CN117213323A - 一种基于agv小车的矿山作业用雷管投放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，包括AGV小车，AGV小车的后轮驱动模块、前轮模块均与AGV小车的车架之间设置有减震机构，车架的顶部前端固定设置有双目视觉机构，所述车架的顶面一端固定设置有用于放置和夹持雷管的雷管夹持组件，车架的顶面另一端固定设置有升降机构，所述升降机构的动力执行端固定设置有多自由度机械臂，多自由度机械臂的执行端连接有机械手组件，车架的顶面上还设置有运动控制和驱动系统。本发明可以实现雷管的运存、定点运送、自动抓取和定点安放，从而实现矿洞中雷管投放的自动化，节约了时间和人力成本，安全性高；可在较大空间范围内实现雷管的定点投放，满足矿洞内不同部位的雷管放置需求，灵活性好。

Description

一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置

技术领域

本发明涉及矿山爆破作业设备技术领域，具体为一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置。

背景技术

目前我国矿下爆破时雷管的投放仍需人工操作机器完成，一旦处理不当，会对矿洞的结构安全和工人的生命有着巨大的威胁。就目前的矿下爆破现状来看，采用人工投放雷管的方式存在极大的安全隐患，且操作的时间长、定位精度低、安装效率低，不适应于智能化、高精度爆破工程的需求。

公告号为CN106927079A的中国发明专利公开了一种基于机器视觉的工业雷管抓取和装箱系统和方法，该发明基于机器视觉的工业雷管和装箱系统结构简单、集成度高、安装方便。利用机器视觉系统，保证雷管抓取的安全性、准确性，运用六轴工业机器人代替人工，达到无人或少人包装的目的，提高工业雷管生产搬运的工作效率，满足未来工业雷管生产线智能化、安全性和可靠性的要求。因此，采用工业机器人代替人工作业以完成雷管的抓取和放置，是可行且较为理想的方式。但是该机器人适用于固定位置抓取和固定位置放置的两点式工作模式，不适用于矿洞这种复杂环境下放置点空间网状节点分布的投放方式。

公告号为CN112781454A的中国发明专利公开了一种桥梁桥桩爆破雷管安装机器人，该发明通过升降推动机构将直线运动转化为装置的高度变化，用来调节推进机构的高度，针对不同的高度进行安装。但是该种结构形式的机器人，只能实现垂直线性方向内且位于升降推动机构上方位置的雷管的放置，而对于矿洞墙壁较低位置的雷管投放则无法适用；同时，由于其升降机构采用的是剪叉式升降台，其钻孔机构和雷管推送机构的作用方向是固定的，无法实现多角度、自由式、任意位置的定点投放，仅能完成雷管的水平单向、垂直线上定点方式的水平放置，因而装置灵活性差。

AGV(Automated Guided Vehicles)又名无人搬运车，自动导航车，激光导航车。其显著特点的是无人驾驶，AGV上装备有自动导向系统，可以保障系统在不需要人工引航的情况下就能够沿预定的路线自动行驶，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。AGV的另一个特点是柔性好，自动化程度高和智能化水平高，AGV的行驶路径可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变，并且运行路径改变的费用与传统的输送带和刚性的传送线相比非常低廉。AGV一般配备有装卸机构，可以与其他物流设备自动接口，实现货物和物料装卸与搬运全过程自动化。基于上述有点，AGV小车在工业输送领域应用越来越受青睐。

因此亟需提供一种用于矿山环境下的雷管投放装置来解决上述问题，实现矿下环境下雷管的自动投放。

发明内容

为了解决矿下爆破作业过程中人工安放雷管操作存在的安全隐患，以及人工作业存在的时间长、定位精度低、安装和填充效率低的问题，本发明提供一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，包括AGV小车，AGV小车的后轮驱动模块、前轮模块均与AGV小车的车架之间设置有减震机构，车架的顶部前端固定设置有双目视觉机构，所述车架的顶面一端固定设置有用于放置和夹持雷管的雷管夹持组件，车架的顶面另一端固定设置有升降机构，所述升降机构的动力执行端固定设置有多自由度机械臂，多自由度机械臂的执行端连接有机械手组件，车架的顶面上还设置有运动控制和驱动系统；

多自由度机械臂驱动机械手组件从雷管夹持组件内抓取雷管，升降机构驱动多自由度机械臂升降定位，多自由度机械臂再驱动机械手组件将雷管放置于矿洞墙壁上的雷管放置孔内。

进一步的，所述雷管夹持组件包括固定设置于车架顶面上的安装架板、固定设置于安装架板的顶面远离多自由度机械臂一侧上的翻转机构、固定设置于安装架板的顶面靠近多自由度机械臂一侧上的暂存机构，所述翻转机构的执行端固定设置有可活动翻盖于暂存机构正上方的上压板。

进一步的，所述翻转机构包括固定设置于安装架板顶面上的基板、分别转动设置于基板上方的推拉电缸和翻转块，所述翻转块的一侧固定连接有连接件，所述连接件的端部与推拉电缸的输出轴端通过鱼眼杆端关节轴承传动连接，所述上压板通过连接杆固定连接于翻转块上。

进一步的，所述暂存机构包括固定设置于安装架板顶面上的放置板、固定设置于放置板一侧的定位板，所述放置板顶面开设有若干个并排分布的放置槽。

进一步的，所述上压板的底面上开设有与放置槽对应设置的上压槽，上压板翻盖于放置板上方时，上压槽与放置槽成组配合而将位于放置槽内的雷管夹持。

进一步的，所述上压槽与放置槽的表面上均固定设置有柔性高分子材料制成的防护层。

进一步的，所述放置板和上压板均采用柔性高分子材料制成。

进一步的，所述放置板的顶面开设有若干个弹簧孔，所述弹簧孔分别设置有限位销和套设于限位销外侧的缓冲弹簧。

进一步的，所述升降机构包括固定设置于车架顶面上的支撑板、分别固定安装于支撑板侧面上并垂向设置的线性模组和导轨，导轨上滑动设置有滑块，所述线性模组的动力输出端和滑块之间固定连接有升降架板，所述多自由度机械臂固定安装于升降架板的顶面上。

进一步的，所述运动控制和驱动系统包括分别固定设置于车架顶面上的电机驱动器、电池组和工控箱，电池组为整个装置提供电力，工控箱用于各个动力组件的运动控制和AGV小车的行进控制，电机驱动器用于后轮驱动模块的运动驱动。

与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

1.本发明提出的基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，采用2D-3D视觉伺服，可以实现对矿山下复杂环境的目标检测和地图建模，实现AGV小车的轨迹规划和运动控制，精确控制小车到达目的地，配合多自由度机械臂和机械手组件，可以实现雷管的运存、定点运送、自动抓取和定点安放，从而实现矿洞中雷管投放的自动化，节约了时间和人力成本，避免了雷管爆炸对工人的误伤。

2.本发明通过采用线性模组实现多自由度机械臂的高度调节和定位，配合多自由度机械臂空间操作范围较大的优势，使得机械手组件可在较大空间范围内实现雷管的定点投放，因而可满足矿洞内不同部位的雷管放置需求，自动化程度高、灵活性好。

3.本发明提出的AGV小车自动投放雷管的方法，相较于传统方法，解决了人工操作的时间长、定位精度低、安装效率低的问题，可以大大简化矿山爆破的流程，提高采矿产业的经济效益。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图之一；

图2为本发明的立体结构示意图之二；

图3为本发明中AGV小车的立体结构示意图；

图4为本发明中减震机构在AGV小车上的组装结构示意图；

图5为本发明中雷管夹持组件在上压板上翻状态的立体结构示意图；

图6为本发明中雷管在放置板上放置状态的示意图；

图7为本发明中放置板的立体结构示意图；

图8为本发明中上压板的立体结构示意图；

图9为本发明中雷管夹持组件在上压板下压状态的立体结构示意图；

图10为本发明中多自由度机械臂在升降机构上的组装状态的立体结构示意图。

图中：1AGV小车、11后轮驱动模块、12前轮模块、13减震机构、14车架、15双目视觉机构、2雷管夹持组件、21安装架板、211支撑柱、22翻转机构、221基板、222推拉电缸、223翻转块、224连接件、225鱼眼杆端关节轴承、226连接杆、227第一轴承座、228第二轴承座、23暂存机构、231放置板、2311放置槽、2312弹簧孔、232定位板、233限位销、234缓冲弹簧、235垫板、24上压板、241上压槽、242弹簧上压槽、3升降机构、31支撑板、32线性模组、33导轨、34滑块、35升降架板、4多自由度机械臂、5机械手组件、6控制和驱动系统、61电机驱动器、62电池组、63工控箱、100雷管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。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。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图10，一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，包括AGV小车1，AGV小车1的后轮驱动模块11、前轮模块12均与AGV小车1的车架14之间设置有减震机构13，车架14的顶部前端固定设置有双目视觉机构15，双目视觉机构15实时获取AGV小车的路况信息，为小车路径规划和地图实时更新提供图像信息以及实现避障功能，后轮驱动模块11为AGV小车的运动提供动力和减震功能，前轮模块12为小车提供转向和减震功能。车架14的顶面上还设置有运动控制和驱动系统6。运动控制和驱动系统6包括分别固定设置于车架14顶面上的电机驱动器61、电池组62和工控箱63，电池组62为整个装置提供电力，工控箱63用于各个动力组件的运动控制和AGV小车1的行进控制，电机驱动器61用于后轮驱动模块11的运动驱动。以上结构组成与现有技术中的智能AGV小车的结构基本相同，且具有视觉导向功能和减震功能，仅对部件的结构及尺寸进行适当改变，对控制系统进行适当的功能拓展即可。因此，其具体结构和工作原理此处不做详细赘述，一下仅对本发明的创新结构设计和工作原理进行详细说明。

车架14的顶面一端(车尾端)固定设置有用于放置和夹持雷管100的雷管夹持组件2。如图5所示，雷管夹持组件2包括固定设置于车架14顶面上的安装架板21、固定设置于安装架板21的顶面远离多自由度机械臂4一侧上的翻转机构22、固定设置于安装架板21的顶面靠近多自由度机械臂4一侧上的暂存机构23，翻转机构22的执行端固定设置有可活动翻盖于暂存机构23正上方的上压板24。本实施例中，安装架板21为矩形金属板，其底面四角处分别通过螺栓固定连接有支撑柱211，支撑柱211的底端通过螺栓连接固定在车架14的顶面上，使得安装架板21位于工控箱63、电池组63的正上方，工控箱63和电池组63容纳于安装架板21的下方，从而使得车架14的顶部结构更加紧凑。

翻转机构22包括固定设置于安装架板21顶面上的基板221、分别转动设置于基板221上方的推拉电缸222和翻转块223，翻转块223的一侧固定连接有连接件224，连接件224的端部与推拉电缸222的输出轴端通过鱼眼杆端关节轴承225传动连接，上压板24通过连接杆226固定连接于翻转块223上。具体的，基板221的顶面上分别固定安装有一组第一轴承座227和一组第二轴承座228，第一轴承座227和第二轴承座228的轴线相互平行。推拉电缸222的缸体端部(伸缩杆所在端)外侧固定套设有电缸支架，电缸支架对的两侧一体设置有转轴，转轴通过滚动轴承转动安装于第一轴承座227的顶部侧面内，使得推拉电缸222可在第一轴承座227上往复摆动。翻转块223的底部边缘两端分别通过螺栓固定连接有转动件，转动件的转轴通过滚动轴承转动安装在第二轴承座228的顶部侧面内，使得翻转块223可在第二轴承座228上往复摆动。鱼眼杆端关节轴承225的连杆端螺纹套接在推拉电缸222的伸缩杆杆端。连接件224的外侧面底端通过螺栓与鱼眼杆端关节轴承225的轴承内圈固定连接。连接杆226为V型杆，其两端分别一体设置有连接板，一端的连接板通过螺钉固定连接于翻转块223的顶面上，另一端通过螺钉固定连接于上压板24的顶面上。

暂存机构23包括固定设置于安装架板21顶面上的放置板231、固定设置于放置板231一侧的定位板232。其中，放置板231的底部设置有垫板235，并通过螺栓与垫板235连接固定，垫板235则通过螺栓固定连接在安装架板21的顶面上，通过垫板235可调整放置板231的高度，以与下翻至水平状态的上压板24相配合，完成雷管100的夹持固定。如图7所示，放置板231为长条形平板，放置板231顶面开设有若干个并排分布的放置槽2311。如图8所示，上压板24也为长条形平板，上压板24的底面上开设有与放置槽2311对应设置的上压槽241。由于雷管100的外壳体为圆柱状，因而放置槽2311和上压槽241均为圆弧截面。上压板24翻盖于放置板231上方时，上压槽241与放置槽2311成组配合而将位于放置槽2311内的雷管100夹持。

优选的，放置板231和上压板24均采用柔性高分子材料制成，如此雷管100放置于放置槽2311内后，可通过材料的塑性，使得雷管100与放置槽2311之间为紧配合，以防止上压板24在打开状态下，雷管100从放置槽2311内滑脱。因此，放置槽2311的弧形截面宜大于半圆弧。进一步的，放置板231和上压板24可均采用通用的硬质材料制成，且上压槽241与放置槽2311的表面上均固定设置有柔性高分子材料制成的防护层，通过该防护层可实现雷管100的紧配合夹持以及防护，同时防护层在出现破损时，通过局部替换即可实现放置板231和上压板24的正常使用，降低了使用和维修成本。

如图6和图7所示，放置板231的顶面开设有若干个弹簧孔2312，弹簧孔2312分别设置有限位销233和套设于限位销233外侧的缓冲弹簧234。本实施例中，弹簧孔2312为通孔，垫板235的顶面开设有与通孔对应设置的螺纹孔，限位销233的底端螺纹连接于螺纹孔内，从而使限位销233同轴地固定设置于弹簧孔2312内。如图8所示，上压板24的底面上开设有与弹簧孔2312相对应的弹簧上压槽242。上压板24下翻至水平状态并位于放置板231上方时，上压板24的底面与缓冲弹簧234的顶端接触，缓冲弹簧234受力压缩而对上压板24起到缓冲作用，直至弹簧上压槽242的槽顶面与限位销233的顶端相抵时，完成雷管100的夹持过程，同时又可通过限位控制，避免雷管100被过度压紧，起到一定的防护作用。

车架14的顶面另一端(车头端)固定设置有升降机构3，升降机构3的动力执行端固定设置有多自由度机械臂4，多自由度机械臂4的执行端连接有机械手组件5。具体的，如图10所示，升降机构3包括固定设置于车架14顶面上的支撑板31、分别固定安装于支撑板31侧面上并垂向设置的线性模组32和导轨33，导轨33上滑动设置有滑块34，线性模组32的动力输出端和滑块34之间固定连接有升降架板35，多自由度机械臂4固定安装于升降架板35的顶面上。通过升降机构3可驱动多自由度机械臂4整体的升降和垂向定位，以使机械手组件5可到达暂存机构23上的抓取位置而方便和准确地将雷管100进行夹持和抓取，以及机械手组件5抓取雷管100可达到机械手组件5的操作空间范围内以完成雷管100的放置作业。

实施例中，自由度机械臂4采用现有的微型六自由度工业机器人手臂，通过预置的控制程序，可按照预设的运动轨迹控制器末端的运动；机械手组件5采用现有的双指电动夹爪，且手指的夹持面上设置柔性高分子材料制成的防护层，以面夹持面在夹持过程中对雷管的外壳体造成刚性损伤，夹持力大小以能够在预设抓取点可靠抓取雷管100且在转运过程中不会发生位置明显变动为宜，以防止夹持力过大而对雷管100自身造成损伤。

本发明的使用过程如下：

(1)预存雷管：

启动推拉电缸222正向工作，其伸缩杆伸长，伸缩杆通过鱼眼杆端关节轴承225推动连接件224和翻转块223围绕转动件的轴线逆时针摆动，上压板24跟随连接件226上翻而与放置板231分离，此时，放置槽2311处于开放状态；

操作人员将雷管100逐个放置在放置槽2311内并与预压紧，且使雷管100的末端通过定位板232进行对齐定位，从而使一定数量的雷管100平行并排地放置在放置板231上。

(2)夹持雷管:

启动推拉电缸222反向工作，其伸缩杆收缩，伸缩杆通过鱼眼杆端关节轴承225拉动连接件224和翻转块223围绕转动件的轴线顺时针摆动，上压板24跟随连接件226下翻而逐渐靠近放置板231，直至上压板24处于水平状态并位于放置板231的正上方，此时，上压槽241与放置槽2311成组配合而将位于放置槽2311内的雷管100压紧夹持。

(3)运送雷管：

启动AGV小车1工作，AGV小车1通过预设的行进轨迹行进至矿洞内的雷管放置点，从而将其上夹持的雷管100运送至目标位置。

(4)抓取和放置雷管：

达到首个雷管放置点后，系统自动启动推拉电缸222正向工作，驱动上压板24上翻而使雷管100处于裸露状态；

升降机构3反向工作，驱动多自由度机械臂4下降至预设的抓取位置定位点，机械手组件5夹持并抓取第一个雷管100，使该雷管100从放置槽2311中移出；而后升降机构3正向工作，驱动多自由度机械臂4上升至预设的安放位置定位点，机械手组件5将雷管100放置于空洞墙壁内对应的雷管安放孔内；

在安放雷管的过程中，系统自动启动推拉电缸222反向工作，驱动上压板24下翻而再次将剩余的雷管100进行压紧夹持，以防雷管100在后续运动过程中出现位置偏移。

第一个雷管100安放完成后，继续循环进行上述的运送、抓取和放置过程，直至所有的雷管100被安放完毕后，AGV小车1沿原路径出矿洞至始发地。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，包括AGV小车(1)，AGV小车(1)的后轮驱动模块(11)、前轮模块(12)均与AGV小车(1)的车架(14)之间设置有减震机构(13)，车架(14)的顶部前端固定设置有双目视觉机构(15)，其特征在于：所述车架(14)的顶面一端固定设置有用于放置和夹持雷管(100)的雷管夹持组件(2)，车架(14)的顶面另一端固定设置有升降机构(3)，所述升降机构(3)的动力执行端固定设置有多自由度机械臂(4)，多自由度机械臂(4)的执行端连接有机械手组件(5)，车架(14)的顶面上还设置有运动控制和驱动系统(6)；

多自由度机械臂(4)驱动机械手组件(5)从雷管夹持组件(2)内抓取雷管(100)，升降机构(3)驱动多自由度机械臂(4)升降定位，多自由度机械臂(4)再驱动机械手组件(5)将雷管(100)放置于矿洞墙壁上的雷管放置孔内。

2.根据权利要求1所述的一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，其特征在于：所述雷管夹持组件(2)包括固定设置于车架(14)顶面上的安装架板(21)、固定设置于安装架板(21)的顶面远离多自由度机械臂(4)一侧上的翻转机构(22)、固定设置于安装架板(21)的顶面靠近多自由度机械臂(4)一侧上的暂存机构(23)，所述翻转机构(22)的执行端固定设置有可活动翻盖于暂存机构(23)正上方的上压板(24)。

3.根据权利要求2所述的一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，其特征在于：所述翻转机构(22)包括固定设置于安装架板(21)顶面上的基板(221)、分别转动设置于基板(221)上方的推拉电缸(222)和翻转块(223)，所述翻转块(223)的一侧固定连接有连接件(224)，所述连接件(224)的端部与推拉电缸(222)的输出轴端通过鱼眼杆端关节轴承(225)传动连接，所述上压板(24)通过连接杆(226)固定连接于翻转块(223)上。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，其特征在于：所述暂存机构(23)包括固定设置于安装架板(21)顶面上的放置板(231)、固定设置于放置板(231)一侧的定位板(232)，所述放置板(231)顶面开设有若干个并排分布的放置槽(2311)。

5.根据权利要求4所述的一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，其特征在于：所述上压板(24)的底面上开设有与放置槽(2311)对应设置的上压槽(241)，上压板(24)翻盖于放置板(231)上方时，上压槽(241)与放置槽(2311)成组配合而将位于放置槽(2311)内的雷管(100)夹持。

6.根据权利要求5所述的一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，其特征在于：所述上压槽(241)与放置槽(2311)的表面上均固定设置有柔性高分子材料制成的防护层。

7.根据权利要求5所述的一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，其特征在于：所述放置板(231)和上压板(24)均采用柔性高分子材料制成。

8.根据权利要求4所述的一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，其特征在于：所述放置板(231)的顶面开设有若干个弹簧孔(2312)，所述弹簧孔(2312)分别设置有限位销(233)和套设于限位销(233)外侧的缓冲弹簧(234)。

9.根据权利要求1所述的一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，其特征在于：所述升降机构(3)包括固定设置于车架(14)顶面上的支撑板(31)、分别固定安装于支撑板(31)侧面上并垂向设置的线性模组(32)和导轨(33)，导轨(33)上滑动设置有滑块(34)，所述线性模组(32)的动力输出端和滑块(34)之间固定连接有升降架板(35)，所述多自由度机械臂(4)固定安装于升降架板(35)的顶面上。

10.根据权利要求1所述的一种基于AGV小车的矿山作业用雷管投放装置，其特征在于：所述运动控制和驱动系统(6)包括分别固定设置于车架(14)顶面上的电机驱动器(61)、电池组(62)和工控箱(63)，电池组(62)为整个装置提供电力，工控箱(63)用于各个动力组件的运动控制和AGV小车(1)的行进控制，电机驱动器(61)用于后轮驱动模块(11)的运动驱动。