔内实现快速脱缆。
本发明还包括如下技术特征：
具体的，所述外壳内壁设有轴向布设的第一限位传感器和第二限位传感器，且在螺纹套筒没有轴向后移时，第一限位传感器与螺纹套筒后端的轴向距离等于第一环形槽与第一通孔间的轴向距离，第二限位传感器与螺纹套筒后端的轴向距离等于第二环形槽与第二通孔间的轴向距离。
具体的，所述固定套筒内壁设有第三限位传感器，螺纹套筒内壁设有第四限位传感器，且在螺纹套筒没有轴向后移时，第三限位传感器与移动环前端对齐，第四限位传感器与后部杆后端对齐。
具体的，所述可回收卡爪机构包括连杆、撑杆和设在前部杆前端的固定块；所述连杆两端分别与移动环和撑杆中部铰接，撑杆端部与固定块铰接；当移动环轴向前移时，连杆能推动撑杆打开以支撑在孔壁上；所述连杆有多个且沿移动环周向均布，对应的撑杆也有多个且与连杆一一对应。
具体的，所述固定块上能连接传感器线缆；所述外壳前端设有多个放置槽，当可回收卡爪机构处于回收状态时，撑杆端部能放置于放置槽内。
具体的，所述第一通孔有多个，多个第一通孔沿固定套筒周向均布，对应的，第一半圆槽也有多个且与第一通孔一一对应；所述第二通孔有多个，多个第二通孔沿固定套筒周向均布，对应的，第二半圆槽也有多个且与第二通孔一一对应；所述第一滚珠有多个且与第一通孔一一对应，第二滚珠有多个且与第二通孔一一对应。
具体的，所述丝杠连有微型电机，以通过微型电机驱动丝杠转动进而带动螺纹套筒轴向移动；所述微型电机外径小于螺纹套筒内径，以不影响螺纹套筒的后移；所述螺纹套筒后端内壁设有螺纹，以与丝杠螺纹连接。
一种基于孔中爬行机器人的快速脱缆装置，包括依次连接的孔中爬行机器人、电磁离合器和所述的快速脱缆装置；
所述孔中爬行机器人与离合器连接，并在连接处设有通讯供电端口，为电磁离合器和快速脱缆装置供电和通讯控制；电磁离合器与外壳以及微型电机均连接；
在孔中爬行机器人外壁设有送线槽，用于固定传感器线缆，确保传感器线缆在送进过程以及孔中爬行机器人回收过程不会缠绞，保证整个传感器线缆能够可靠的固定在孔内。
一种基于孔中爬行机器人的快速脱缆方法，包括以下步骤：
步骤1：首先根据预设方案选择放置传感器线缆的长度，调节孔中爬行机器人的驱动效率；然后将孔中爬行机器人、电磁离合器和快速脱缆装置依次连接，最后通过紧固件将传感器线缆与可回收卡爪机构固定连接，保证传感器线缆不被拖拽脱落，完成进孔前组装工作；
步骤2：通过孔中爬行机器人的深度测量信息，确定是否到达预定位置深度，其次通过孔外控制器控制电磁离合器进入工作状态，电磁离合器驱动微型电机进入工作状态，进一步带动丝杠驱动螺纹套筒轴向后移，第一环形槽先对准第一通孔使第一滚珠不再对移动环轴向限位，弹簧推动伸缩部伸长同时推动移动环轴向移动使可回收卡爪机构打开并与孔壁有力锚住；
步骤3：当螺纹套筒继续轴向后移时，第二环形槽对准第二通孔使第二滚珠不再对后部杆轴向限位，可回收卡爪机构支撑孔壁带动其连接的传感器线缆留在钻孔内实现快速脱缆，限位传感器反馈至孔外控制器，控制孔中爬行机器人向孔外爬行，最终回收孔中爬行机器人、电磁离合器以及快速脱缆装置的剩余部分以重复使用。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
1、本发明快速脱缆装置的螺纹套筒能在丝杠作用下轴向移动，当螺纹套筒初始状态时，弹簧压缩，可回收卡爪机构处于回收状态；当螺纹套筒轴向后移时，第一环形槽先对准第一通孔使第一滚珠不再对移动环轴向限位，弹簧推动伸缩部伸长同时推动移动环轴向移动使可回收卡爪机构打开；当螺纹套筒继续轴向后移时，第二环形槽对准第二通孔使第二滚珠不再对后部杆轴向限位，可回收卡爪机构支撑孔壁带动其连接的传感器线缆留在钻孔内实现快速脱缆。
2、本发明能实现将传感器线缆推送至孔内指定位置并快速脱缆，操作简单、方便灵活、与煤壁的接触度好、可靠性高、方便回收、施工成本低。
3、本发明通过传感器反馈的信息控制卡爪机构的释放，而且能够根据反馈信息及时回收装置的剩余部分，极大的提高线缆类传感器在孔中物探的应用，实现快速施工增加了可靠性提高了工作效率。
4、本发明最终回收孔中爬行机器人、电磁离合器以及快速脱缆装置的剩余部分以重复使用，极大的节省了施工材料成本。
附图说明
图1是本发明的快速脱缆装置结构示意图。
图2是本发明的快速脱缆装置的螺纹套筒后移至第一限位传感器时的示意图。
图3是本发明的快速脱缆装置的螺纹套筒后移至第二限位传感器时的示意图。
图4是本发明基于孔中爬行机器人的快速脱缆装置结构示意图。
附图标记含义：
1.可伸缩连杆，2.可回收卡爪机构，3.固定套筒，4.螺纹套筒，5.丝杠，6.外壳，，7.第一滚珠，8.第二滚珠，9.传感器线缆，10.微型电机，101.后部杆，102.伸缩部，103. 前部杆，104.弹簧，105.移动环，106.第一半圆槽，107.第二半圆槽，201.连杆，202.撑杆，203.固定块，301.第一通孔，302.第二通孔，401.第一环形槽，402.第二环形槽，100. 第一限位传感器，200.第二限位传感器，300.第三限位传感器，400.第四限位传感器， 500.孔中爬行机器人，600.电磁离合器。
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
本实施例提供一种快速脱缆装置，包括可伸缩连杆1、设在可伸缩连杆1前部的可回收卡爪机构2、套在可伸缩连杆1上的固定套筒3、套在固定套筒3上的螺纹套筒4、设在螺纹套筒4后端且与螺纹套筒4内壁螺纹连接的丝杠5以及套在螺纹套筒4外的外壳6且外壳6前端与固定套筒3前端固定连接。
可伸缩连杆1包括依次相连的后部杆101、伸缩部102和前部杆103，在伸缩部102上套有弹簧104，在前部杆103上套有移动环105且移动环105连接可回收卡爪机构2；在移动环105上设有第一半圆槽106，后部杆101上设有第二半圆槽107；在固定套筒3 上设有与第一半圆槽106相对的第一通孔301以及与第二半圆槽107相对的第二通孔 302，在第一通孔301与第一半圆槽106内设有第一滚珠7，在第二通孔302与第二半圆槽107内设有第二滚珠8；在螺纹套筒4前部设有靠近第一通孔301的第一环形槽401 且第一环形槽401位于第一通孔301前方，在螺纹套筒4上还设有靠近第二通孔302的第二环形槽402且第二环形槽402位于第二通孔302前方。
螺纹套筒4能在丝杠5作用下轴向移动，当螺纹套筒4初始状态时，弹簧104压缩，可回收卡爪机构2处于回收状态；当螺纹套筒4轴向后移时，第一环形槽401先对准第一通孔301使第一滚珠7不再对移动环105轴向限位，弹簧104推动伸缩部102伸长同时推动移动环105轴向移动使可回收卡爪机构2打开；当螺纹套筒4继续轴向后移时，第二环形槽402对准第二通孔302使第二滚珠8不再对后部杆101轴向限位，可回收卡爪机构2支撑孔壁带动其连接的传感器线缆9留在钻孔内实现快速脱缆。
外壳6内壁设有轴向布设的第一限位传感器100和第二限位传感器200，且在螺纹套筒4没有轴向后移时，第一限位传感器100与螺纹套筒4后端的轴向距离等于第一环形槽401与第一通孔301间的轴向距离，第二限位传感器200与螺纹套筒4后端的轴向距离等于第二环形槽402与第二通孔302间的轴向距离。本实施例中，第一环形槽401 与第一通孔301间的轴向距离小于第二环形槽402与第二通孔302间的轴向距离。
固定套筒3内壁设有第三限位传感器300，螺纹套筒4内壁设有第四限位传感器400，且在螺纹套筒4没有轴向后移时，第三限位传感器300与移动环105前端对齐，第四限位传感器400与后部杆101后端对齐。第三限位传感器用于感知移动环是否轴向移动，第四限位传感器用于感知可伸缩连杆是否轴向移动。
可回收卡爪机构2包括连杆201、撑杆202和设在前部杆103前端的固定块203；连杆201两端分别与移动环105和撑杆202中部铰接，撑杆202端部与固定块203铰接；当移动环105轴向前移时，连杆201能推动撑杆202打开以支撑在孔壁上；连杆201有多个且沿移动环周向均布，对应的撑杆202也有多个且与连杆201一一对应。在本实施例中，连杆和撑杆均有四个，在其他实施例中，可以根据实际工作需要设置其他数量的连杆和撑杆均能达到本实施例的效果。
固定块203上能连接传感器线缆9；外壳6前端设有多个放置槽，当可回收卡爪机构2处于回收状态时，撑杆202端部能放置于放置槽内。
第一通孔301有多个，多个第一通孔301沿固定套筒3周向均布，对应的，第一半圆槽106也有多个且与第一通孔301一一对应；第二通孔302有多个，多个第二通孔302 沿固定套筒3周向均布，对应的，第二半圆槽107也有多个且与第二通孔302一一对应；第一滚珠7有多个且与第一通孔301一一对应，第二滚珠8有多个且与第二通孔302一一对应。在本实施例中，第一通孔、第二通孔、第一滚珠、第二滚珠、第一半圆槽和第二半圆槽均为六个，在其他实施例中，也可以根据实际工作需要设置为其他数量，均能达到本实施例中的效果。
丝杠5连有微型电机10，以通过微型电机10驱动丝杠5转动进而带动螺纹套筒4 轴向移动；微型电机10外径小于螺纹套筒4内径，以不影响螺纹套筒4的后移；螺纹套筒4后端内壁设有螺纹，以与丝杠5螺纹连接。
实施例2：
本实施例提供一种基于孔中爬行机器人的快速脱缆装置，包括依次连接的孔中爬行机器人500、电磁离合器600和实施例1的快速脱缆装置。
孔中爬行机器人500与电磁离合器600连接，并在连接处设有通讯供电端口，为电磁离合器600和快速脱缆装置供电和通讯控制；电磁离合器600与外壳6以及微型电机 10均连接。
在孔中爬行机器人500外壁设有送线槽，用于固定传感器线缆9，确保传感器线缆9在送进过程以及孔中爬行机器人500回收过程不会缠绞，保证整个传感器线缆9能够可靠的固定在孔内。
实施例3：
本实施例提供一种基于孔中爬行机器人的快速脱缆方法，包括以下步骤：
步骤1：首先根据预设方案选择放置传感器线缆的长度，调节孔中爬行机器人的驱动效率；然后将孔中爬行机器人、电磁离合器和快速脱缆装置依次连接，通讯供电端口通过同轴转向器航插接口插接起来，为前端的快速脱缆装置进行供电以及孔外的控制通讯工作，最后通过紧固件将传感器线缆与可回收卡爪机构固定连接，保证传感器线缆不被拖拽脱落，完成进孔前组装工作；
步骤2：通过孔中爬行机器人的深度测量信息，确定是否到达预定位置深度，其次通过孔外控制器控制电磁离合器进入工作状态，电磁离合器驱动微型电机进入工作状态，进一步带动丝杠驱动螺纹套筒轴向后移，第一环形槽先对准第一通孔使第一滚珠不再对移动环轴向限位，弹簧推动伸缩部伸长同时推动移动环轴向移动使可回收卡爪机构打开并与孔壁有力锚住；
步骤3：当螺纹套筒继续轴向后移时，第二环形槽对准第二通孔使第二滚珠不再对后部杆轴向限位，可回收卡爪机构支撑孔壁带动其连接的传感器线缆留在钻孔内实现快速脱缆，限位传感器反馈至孔外控制器，控制孔中爬行机器人向孔外爬行，最终回收孔中爬行机器人、电磁离合器以及快速脱缆装置的剩余部分以重复使用，极大的节省了施工材料成本。
更进一步的，当传感器线缆推送至指定位置时，也可以通过电磁离合器也能将孔中爬行机器人与快速脱缆装置分离，实现快速脱缆。
Claims (9)
1.一种快速脱缆装置，其特征在于，包括可伸缩连杆（1）、设在可伸缩连杆（1）前部的可回收卡爪机构（2）、套在可伸缩连杆（1）上的固定套筒（3）、套在固定套筒（3）上的螺纹套筒（4）、设在螺纹套筒（4）后端且与螺纹套筒（4）内壁螺纹连接的丝杠（5）以及套在螺纹套筒（4）外的外壳（6）且外壳（6）前端与固定套筒（3）前端固定连接；
所述可伸缩连杆（1）包括依次相连的后部杆（101）、伸缩部（102）和前部杆（103），在伸缩部（102）上套有弹簧（104），在前部杆（103）上套有移动环（105）且移动环（105）连接所述可回收卡爪机构（2）；在移动环（105）上设有第一半圆槽（106），后部杆（101）上设有第二半圆槽（107）；在固定套筒（3）上设有与第一半圆槽（106）相对的第一通孔（301）以及与第二半圆槽（107）相对的第二通孔（302），在第一通孔（301）与第一半圆槽（106）内设有第一滚珠（7），在第二通孔（302）与第二半圆槽（107）内设有第二滚珠（8）；在螺纹套筒（4）前部设有靠近第一通孔（301）的第一环形槽（401）且第一环形槽（401）位于第一通孔（301）前方，在螺纹套筒（4）上还设有靠近第二通孔（302）的第二环形槽（402）且第二环形槽（402）位于第二通孔（302）前方；
螺纹套筒（4）能在丝杠（5）作用下轴向移动，当螺纹套筒（4）初始状态时，弹簧（104）压缩，可回收卡爪机构（2）处于回收状态；当螺纹套筒（4）轴向后移时，第一环形槽（401）先对准第一通孔（301）使第一滚珠（7）不再对移动环（105）轴向限位，弹簧（104）推动伸缩部（102）伸长同时推动移动环（105）轴向移动使可回收卡爪机构（2）打开；当螺纹套筒（4）继续轴向后移时，第二环形槽（402）对准第二通孔（302）使第二滚珠（8）不再对后部杆（101）轴向限位，可回收卡爪机构（2）支撑孔壁带动其连接的传感器线缆（9）留在钻孔内实现快速脱缆。
2.如权利要求1所述的快速脱缆装置，其特征在于，所述外壳（6）内壁设有轴向布设的第一限位传感器（100）和第二限位传感器（200），且在螺纹套筒（4）没有轴向后移时，第一限位传感器（100）与螺纹套筒（4）后端的轴向距离等于第一环形槽（401）与第一通孔（301）间的轴向距离，第二限位传感器（200）与螺纹套筒（4）后端的轴向距离等于第二环形槽（402）与第二通孔（302）间的轴向距离。
3.如权利要求1所述的快速脱缆装置，其特征在于，所述固定套筒（3）内壁设有第三限位传感器（300），螺纹套筒（4）内壁设有第四限位传感器（400），且在螺纹套筒（4）没有轴向后移时，第三限位传感器（300）与移动环（105）前端对齐，第四限位传感器（400）与后部杆（101）后端对齐；第三限位传感器（300）用于感知移动环（105）是否轴向移动，第四限位传感器（400）用于感知可伸缩连杆（1）是否轴向移动。
4.如权利要求2所述的快速脱缆装置，其特征在于，所述可回收卡爪机构（2）包括连杆（201）、撑杆（202）和设在前部杆（103）前端的固定块（203）；所述连杆（201）两端分别与移动环（105）和撑杆（202）中部铰接，撑杆（202）端部与固定块（203）铰接；当移动环（105）轴向前移时，连杆（201）能推动撑杆（202）打开以支撑在孔壁上；所述连杆（201）有多个且沿移动环周向均布，对应的撑杆（202）也有多个且与连杆（201）一一对应。
5.如权利要求4所述的快速脱缆装置，其特征在于，所述固定块（203）上能连接传感器线缆（9）；所述外壳（6）前端设有多个放置槽，当可回收卡爪机构（2）处于回收状态时，撑杆（202）端部能放置于放置槽内。
6.如权利要求2所述的快速脱缆装置，其特征在于，所述第一通孔（301）有多个，多个第一通孔（301）沿固定套筒（3）周向均布，对应的，第一半圆槽（106）也有多个且与第一通孔（301）一一对应；所述第二通孔（302）有多个，多个第二通孔（302）沿固定套筒（3）周向均布，对应的，第二半圆槽（107）也有多个且与第二通孔（302）一一对应；所述第一滚珠（7）有多个且与第一通孔（301）一一对应，第二滚珠（8）有多个且与第二通孔（302）一一对应。
7.如权利要求2所述的快速脱缆装置，其特征在于，所述丝杠（5）连有微型电机（10），以通过微型电机（10）驱动丝杠（5）转动进而带动螺纹套筒（4）轴向移动；所述微型电机（10）外径小于螺纹套筒（4）内径，以不影响螺纹套筒（4）的后移；所述螺纹套筒（4）后端内壁设有螺纹，以与丝杠（5）螺纹连接。
8.一种基于孔中爬行机器人的快速脱缆装置，其特征在于，包括依次连接的孔中爬行机器人（500）、电磁离合器（600）和权利要求2至7任一权利要求所述的快速脱缆装置；
所述孔中爬行机器人（500）与电磁离合器（600）连接，并在连接处设有通讯供电端口，为电磁离合器（600）和快速脱缆装置供电和通讯控制；电磁离合器（600）与外壳（6）以及微型电机（10）均连接；
在孔中爬行机器人（500）外壁设有送线槽，用于固定传感器线缆（9），确保传感器线缆（9）在送进过程以及孔中爬行机器人（500）回收过程不会缠绞，保证整个传感器线缆（9）能够可靠的固定在孔内。
9.一种基于孔中爬行机器人的快速脱缆方法，其特征在于，该方法通过权利要求8所述的基于孔中爬行机器人的快速脱缆装置实现，包括以下步骤：
步骤1：首先根据预设方案选择放置传感器线缆的长度，调节孔中爬行机器人的驱动效率；然后将孔中爬行机器人、电磁离合器和快速脱缆装置依次连接，最后通过紧固件将传感器线缆与可回收卡爪机构固定连接，保证传感器线缆不被拖拽脱落，完成进孔前组装工作；
步骤2：通过孔中爬行机器人的深度测量信息，确定是否到达预定位置深度，其次通过孔外控制器控制电磁离合器进入工作状态，电磁离合器驱动微型电机进入工作状态，进一步带动丝杠驱动螺纹套筒轴向后移，第一环形槽先对准第一通孔使第一滚珠不再对移动环轴向限位，弹簧推动伸缩部伸长同时推动移动环轴向移动使可回收卡爪机构打开并与孔壁有力锚住；
步骤3：当螺纹套筒继续轴向后移时，第二环形槽对准第二通孔使第二滚珠不再对后部杆轴向限位，可回收卡爪机构支撑孔壁带动其连接的传感器线缆留在钻孔内实现快速脱缆，限位传感器反馈信息至孔外控制器，控制孔中爬行机器人向孔外爬行，最终回收孔中爬行机器人、电磁离合器以及快速脱缆装置的剩余部分以重复使用。
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2021
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