CN114800431A - 一种井下辅助接管机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种井下辅助接管机器人，涉及机器人技术领域，包括设备底板，所述设备底板下端固定安装有两个履带驱动轮组，两个所述履带驱动轮组均转动套设有两个驱动履带，设备底板上端表面固定安装有用于驱动旋转的旋转底座，所述旋转底座上端转动设置有用于调整头端位置的曲臂组件，所述曲臂组件头端设置有两个用于夹持管道的多节抓臂组件，本方案通过液压机械臂采用全向铰接式总成，能够完成双向360°方向回转，可适应环境复杂的巷道；考虑皮带机位置和高度因素，且工作时需越过皮带机进行作业，故机械臂采用伸缩式设计，满足顺槽巷道跨皮带接管和拆管的需求；考虑机械臂抓取的稳定和安全性，提高夹取力度，以增加夹具与管路间接触面摩擦力。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体为一种井下辅助接管机器人。
背景技术
机器人手臂通常指一种可编程的，具有与人类手臂相似功能的机械臂；该臂可以是一个完整的机械装置，也可以是更复杂的机器人的一部分。这种机械手通过关节连接使其可以完成旋转运动(例如在关节机器人中)或平移(线性)运动。机械手通过各个关节的连接最终形成了一个运动链。机械手运动链的末端被称为末端执行器，它类似于人的手。
而现在的机械臂在使用时，辅助接管机器人和以解决在煤矿井下巷道中管路接管和拆管工作时，因煤矿井下作业空间狭小局促、作业环境复杂多变等情况造成相关人员作业困难、作业内容繁重且危险等一系列问题。研发自动化辅助接管机器人基于机械手臂控制、伺服液压驱动、嵌入式系统等相关技术，实现煤矿井下巷道中管路接管安装和拆管工作。机器人工作内容主要完成管路的抓取、举升、对齐、安装和拆卸等工作以及后期运维过程中涉及到的拆卸、修补和安装等工作。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种井下辅助接管机器人，解决了。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种井下辅助接管机器人，包括设备底板，所述设备底板下端固定安装有两个履带驱动轮组，两个所述履带驱动轮组均转动套设有两个驱动履带，所述设备底板上端表面固定安装有用于驱动旋转的旋转底座，所述旋转底座上端转动设置有用于调整头端位置的曲臂组件，所述曲臂组件头端设置有两个用于夹持管道的多节抓臂组件。
作为优选的，所述旋转底座包括：底座外壳、旋转底板、一号底座、二号底座、底座隔板、齿轮同步旋转轴、一号锥齿轮、一号齿轮、二号齿轮、驱动电机和二号锥齿轮，所述设备底板上端表面固定安装有底座外壳，所述底座外壳内一体化设置有底座外壳，所述底座外壳上转动安装有齿轮同步旋转轴，所述齿轮同步旋转轴上端同轴固定连接有一号齿轮，所述一号齿轮一侧啮合连接有二号齿轮，所述二号齿轮上端同轴固定连接有旋转底板，所述旋转底板上端固定安装有一号底座和二号底座，所述齿轮同步旋转轴下端同轴固定连接有一号锥齿轮，所述一号锥齿轮一侧啮合连接有二号锥齿轮，所述二号锥齿轮后端设置有驱动电机。
作为优选的，所述驱动电机固定安装在底座外壳底部内壁上，所述二号锥齿轮与驱动电机的输出轴同轴固定连接有。
作为优选的，所述二号齿轮转动安装在底座隔板上端表面。
作为优选的，所述曲臂组件包括：主臂旋转底座、主臂、一号气缸旋转底座、一号气缸、一号气缸主臂连接头、二号气缸安装底座、二号气缸、副臂旋转槽、二号气缸副臂连接头、副臂、三号气缸连接头限位板、三号气缸连接头、三号气缸、抓臂翻转底座、抓臂安装底座和抓臂安装架，所述二号底座上端固定安装有主臂旋转底座，所述一号底座上固定安装有一号气缸旋转底座，所述主臂旋转底座上转动安装有主臂，所述主臂上固定安装有一号气缸主臂连接头，所述一号气缸主臂连接头上转动安装有一号气缸,所述主臂上端两侧均转动安装有二号气缸安装底座，两个所述二号气缸安装底座上均固定安装有二号气缸，所述主臂头端开设有副臂旋转槽，所述副臂旋转槽内转动安装有副臂，所述副臂后端两侧均转动安装有二号气缸副臂连接头，所述副臂上端转动安装有三号气缸，所述三号气缸前端固定连接有三号气缸连接头，所述三号气缸连接头两侧转动安装有三号气缸连接头限位板，所述三号气缸连接头前端转动安装有抓臂翻转底座，所述抓臂翻转底座上端固定安装有抓臂安装底座，所述抓臂安装底座上端转动安装有两个抓臂安装架。
作为优选的，所述一号气缸的下端转动安装在一号气缸旋转底座上；
两个所述二号气缸的输出端与两个二号气缸副臂连接头分别固定连接。
作为优选的，两个所述三号气缸连接头限位板均分别转动安装在副臂的两侧表面；
所述抓臂翻转底座一端转动安装在副臂头端。
有益效果
本发明提供了一种井下辅助接管机器人。具备以下有益效果：
本方案通过液压机械臂采用全向铰接式总成，能够完成双向360°方向回转，可适应环境复杂的巷道；
针对如图所示的顺槽巷道场景，考虑皮带机位置和高度因素，且工作时需越过皮带机进行作业，故机械臂采用伸缩式设计，满足顺槽巷道跨皮带接管和拆管的需求；
考虑机械臂抓取的稳定和安全性，提高夹取力度，以增加夹具与管路间接触面摩擦力；
液压机械臂采用伸缩一体式结构设计，具有底座旋转、大臂俯仰、小臂伸缩、小臂俯仰、腕部回转和夹手开合，多个自由度控制方向。通过接收控制信号可实现对不同规格尺寸钢管的抓取、移动、举升和下放等动作。
附图说明
图1为本发明中的整体结构示意图；
图2为本发明的侧视结构示意图；
图3为本发明图2中a-a线的剖面结构示意图；
图4为本发明图3中A处的放大结构示意图；
图5为本发明中多节抓臂组件的结构示意图；
图6为本发明图5中B处的放大结构示意图；
图7为本发明中多节抓臂组件的另一视角结构示意图；
图8为本发明中旋转底座的结构示意图；
图9为本发明中旋转底座的侧视结构示意图；
图10为本发明图9中b-b线的剖面结构示意图。
图中，1、设备底板；2、履带驱动轮组；3、驱动履带；4、操作室；5、旋转底座；501、底座外壳；502、旋转底板；503、一号底座；504、二号底座；505、底座隔板；506、齿轮同步旋转轴；507、一号锥齿轮；508、一号齿轮；509、二号齿轮；510、驱动电机；511、二号锥齿轮；6、多节抓臂组件；601、抓臂外壳；602、四号气缸安装轴；603、四号气缸；604、四号气缸安装框；605、爪指连接板；606、一号爪指连接杆；607、二号爪指连接杆；608、连接杆旋转轴；609、爪指连接板；610、爪指；7、曲臂组件；701、主臂旋转底座；702、主臂；703、一号气缸旋转底座；704、一号气缸；705、一号气缸主臂连接头；706、二号气缸安装底座；707、二号气缸；708、副臂旋转槽；709、二号气缸副臂连接头；710、副臂；711、三号气缸连接头限位板；712、三号气缸连接头；713、三号气缸；714、抓臂翻转底座；715、抓臂安装底座；716、抓臂安装架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1至10所示，本发明实施例提供一种井下辅助接管机器人，包括设备底板1，所述设备底板1下端固定安装有两个履带驱动轮组2，两个所述履带驱动轮组2均转动套设有两个驱动履带3，所述设备底板1上端表面固定安装有用于驱动旋转的旋转底座5，所述旋转底座5上端转动设置有用于调整头端位置的曲臂组件7，所述曲臂组件7头端设置有两个用于夹持管道的多节抓臂组件6。
作为优选的，所述旋转底座5包括：底座外壳501、旋转底板502、一号底座503、二号底座504、底座隔板505、齿轮同步旋转轴506、一号锥齿轮507、一号齿轮508、二号齿轮509、驱动电机510和二号锥齿轮511，所述设备底板1上端表面固定安装有底座外壳501，所述底座外壳501内一体化设置有底座外壳501，所述底座外壳501上转动安装有齿轮同步旋转轴506，所述齿轮同步旋转轴506上端同轴固定连接有一号齿轮508，所述一号齿轮508一侧啮合连接有二号齿轮509，所述二号齿轮509上端同轴固定连接有旋转底板502，所述旋转底板502上端固定安装有一号底座503和二号底座504，所述齿轮同步旋转轴506下端同轴固定连接有一号锥齿轮507，所述一号锥齿轮507一侧啮合连接有二号锥齿轮511，所述二号锥齿轮511后端设置有驱动电机510。
作为优选的，所述驱动电机510固定安装在底座外壳501底部内壁上，所述二号锥齿轮511与驱动电机510的输出轴同轴固定连接有。
作为优选的，所述二号齿轮509转动安装在底座隔板505上端表面。
作为优选的，所述曲臂组件7包括：主臂旋转底座701、主臂702、一号气缸旋转底座703、一号气缸704、一号气缸主臂连接头705、二号气缸安装底座706、二号气缸707、副臂旋转槽708、二号气缸副臂连接头709、副臂710、三号气缸连接头限位板711、三号气缸连接头712、三号气缸713、抓臂翻转底座714、抓臂安装底座715和抓臂安装架716，所述二号底座504上端固定安装有主臂旋转底座701，所述一号底座503上固定安装有一号气缸旋转底座703，所述主臂旋转底座701上转动安装有主臂702，所述主臂702上固定安装有一号气缸主臂连接头705，所述一号气缸主臂连接头705上转动安装有一号气缸704,所述主臂702上端两侧均转动安装有二号气缸安装底座706，两个所述二号气缸安装底座706上均固定安装有二号气缸707，所述主臂702头端开设有副臂旋转槽708，所述副臂旋转槽708内转动安装有副臂710，所述副臂710后端两侧均转动安装有二号气缸副臂连接头709，所述副臂710上端转动安装有三号气缸713，所述三号气缸713前端固定连接有三号气缸连接头712，所述三号气缸连接头712两侧转动安装有三号气缸连接头限位板711，所述三号气缸连接头712前端转动安装有抓臂翻转底座714，所述抓臂翻转底座714上端固定安装有抓臂安装底座715，所述抓臂安装底座715上端转动安装有两个抓臂安装架716。
作为优选的，所述一号气缸704的下端转动安装在一号气缸旋转底座703上；
两个所述二号气缸707的输出端与两个二号气缸副臂连接头709分别固定连接。
作为优选的，两个所述三号气缸连接头限位板711均分别转动安装在副臂710的两侧表面；
所述抓臂翻转底座714一端转动安装在副臂710头端。
液压控制站为液压机械臂、履带式运载底盘和辅助支架等执行单元提供液压驱动源。
液压控制站动力源由防爆柴油机提供，液压油箱有效容积约为180L，回油冷却方式为风冷。为提高整机设备的灵活性和准确性，液压控制站配备高精度压力传感器和高频响控制阀等设备，通过将动态数据反馈至控制系统，实现液压控制站的在线监测功能。
控制系统由嵌入式处理单元和PLC控制单元组成，嵌入式处理单元主要负责精确控制、数据分析和算法集成相关工作，PLC控制单元主要负责点位信号控制与低频控制相关工作。
PLC控制单元选用西门子1200系列PLC，拥有可靠的工作稳定性和功能扩展性，嵌入式处理器采用基于ARM Cortex-A7内核架构的芯片。
工作原理：
本方案通过液压机械臂采用全向铰接式总成，能够完成双向360°方向回转，可适应环境复杂的巷道；
针对如图所示的顺槽巷道场景，考虑皮带机位置和高度因素，且工作时需越过皮带机进行作业，故机械臂采用伸缩式设计，满足顺槽巷道跨皮带接管和拆管的需求；
考虑机械臂抓取的稳定和安全性，提高夹取力度，以增加夹具与管路间接触面摩擦力；
液压机械臂采用伸缩一体式结构设计，具有底座旋转、大臂俯仰、小臂伸缩、小臂俯仰、腕部回转和夹手开合，多个自由度控制方向。通过接收控制信号可实现对不同规格尺寸钢管的抓取、移动、举升和下放等动作。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种井下辅助接管机器人，包括设备底板(1)，其特征在于：所述设备底板(1)下端固定安装有两个履带驱动轮组(2)，两个所述履带驱动轮组(2)均转动套设有两个驱动履带(3)，所述设备底板(1)上端表面固定安装有用于驱动旋转的旋转底座(5)，所述旋转底座(5)上端转动设置有用于调整头端位置的曲臂组件(7)，所述曲臂组件(7)头端设置有两个用于夹持管道的多节抓臂组件(6)。
2.根据权利要求1所述的一种井下辅助接管机器人，其特征在于：所述旋转底座(5)包括：底座外壳(501)、旋转底板(502)、一号底座(503)、二号底座(504)、底座隔板(505)、齿轮同步旋转轴(506)、一号锥齿轮(507)、一号齿轮(508)、二号齿轮(509)、驱动电机(510)和二号锥齿轮(511)，所述设备底板(1)上端表面固定安装有底座外壳(501)，所述底座外壳(501)内一体化设置有底座外壳(501)，所述底座外壳(501)上转动安装有齿轮同步旋转轴(506)，所述齿轮同步旋转轴(506)上端同轴固定连接有一号齿轮(508)，所述一号齿轮(508)一侧啮合连接有二号齿轮(509)，所述二号齿轮(509)上端同轴固定连接有旋转底板(502)，所述旋转底板(502)上端固定安装有一号底座(503)和二号底座(504)，所述齿轮同步旋转轴(506)下端同轴固定连接有一号锥齿轮(507)，所述一号锥齿轮(507)一侧啮合连接有二号锥齿轮(511)，所述二号锥齿轮(511)后端设置有驱动电机(510)。
3.根据权利要求2所述的一种井下辅助接管机器人，其特征在于：所述驱动电机(510)固定安装在底座外壳(501)底部内壁上，所述二号锥齿轮(511)与驱动电机(510)的输出轴同轴固定连接有。
4.根据权利要求3所述的一种井下辅助接管机器人，其特征在于：所述二号齿轮(509)转动安装在底座隔板(505)上端表面。
5.根据权利要求4所述的一种井下辅助接管机器人，其特征在于：所述曲臂组件(7)包括：主臂旋转底座(701)、主臂(702)、一号气缸旋转底座(703)、一号气缸(704)、一号气缸主臂连接头(705)、二号气缸安装底座(706)、二号气缸(707)、副臂旋转槽(708)、二号气缸副臂连接头(709)、副臂(710)、三号气缸连接头限位板(711)、三号气缸连接头(712)、三号气缸(713)、抓臂翻转底座(714)、抓臂安装底座(715)和抓臂安装架(716)，所述二号底座(504)上端固定安装有主臂旋转底座(701)，所述一号底座(503)上固定安装有一号气缸旋转底座(703)，所述主臂旋转底座(701)上转动安装有主臂(702)，所述主臂(702)上固定安装有一号气缸主臂连接头(705)，所述一号气缸主臂连接头(705)上转动安装有一号气缸(704),所述主臂(702)上端两侧均转动安装有二号气缸安装底座(706)，两个所述二号气缸安装底座(706)上均固定安装有二号气缸(707)，所述主臂(702)头端开设有副臂旋转槽(708)，所述副臂旋转槽(708)内转动安装有副臂(710)，所述副臂(710)后端两侧均转动安装有二号气缸副臂连接头(709)，所述副臂(710)上端转动安装有三号气缸(713)，所述三号气缸(713)前端固定连接有三号气缸连接头(712)，所述三号气缸连接头(712)两侧转动安装有三号气缸连接头限位板(711)，所述三号气缸连接头(712)前端转动安装有抓臂翻转底座(714)，所述抓臂翻转底座(714)上端固定安装有抓臂安装底座(715)，所述抓臂安装底座(715)上端转动安装有两个抓臂安装架(716)。
6.根据权利要求5所述的一种井下辅助接管机器人，其特征在于：所述一号气缸(704)的下端转动安装在一号气缸旋转底座(703)上；
两个所述二号气缸(707)的输出端与两个二号气缸副臂连接头(709)分别固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种井下辅助接管机器人，其特征在于：两个所述三号气缸连接头限位板(711)均分别转动安装在副臂(710)的两侧表面；
所述抓臂翻转底座(714)一端转动安装在副臂(710)头端。
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