CN117189191A - 巷道多自由度架棚机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及巷道多自由度架棚机器人，包括履带底盘总成、车架、左抓取装置、右抓取装置和电气液压系统，履带底盘总成包括履带底盘和辅助支撑系统；车架包括车前架和车后架，车前架布设在履带底盘上，左抓取装置和右抓取装置并排滑接在车前架两侧，车后架上布设电气液压系统；左抓取装置和右抓取装置结构相同，左抓取装置包括滑移小车、回转座、伸缩主臂、立柱、回转减速机、抓臂和载人吊篮；滑移小车前后滑接在车前架上，滑移小车上转接回转座，回转座上铰接伸缩主臂，伸缩主臂前端铰接立柱，立柱下端通过回转减速机连接抓臂。本发明具有足够多的自由度，使得钢棚在姿态转换过程中与设备自身、巷道、巷道内的其他设备之间不发生干涉。

Description

巷道多自由度架棚机器人

技术领域

本发明涉及钢棚架设装置技术领域，尤其涉及巷道多自由度架棚机器人。

背景技术

煤矿、矿山、隧道、水力涵洞或巷道内需要架设钢棚，钢棚起到支护作用，用以增加涵洞或巷道断面的抗压能力，保证涵洞或巷道的稳定以及作业人员的施工安全。钢棚大多为U型支护钢棚，单个钢棚包括顶棚和用于支撑顶棚的棚腿，这是构成钢棚的零部件，顶棚和棚腿之间需要人工安装固定。

以煤矿巷道内的钢棚架设为例，由于缺少专业架棚设备，目前煤矿井下架棚作业仍主要靠人力来架棚，人工使用梯子、撬棍、手拉葫芦等简易工具开展作业。架棚施工过程中，由于钢棚数量多且钢结构材质重，造成占用人员多、劳动强度大，人工架棚作业繁琐，作业时间长以至架设效率低，还会存在较大的安全风险。

随着人工架棚缺点的显现，逐渐提出机械化的架棚设备，如授权公告号CN113955674B公开的巷道架棚钢梁举升车，通过举升装置可以将钢梁向上举升，人框装置具有一定的自由度，操作人员可利用人框装置进行移动，进而来对钢梁进行安装，但是举升装置只能按照固定的路径向上托举钢梁，这样会受限于巷道内的环境。不同于公路隧道，煤矿巷道断面尺寸多样化，且洞中设备安放位置不同，断面内空间狭小，为躲避洞中现有设备，需架棚设备具有较多自由度，使所持钢棚梁在洞中进行不同姿态转换以运送至所需位置。

由此可知，上述的钢梁举升车则无法根据洞内环境对钢梁进行多自由度的调整，工作时会受到限制，如果要移动钢梁来躲避洞内设备，就要车体整体移动，以至整机移动幅度大，操作繁琐。不仅如此，其只能用于钢梁的向上举升，也就是顶棚的安装，而对于钢棚的其他零件如棚腿等则无法安装，功能有限。

针对钢梁在狭窄空间内移动受限，架棚设备就需要较多自由度的研究，如授权公告号CN212445201U公开了煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，该机器人通过机体可行走在巷道内，但是其缺乏辅助的支撑结构，来保证架棚过程中整机姿态的稳定性；通过多自由度的机械臂可将机械手带动至任意位置，但是其机械臂数量为单个，架棚效率会降低，并且其机械臂只能俯仰摆动和左右摆动，自由度较少以至不能为钢梁在巷道空间内提供足够的自由度，来保证钢梁在姿态转换过程中与设备自身、巷道、巷道内的其他设备之间不发生干涉；通过机械手来夹持棚梁和棚腿，但是其机械手为钳夹结构，夹持的可靠性有待提高。还有该机器人不能载人，由于在钢棚到达架设位置后、人员要到达高空中某一位置进行必要的辅助安装作业，如果不能载人就要额外配置其他设备或工具来使人升高。

发明内容

本发明为了解决现有架棚设备缺少多自由度，难以牢靠带动钢棚在洞中进行灵活移动以避免钢棚在姿态转换过程中与设备自身、巷道、巷道内的其他设备之间产生干涉的问题，提供巷道多自由度架棚机器人，可以在巷道内自行移动，同时保证设备在架棚工作过程具有足够的稳定性，并优化结构设计，在保证夹持钢棚不脱落的前提下，能使得钢棚在洞内空间具有足够的自由度来灵活移动。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

巷道多自由度架棚机器人，包括履带底盘总成、车架、左抓取装置、右抓取装置和电气液压系统，所述履带底盘总成可以前后行走、转向及爬坡，履带底盘总成包括具有可行走功能的履带底盘和辅助支撑系统，所述辅助支撑系统包括设置在履带底盘前方两侧的液压支腿，保证整机具有足够的稳定性；

所述车架包括前后螺栓连接的车前架和车后架，所述车前架布设在履带底盘上，所述左抓取装置和右抓取装置左右并排滑接在车前架两侧，左抓取装置和右抓取装置滑动方向与履带底盘行走方向一致，两个抓取装置可单独滑动并独立运行；

所述车后架向外延伸置于履带底盘外，车后架上布设所述电气液压系统，履带底盘总成、左抓取装置和右抓取装置均受控于电气液压系统，整个架棚机器人的各项运行都要依靠电气液压系统；

所述左抓取装置和右抓取装置结构相同，原理和作用也是相同的，左抓取装置包括滑移小车、回转座、可伸缩的伸缩主臂、立柱、回转减速机、抓臂和载人吊篮；

所述滑移小车前后滑接在车前架上，进而带动整个抓取装置移动，滑移小车上转接所述回转座、且之间铰接有回转油缸，回转座上铰接所述伸缩主臂、且之间铰接有俯仰油缸，伸缩主臂前端铰接所述立柱、且之间铰接有调平油缸，立柱竖向布置，立柱下端通过所述回转减速机连接所述抓臂；

所述抓臂包括依次相连的固定臂、俯仰摆动缸、活动臂和抓手旋转缸以及抓手机构，所述固定臂上设置所述载人吊篮，固定臂通过俯仰摆动缸连接活动臂，所述活动臂顶部设置所述抓手机构，活动臂通过抓手旋转缸连接抓手机构，抓手机构为双夹爪机构，所述立柱和抓臂连接组合后形成“凵”字形、围设在载人吊篮周侧，载人吊篮是跟随着抓臂一同移动的。

进一步地，所述履带底盘每侧的液压支腿可相对于履带底盘伸缩和升降，即液压支腿可向整机两旁伸出、并向下触地，便于实现对整机的定位支撑。

进一步地，所述车前架两侧分别设置有左轨道组和右轨道组，分别供两个抓取装置滑动，左轨道组和右轨道组均包括间隔排布的两根轨道，保证滑动的稳定性；

所述左轨道组上滑接所述左抓取装置的滑移小车，右轨道组上滑接所述右抓取装置的滑移小车，左抓取装置的滑移小车、右抓取装置的滑移小车分别和车前架之间铰接有滑移油缸，由两个滑移油缸分别驱动两个抓取装置进行移动，两个所述滑移油缸均受控于电气液压系统。

进一步地，所述滑移小车为“𠃊”形架体，滑移小车上水平转动有所述回转座，回转座弯折呈“𠃊”形、与滑移小车相适配，回转座和滑移小车之间布设所述回转油缸来驱使回转座相对于滑移小车水平转动，回转座旋转可带动伸缩主臂、立柱、回转减速机、抓臂和载人吊篮一同移动。

进一步地，所述伸缩主臂类似于起重设备的伸缩臂结构，伸缩主臂包括主臂外筒、主臂内筒以及伸缩油缸，所述主臂外筒内套设所述主臂内筒，便于两者相对滑移，主臂外筒和主臂内筒之间设置所述伸缩油缸来带动主臂内筒伸出和缩回，便于伸缩主臂长度的调节，伸缩主臂可升降、摆动和伸缩。

进一步地，所述主臂外筒铰接在回转座上，主臂外筒和回转座之间布设所述俯仰油缸来驱使伸缩主臂相对于回转座俯仰转动，俯仰油缸位于主臂外筒下方，便于带动整个伸缩主臂进行上扬和下落；

所述主臂内筒前端布设所述立柱，立柱下端竖直向下延伸、低于所述伸缩主臂，主臂内筒和立柱之间布设所述调平油缸来驱使立柱相对于主臂内筒俯仰转动，调平油缸位于主臂内筒上方，调平油缸要保证立柱底部的水平。

进一步地，所述抓臂可相对于立柱水平转动，驱动力来源于回转减速机，所述固定臂水平布置，固定臂一端通过回转减速机连接立柱，固定臂另一端连接所述活动臂，活动臂竖直向上布置，固定臂和活动臂连接后呈“𠃊”形排布，这里活动臂只是处于向上的姿态。

进一步地，所述固定臂和活动臂之间设置所述俯仰摆动缸来驱使活动臂相对于固定臂俯仰转动，固定臂和活动臂的相互配合类似于人的上肢动作，活动臂包括俯仰臂、侧摆油缸、摆动座、推杆和摆杆；

所述俯仰摆动缸的输出轴上设置所述俯仰臂，俯仰臂为座体，俯仰臂一侧竖直向上弯折构成延伸段，所述延伸段顶端铰接所述摆动座，俯仰臂另一侧铰接所述侧摆油缸，侧摆油缸竖直向上通过所述推杆铰接摆动座来驱使摆动座俯仰摆动，侧摆油缸和俯仰臂安装后呈“凵”形排布，侧摆油缸还通过摆杆铰接延伸段，侧摆油缸顶部、摆杆和推杆之间铰接于同一点，提高摆动座摆动的稳定性。

进一步地，所述活动臂和抓手机构之间设置所述抓手旋转缸来驱使抓手机构相对于活动臂圆周转动，抓手旋转缸布设在摆动座上方；

所述抓手旋转缸的输出轴上设置抓手机构，抓手机构包括爪架、爪单元和托座，所述爪架为工字形状，爪架两端均设置有所述爪单元，两个爪单元配合托座来夹紧工件，保证对钢棚抓取的可靠稳定，托座为开口向上扩张的梯形框架结构，托座位于爪架中部；

所述爪单元包括爪座、爪和夹紧油缸，爪架每端的两侧均铰接有所述爪座，爪座下端向下延伸、伸出爪架，每端的两个爪座下端之间铰接所述夹紧油缸，爪座上端向上延伸突出于爪架，爪座上端可拆卸连接所述爪，爪架每端两侧的两个爪呈“〈〉”形排布，便于抓紧钢棚不脱落。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明结构设计合理，履带底盘总成兼具前后行走、转向和爬坡等功能，可以在巷道内灵活自行移动，并且在两侧液压支腿的作用下，使得整机在架棚工作中具有足够的稳定性，以便于各个部件在不同姿态下能保证运行的稳定。左抓取装置和右抓取装置结构、原理和作用都是相同的，并且两者是可以独立运行的，通过机械化灵活运行的抓取装置，提高了架棚的效率，大幅降低工人劳动强度。

本发明无论是左抓取装置还是右抓取装置都具有足够多的自由度，通过回转油缸和俯仰油缸的驱动，伸缩主臂可以左右转动、俯仰摆动，伸缩主臂其自身也可以伸缩；调平油缸始终保证立柱的竖直，这是为了保证载人吊篮不发生倾覆；抓臂在回转减速机驱动下可以左右大幅度转动，抓臂自类似于人的上肢，在俯仰摆动缸驱动下能进行上下伸展，抓臂可带动抓手机构移动。如此一来，能使得钢棚的顶棚和棚腿在空间中具有较多的自由度，以保证零部件在姿态转换过程中与设备自身、巷道、巷道内的其他设备之间不发生干涉，能适用于复杂狭窄环境下的钢棚安装。

本发明的抓手机构采用双夹爪结构，抓手机构利用两侧的爪单元和中间的托座、三者相互配合能实现对钢棚零部件的可靠抓持，保证零部件在位姿转换过程中不脱落。抓手机构和载人吊篮均安装在抓臂上，两者可在抓臂的带动下同时移动，这样极大方便了零部件到达架设位置后人员可到达高空中某一位置进行必要的辅助安装作业，操作方便，能便捷有效完成巷道内的钢棚架设安装作业，使用更加安全。

附图说明

图1是本发明巷道多自由度架棚机器人的整体结构示意图。

图2是本发明巷道多自由度架棚机器人的履带底盘总成示意图。

图3是本发明巷道多自由度架棚机器人的车架示意图。

图4是本发明巷道多自由度架棚机器人的左抓取装置示意图。

图5是本发明巷道多自由度架棚机器人的图4中伸缩主臂示意图。

图6是本发明巷道多自由度架棚机器人的图4中伸缩主臂剖视图。

图7是本发明巷道多自由度架棚机器人的图4中载人吊篮示意图。

图8是本发明巷道多自由度架棚机器人的图4中抓臂示意图。

图9是本发明巷道多自由度架棚机器人的图4中抓手机构示意图。

图10是本发明巷道多自由度架棚机器人的架棚过程中架设棚腿流程图。

图11是本发明巷道多自由度架棚机器人的架棚过程中架设顶棚流程图。

图12是本发明巷道多自由度架棚机器人的抓臂姿态变化示意图。

图13是本发明巷道多自由度架棚机器人的实施例二中电气液压系统的液压系统程序图。

图14是本发明巷道多自由度架棚机器人的实施例二中电气液压系统的电控系统程序图。

附图中标号为：1履带底盘总成，101履带底盘，102辅助支撑系统，2车架，201车前架，202车后架，3左抓取装置，4右抓取装置，5电气液压系统，6滑移小车，7回转座，8伸缩主臂，81主臂外筒，82主臂内筒，83伸缩油缸，9立柱，10回转减速机，11抓臂，12载人吊篮，13左轨道组，14右轨道组，15回转油缸，16俯仰油缸，17调平油缸，18固定臂，19俯仰摆动缸，20活动臂，21抓手旋转缸，22抓手机构，23俯仰臂，231延伸段，24侧摆油缸，25摆动座，26推杆，27摆杆，28爪架，29爪单元，291爪座，292爪，293夹紧油缸，30托座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述：

实施例一：

如图1~图12所示，巷道多自由度架棚机器人，包括履带底盘总成1、车架2、左抓取装置3、右抓取装置4和电气液压系统5。如图1所示，履带底盘总成1可实现架棚机器人的行走及辅助定位支撑功能，履带底盘总成1上方设置车架2，车架2后方设置电气液压系统5，车架2前方两侧分别滑接左抓取装置3和右抓取装置4，履带底盘总成1、左抓取装置3和右抓取装置4均是受控于电气液压系统5，为架棚机器人提供所需的动力。

履带底盘总成1包括具有可行走功能的履带底盘101和辅助支撑系统102，履带底盘101可带动整机行走，辅助支撑系统102则用于整机的辅助定位支撑，可以提高整机的抗倾覆稳定性，如图2所示。

辅助支撑系统102包括设置在履带底盘101前方两侧的液压支腿，两侧的液压支腿左右排布，并且每侧液压支腿可以独立操控。履带底盘101每侧的液压支腿可相对于履带底盘101伸缩和升降，即液压支腿可向两旁伸出并向下触地，可以增大架棚机器人的支撑基底，以此达到稳定架棚机器人的作用。

车架2包括前后螺栓连接的车前架201和车后架202，如图3所示。车前架201为长方形板架结构，车前架201布设在履带底盘101上，左抓取装置3和右抓取装置4左右并排滑接在车前架201两侧，左抓取装置3和右抓取装置4滑动方向与履带底盘101行走方向一致。车后架202向外延伸置于履带底盘101外，车后架202上布设电气液压系统5。

左抓取装置3和右抓取装置4结构相同，起到的作用和运行原理都是相同，但是左抓取装置3和右抓取装置4分别是独立运行的。以左抓取装置3为例来介绍，左抓取装置3包括滑移小车6、回转座7、可伸缩的伸缩主臂8、立柱9、回转减速机10、抓臂11和载人吊篮12，如图4所示。

滑移小车6为“𠃊”形架体，滑移小车6前后滑接在车前架201上。为实现滑移小车6的滑动，车前架201两侧分别设置有左轨道组13和右轨道组14，分别用于左抓取装置3和右抓取装置4的滑动，左轨道组13和右轨道组14均包括间隔排布的两根轨道，如图3所示。

其中左轨道组13上滑接左抓取装置3的滑移小车6，右轨道组14上滑接右抓取装置4的滑移小车6，这是为滑移小车6的移动提供所必须的基础条件。而为了驱动滑移小车6移动，左抓取装置3的滑移小车6、右抓取装置4的滑移小车6分别和车前架201之间铰接有滑移油缸，即滑移油缸数量为两个，分别用于驱使左抓取装置3和右抓取装置4来移动，滑移油缸一端与车前架201连接，另外一端与滑移小车6连接，两个滑移油缸均受控于电气液压系统5，滑移油缸伸缩时，滑移小车6在相应的轨道组上进行滑动，滑移油缸在图中未示出。

滑移小车6上转接回转座7、且之间铰接有回转油缸15，如图5所示。即滑移小车6上水平转动有回转座7，两者通过销轴连接，回转座7可绕销轴左右转动，回转座7弯折呈“𠃊”形，进而与滑移小车6相适配，并且回转座7和滑移小车6之间布设回转油缸15，回转油缸15作用是来驱使回转座7相对于滑移小车6水平转动，进而回转座7可以左右偏摆。

回转座7上铰接伸缩主臂8、且之间铰接有俯仰油缸16，如图5所示。也就是伸缩主臂8和俯仰油缸16都是安装在回转座7上的，回转座7转动可以带动伸缩主臂8和俯仰油缸16一同转动，俯仰油缸16可驱使伸缩主臂8向上升起和向下垂落。

伸缩主臂8具有伸缩功能，具体的，伸缩主臂8包括主臂外筒81、主臂内筒82以及伸缩油缸83，如图6所示。主臂外筒81内套设主臂内筒82，两者可以相对滑动，主臂外筒81和主臂内筒82都是中空筒状结构，主臂外筒81和主臂内筒82之间设置伸缩油缸83，伸缩油缸83隐藏在伸缩主臂8内，伸缩油缸83可以带动主臂内筒82伸出和缩回，即主臂内筒82可借助伸缩油缸83提供动力沿主臂外筒81轴向滑动，进而可灵活改变伸缩主臂8的长度。

伸缩主臂8在和回转座7安装时，主臂外筒81一端铰接在回转座7上，两者通过销轴连接，伸缩主臂8可绕该销轴上下摆动。主臂外筒81和回转座7之间布设俯仰油缸16，俯仰油缸16位于主臂外筒81下方，俯仰油缸16来驱使伸缩主臂8相对于回转座7俯仰转动，也就是可带动伸缩主臂8上扬和下落。

伸缩主臂8前端铰接立柱9、且之间铰接有调平油缸17，伸缩主臂8和立柱9之间也是通过销轴铰接，立柱9可绕销轴转动，即主臂内筒82前端布设立柱9，立柱9竖向布置，立柱9下端竖直向下延伸、低于伸缩主臂8，立柱9上端向上高于伸缩主臂8，如图7所示。主臂内筒82和立柱9上端之间布设调平油缸17，调平油缸17位于主臂内筒82上方，调平油缸17作用是来驱使立柱9相对于主臂内筒82俯仰转动，目的是无论伸缩主臂8处于哪种姿态，均要保证立柱9的竖直状态，即保证立柱9底端水平。

立柱9下端通过回转减速机10连接抓臂11，进而抓臂11可相对于立柱9水平转动，该转动方向和回转座7转动方向一致，并且转动范围要大于回转座7的转动范围，如图7所示。

抓臂11是用来抓取构成钢棚的零部件的，爪292臂自身也具有较多的自由度，抓臂11包括依次相连的固定臂18、俯仰摆动缸19、活动臂20和抓手旋转缸21以及抓手机构22，如图8所示。

固定臂18水平布置，固定臂18上设置所述载人吊篮12，施工人员可在其中进行钢棚的组装作业。固定臂18一端通过回转减速机10连接立柱9，固定臂18另一端通过俯仰摆动缸19连接活动臂20，不作业时活动臂20竖直向上布置，不占用较大空间，这时固定臂18和活动臂20连接后呈“𠃊”形排布，立柱9和抓臂11连接组合后形成“凵”字形、围设在载人吊篮12周侧。

俯仰摆动缸19在安装时，固定臂18和活动臂20之间设置俯仰摆动缸19，俯仰摆动缸19可驱使活动臂20相对于固定臂18进行俯仰转动，固定臂18就相当于人的上臂，活动臂20相当于人的前臂，俯仰摆动缸19相当于手肘关节，但是抓臂11的姿态变化相对于人的上肢更多。

活动臂20顶部设置抓手机构22，活动臂20自身姿态可调，进而可以带动抓手机构22进行位置变化。如图8所示，活动臂20包括俯仰臂23、侧摆油缸24、摆动座25、推杆26和摆杆27，俯仰摆动缸19的输出轴上设置俯仰臂23，俯仰臂23为座体，俯仰臂23一侧竖直向上弯折构成延伸段231，延伸段231顶端铰接摆动座25，俯仰臂23另一侧铰接侧摆油缸24，侧摆油缸24也是竖直向上的。

侧摆油缸24通过推杆26铰接摆动座25，即侧摆油缸24和摆动座25之间铰接推杆26，侧摆油缸24来驱使摆动座25俯仰摆动，即可带动摆动座25上下偏摆。为保证摆动座25偏摆的稳定，侧摆油缸24还通过摆杆27铰接延伸段231，即侧摆油缸24和延伸段231之间铰接摆杆27，侧摆油缸24顶部、摆杆27和推杆26之间铰接于同一点。

抓臂11通过抓手机构22来稳定抓取钢棚的零部件，由于抓手机构22位于活动臂20顶部，为实现抓手机构22的灵活调整，在活动臂20和抓手机构22之间设置抓手旋转缸21，抓手旋转缸21布设在摆动座25上方，抓手旋转缸21的输出轴上设置抓手机构22，通过抓手旋转缸21来驱使抓手机构22相对于活动臂20圆周转动，也就是抓手旋转缸21旋转时带动抓手机构22旋转。

抓手机构22为双夹爪292机构，抓手机构22包括爪架28、爪单元29和托座30，如图9所示。爪架28为工字形状，爪架28为钢结构制成，爪架28两端均设置有爪单元29，爪单元29利用液压原理可以便捷开合，进而来取放钢棚零部件；托座30位于爪架28中部，也就是位于两个爪单元29之间，托座30为开口向上扩张的梯形框架结构，即托座30呈“︺”形状，两个爪单元29配合托座30来夹紧工件，就是钢棚的零部件。

爪单元29数量为两个，两个爪单元29同步运行、也就是同步张合。每个爪单元29包括爪座291、爪292和夹紧油缸293，爪架28每端的两侧均铰接有爪座291，爪座291数量为间隔排布的两个，爪座291下端向下延伸、伸出爪架28，每端的两个爪座291下端之间铰接夹紧油缸293，夹紧油缸293可驱动两个爪座291靠近或远离，进而张开或合拢。

爪座291上端向上延伸突出于爪架28，爪座291上端可拆卸连接爪292，爪292弯折呈“〈”形，爪架28每端的两个爪292对应布设，进而爪架28每端两侧的两个爪292呈“〈〉”形排布。夹紧油缸293进行伸缩时，带动爪座291进行旋转，进而带动爪292松开钢棚零部件，夹紧时零部件的上部与爪292紧密接触、下部与托座30紧密接触，从而保证对零部件抓持的稳定。

本发明原理为：架棚机器人通过履带底盘总成1灵活行走在巷道内，行走到需要架棚位置时停止，并通过辅助支撑系统102抵在地面来稳定支撑整机。施工人员根据巷道内环境灵活操作左抓取装置3和右抓取装置4运行，每个抓取装置均可进行前后移动；抓取装置的伸缩主臂8可俯仰调整和水平转动；伸缩主臂8自身长度可调；立柱9要保持竖直状态，抓臂11以立柱9为中心可圆周转动，转动时载人吊篮12一同跟随移动，施工人员可置于载人吊篮12内移动；活动臂20可上下偏摆；活动臂20可调整抓手机构22偏摆角度；抓手机构22自身可圆周转动；抓手机构22为双夹爪292机构，并配合托座30可对钢棚零部件牢靠抓取。

架棚机器人在架设钢棚的过程中，可进行多自由度的姿态变换，钢棚的零部件包括顶棚和棚腿，利用架棚机器人可架设顶棚和棚腿，如图10和图11所示。利用左抓取装置3和右抓取装置4分别来拾取两个棚腿，如图10中A所示；左抓取装置3架设好其中一个棚腿，如图10中B所示；右抓取装置4准备架设另一个棚腿，如图10中C所示。利用左抓取装置3或右抓取装置4中的任意一个来抓取顶棚，如图11中A所示；并将顶棚运送，如图11中B所示；直至运送至指定位置，如图11中C所示。

在钢棚架设过程中，需要抓臂11变化足够多的姿态，以下列出抓臂11的其中三种姿态，如图12所示。在俯仰摆动缸19的作用下，活动臂20可以翻转至固定臂18上方，如图12中A所示；活动臂20也可以翻转至水平状态、与固定臂18保持平行，如图12中B所示；活动臂20还可以翻转至固定臂18下方，如图12中C所示。在以上三种姿态下，活动臂20可灵活翻转抓手机构22，如图12中A1、B1和C1所示。

综上所述，架棚机器人取代人工进行机械化高效架棚，架棚机器人具有足够多的自由度，可抓取钢棚的零部件在狭窄巷道内灵活移动，以保证零部件在姿态转换过程中与架棚机器人自身、巷道、巷道内的其他设备之间不发生干涉，架棚机器人能适应煤矿断面尺寸多样化的环境，可以稳定高效的将所持零部件在洞中进行不同姿态转换以运送至所需位置。

实施例二：

在上述实施例一的基础上，本实施的电气液压系统5包含液压系统和电控系统，其中液压系统包括液压油箱、油泵电机、柱塞泵、高压过滤器、回油过滤器、阀组1、阀组2、阀组3、风冷散热器、多路阀1、多路阀2、多路阀3以及执行元件，如图13所示。

上述的各元器件功能如下：一、液压油箱在该系统中起着储存液压油、散热、分离油液中的气泡和沉淀杂质等作用；二、油泵电机作为液压系统的动力源提供动力；三、柱塞泵通过油泵电机连接向液压系统提供液压油，该柱塞泵采用恒压恒功率负载敏感式控制方式，可根据负载需求擦需提供压力和流量，功率损耗低，效率高于常规液压系统；四、高压过滤器及回油过滤器可将液压系统运行中产生的杂质过滤，保证液压油的清洁度，减少液压系统故障率；五、阀组1主要控制整机行走和抓取装置互锁，可以通过遥控器和手柄随意切换使用模式，提高操作安全性及可靠性；六、阀组2主要控制左抓取装置3和右抓取装置4互锁，可以通过遥控器或手柄随意切换使用模式，提高操作安全性及可靠性；七、阀组3王要控制风冷散热器启动，液压油温度较低时风冷散热器不启动，液压油温度超过设定值后风冷散热器启动散热；八、多路阀1主要控制左抓取装置3各执行动作，通过操控遥控器可控制各执行动作神出、缩回或回转；九、多路阀2主要控制右抓取装置4各执行动作，通过操控遥控器可控制各执行动作伸出、缩回或回转；十、多路阀3主要控制底盘行走及液压支腿动作；十一、各执行元件包含液压油缸及液压马达等，通过将液压能转换为机械能直接驱动各机构动作。

电控系统是通过各类传感器获得各机械的参量送给控制器，通过控制器和遥控发射和遥控接收器实现控制参数获得，通过油温、油位、压力等传感器对液压系统进行检测和保护，通过程序处理和控制器的输出实现对液压阀的可靠控制或调速，进而通过液压油缸控制机械动作，实现巷道的架棚作业，如图14所示。

其中遥控器通过选择开关或波段开关可以选择左臂控制、右臂控制、行走控制、支撑控制功能，赋予遥控器开关或电手柄相应功能，实现1个遥控器完成设备数十复杂控制功能。本发明通过电气液压互锁控制实现左右两臂和底盘行走与支撑的互锁，保证设备操作安全性。本发明通过位置检测传感器与液压阀缸配合实现载人吊篮在一定范围内，如±5°自动调平控制，保障人员在载人吊篮内工作安全。

本发明通过电气控制液压实现机械动作，实现巷道支护或加固；通过加装传感器，如磁滞位移传感器、接线传感器、倾角传感器或编码器、压力传感器、测距传感器、视觉传感器等，并编制工作程序可实现架棚机器人的半自动或自动工作。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (9)

1.巷道多自由度架棚机器人，其特征在于，包括履带底盘总成（1）、车架（2）、左抓取装置（3）、右抓取装置（4）和电气液压系统（5），所述履带底盘总成（1）包括具有可行走功能的履带底盘（101）和辅助支撑系统（102），所述辅助支撑系统（102）包括设置在履带底盘（101）前方两侧的液压支腿；

所述车架（2）包括前后螺栓连接的车前架（201）和车后架（202），所述车前架（201）布设在履带底盘（101）上，所述左抓取装置（3）和右抓取装置（4）左右并排滑接在车前架（201）两侧，左抓取装置（3）和右抓取装置（4）滑动方向与履带底盘（101）行走方向一致；

所述车后架（202）向外延伸置于履带底盘（101）外，车后架（202）上布设所述电气液压系统（5），履带底盘总成（1）、左抓取装置（3）和右抓取装置（4）均受控于电气液压系统（5）；

所述左抓取装置（3）和右抓取装置（4）结构相同，左抓取装置（3）包括滑移小车（6）、回转座（7）、可伸缩的伸缩主臂（8）、立柱（9）、回转减速机（10）、抓臂（11）和载人吊篮（12）；

所述滑移小车（6）前后滑接在车前架（201）上，滑移小车（6）上转接所述回转座（7）、且之间铰接有回转油缸（15），回转座（7）上铰接所述伸缩主臂（8）、且之间铰接有俯仰油缸（16），伸缩主臂（8）前端铰接所述立柱（9）、且之间铰接有调平油缸（17），立柱（9）竖向布置，立柱（9）下端通过所述回转减速机（10）连接所述抓臂（11）；

所述抓臂（11）包括依次相连的固定臂（18）、俯仰摆动缸（19）、活动臂（20）和抓手旋转缸（21）以及抓手机构（22），所述固定臂（18）上设置所述载人吊篮（12），所述活动臂（20）顶部设置所述抓手机构（22），抓手机构（22）为双夹爪（292）机构，所述立柱（9）和抓臂（11）连接组合后形成“凵”字形、围设在载人吊篮（12）周侧。

2.根据权利要求1所述的巷道多自由度架棚机器人，其特征在于，所述履带底盘（101）每侧的液压支腿可相对于履带底盘（101）伸缩和升降。

3.根据权利要求1所述的巷道多自由度架棚机器人，其特征在于，所述车前架（201）两侧分别设置有左轨道组（13）和右轨道组（14），左轨道组（13）和右轨道组（14）均包括间隔排布的两根轨道；

所述左轨道组（13）上滑接所述左抓取装置（3）的滑移小车（6），右轨道组（14）上滑接所述右抓取装置（4）的滑移小车（6），左抓取装置（3）的滑移小车（6）、右抓取装置（4）的滑移小车（6）分别和车前架（201）之间铰接有滑移油缸，两个所述滑移油缸均受控于电气液压系统（5）。

4.根据权利要求1所述的巷道多自由度架棚机器人，其特征在于，所述滑移小车（6）为“𠃊”形架体，滑移小车（6）上水平转动有所述回转座（7），回转座（7）弯折呈“𠃊”形、与滑移小车（6）相适配，回转座（7）和滑移小车（6）之间布设所述回转油缸（15）来驱使回转座（7）相对于滑移小车（6）水平转动。

5.根据权利要求1所述的巷道多自由度架棚机器人，其特征在于，所述伸缩主臂（8）包括主臂外筒（81）、主臂内筒（82）以及伸缩油缸（83），所述主臂外筒（81）内套设所述主臂内筒（82），主臂外筒（81）和主臂内筒（82）之间设置所述伸缩油缸（83）来带动主臂内筒（82）伸出和缩回。

6.根据权利要求5所述的巷道多自由度架棚机器人，其特征在于，所述主臂外筒（81）铰接在回转座（7）上，主臂外筒（81）和回转座（7）之间布设所述俯仰油缸（16）来驱使伸缩主臂（8）相对于回转座（7）俯仰转动，俯仰油缸（16）位于主臂外筒（81）下方；

所述主臂内筒（82）前端布设所述立柱（9），立柱（9）下端竖直向下延伸、低于所述伸缩主臂（8），主臂内筒（82）和立柱（9）之间布设所述调平油缸（17）来驱使立柱（9）相对于主臂内筒（82）俯仰转动，调平油缸（17）位于主臂内筒（82）上方。

7.根据权利要求1所述的巷道多自由度架棚机器人，其特征在于，所述抓臂（11）可相对于立柱（9）水平转动，所述固定臂（18）水平布置，固定臂（18）一端通过回转减速机（10）连接立柱（9），固定臂（18）另一端连接所述活动臂（20），活动臂（20）竖直向上布置，固定臂（18）和活动臂（20）连接后呈“𠃊”形排布。

8.根据权利要求1所述的巷道多自由度架棚机器人，其特征在于，所述固定臂（18）和活动臂（20）之间设置所述俯仰摆动缸（19）来驱使活动臂（20）相对于固定臂（18）俯仰转动，活动臂（20）包括俯仰臂（23）、侧摆油缸（24）、摆动座（25）、推杆（26）和摆杆（27）；

所述俯仰摆动缸（19）的输出轴上设置所述俯仰臂（23），俯仰臂（23）为座体，俯仰臂（23）一侧竖直向上弯折构成延伸段（231），所述延伸段（231）顶端铰接所述摆动座（25），俯仰臂（23）另一侧铰接所述侧摆油缸（24），侧摆油缸（24）竖直向上通过所述推杆（26）铰接摆动座（25）来驱使摆动座（25）俯仰摆动，侧摆油缸（24）还通过摆杆（27）铰接延伸段（231），侧摆油缸（24）顶部、摆杆（27）和推杆（26）之间铰接于同一点。

9.根据权利要求8所述的巷道多自由度架棚机器人，其特征在于，所述活动臂（20）和抓手机构（22）之间设置所述抓手旋转缸（21）来驱使抓手机构（22）相对于活动臂（20）圆周转动，抓手旋转缸（21）布设在摆动座（25）上方；

所述抓手旋转缸（21）的输出轴上设置抓手机构（22），抓手机构（22）包括爪架（28）、爪单元（29）和托座（30），所述爪架（28）为工字形状，爪架（28）两端均设置有所述爪单元（29），两个爪单元（29）配合托座（30）来夹紧工件，托座（30）为开口向上扩张的梯形框架结构，托座（30）位于爪架（28）中部；

所述爪单元（29）包括爪座（291）、爪（292）和夹紧油缸（293），爪架（28）每端的两侧均铰接有所述爪座（291），爪座（291）下端向下延伸、伸出爪架（28），每端的两个爪座（291）下端之间铰接所述夹紧油缸（293），爪座（291）上端向上延伸突出于爪架（28），爪座（291）上端可拆卸连接所述爪（292），爪架（28）每端两侧的两个爪（292）呈“〈〉”形排布。