CN117963032A - 一种采煤工作面处理冒顶的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采煤工作面处理冒顶的机器人，涉及矿井井下施工技术领域，包括伸缩平台、支撑腿、升降平台和机械臂。该机器人具备升降，行走，爬坡，转弯等功能以及双机械臂协同作业优势，在冒顶处理作业中能够快速进入作业区域展开作业，做到机器人代替矿工进行危险区域作业的目的，提高冒顶处理效率和效果。其支撑腿可进行180°折展，小腿伸缩关节具备伸缩功能，支撑腿完全展开能够使机器人跨越较大高度障碍，同时能够使机器人满足不同高度范围作业要求。通过在主箱体左右两侧设置侧向伸缩部，可驱动支撑腿进行侧向展开，防止向两侧倾倒。该机器人灵活性高，可快速方便地进入采煤工作面作业，且结构紧凑、尺寸小、便于拆装，安全性高。

Description

一种采煤工作面处理冒顶的机器人

技术领域

本发明涉及矿井井下施工技术领域，特别是涉及一种采煤工作面处理冒顶的机器人。

背景技术

冒顶事故是指矿井井下顶板冒落所产生的事故，在矿井采掘工作面生产过程中经常发生，会造成重大人员伤亡事故，必须安全快速地处理。

现有处理采煤工作面冒顶事故的设备主要有工作面采煤机机载式冒顶处理机器人和用于巷道处理冒顶的机器人。其中，前者采用以剪叉式升降台为工作平台、双机械臂进行作业的技术方案，如公开号为CN111075476A的中国专利公开的《一种采煤机机载式冒顶处理机器人及其施工方法》，通过将可升降式剪叉工作平台安装在采煤机机身上面，作业机械手布置在剪叉工作平台上，采煤机沿刮板输送机移动，剪叉工作平台也可以向前方滑移，双机械手进行协同作业，但是这种方案在采煤机被冒顶的矸石压死、冒顶区下方堆满矸石、采煤工作面的液压支架倾倒或咬死、大范围冒顶等情况时，机器人无法开展冒顶处理作业，而且机器人不能离开采煤机，当冒顶处与采煤机之间的煤壁还没有截割时，采煤机无法载着机器人到达冒顶处，所以机器人也就无法进行冒顶处理作业，进而影响冒顶处理效率。后者则采用以履带车为载体装载喷涂机械手和防护板的技术方案，如公开号为CN113250741A的中国专利公开的《一种煤矿用处理冒顶的机器人》，通过在履带式行进机构前部安装喷浆机械手，中部安装伸缩机构，伸缩机构上端为可旋转式防护板，能在处理巷道冒顶时进行喷浆作业，然而这种方案底盘灵活性差，无法适应采煤工作面冒顶区域狭窄、冒落的矸石倾斜角度大和障碍物多的环境条件，进而难以进入采煤工作面的冒顶区域作业，只能在掘进巷道内进行喷浆作业，需要操作人员站在支护机构上完成铺网、打孔、装锚杆等作业，冒顶处理速度慢且非常危险。

综上所述，现有处理冒顶的机器人，仍然存在灵活性差，处理采煤工作面冒顶事故的危险性高，支护难度大，支护设备环境适应性差，冒顶处理效率低等难题，因此，亟需设计一种灵活性高，环境适应性强，能够有效降低支护难度和工作危险性，提高工作效率的新型冒顶处理机器人，来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种采煤工作面处理冒顶的机器人，其灵活性高，环境适应性强，能够有效降低支护难度和工作危险性，同时提高工作效率，以解决上述现有处理冒顶的机器人存在的灵活性差，处理采煤工作面冒顶事故的危险性高，支护难度大，支护设备环境适应性差，冒顶处理效率低等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种采煤工作面处理冒顶的机器人，包括：

伸缩平台，其包括主箱体、设置于所述主箱体侧部的侧向伸缩部以及与所述侧向伸缩部相连的腿部安装臂，所述腿部安装臂具有可转动的髋关节，所述侧向伸缩部用于驱动所述腿部安装臂相对所述主箱体进行侧向伸缩，所述髋关节能够相对所述腿部安装臂进行侧向旋转；

支撑腿，其顶部与所述髋关节转动连接，用于支撑所述伸缩平台，所述支撑腿能够在高度方向上伸缩和/或折展，并能够相对所述髋关节上下旋转；

升降平台，活动安装于所述主箱体上，并能够相对所述主箱体进行升降和俯仰调节；

机械臂，设置于所述升降平台上，所述机械臂用于在采煤工作面处理冒顶。

可选的，所述支撑腿包括依次铰接的大腿关节、膝关节和小腿关节，所述大腿关节的顶部与所述髋关节转动连接；所述大腿关节上设置有与所述膝关节相连的第一液压缸，所述第一液压缸用于驱动所述膝关节相对所述大腿关节转动，所述膝关节上设置有与所述小腿关节相连的第二液压缸，所述第二液压缸用于驱动所述小腿关节相对所述膝关节转动；

所述小腿关节的下方通过小腿伸缩关节连接有足端机构，所述小腿关节上设置有与所述足端机构相连的第三液压缸，所述第三液压缸用于驱动所述足端机构相对所述小腿关节上下伸缩。

可选的，所述主箱体的左右两侧均设置有所述侧向伸缩部，任意一所述侧向伸缩部上均设置有所述腿部安装臂，任意一所述腿部安装臂的前后两端均通过髋关节铰接轴转动安装有所述髋关节，所述髋关节铰接轴垂直于所述主箱体，任意一所述腿部安装臂上还均设置有第四液压缸和第五液压缸，所述第四液压缸和所述第五液压缸分别与同一所述腿部安装臂上的两所述髋关节相连，用于驱动所述髋关节绕所述髋关节铰接轴转动，以使所述髋关节相对所述腿部安装臂进行侧向旋转；

任意一所述髋关节内均设置有摆动液压马达，所述支撑腿的顶部与所述摆动液压马达相连，所述摆动液压马达用于驱动所述支撑腿绕与所述髋关节铰接轴垂直的轴线前后转动，以使所述支撑腿相对所述髋关节上下旋转。

可选的，所述侧向伸缩部包括连接臂、伸缩筒、伸缩杆和第六液压缸，所述连接臂与所述腿部安装臂相连，所述伸缩筒嵌置于所述主箱体内，所述伸缩杆的一端与所述连接臂相连，另一端与所述伸缩筒活动插接，所述第六液压缸设置于所述主箱体内，并与所述连接臂相连，所述第六液压缸用于驱动所述腿部安装臂相对所述主箱体左右伸缩。

可选的，所述升降平台包括平台、曲柄机构和摇杆机构，其中：

所述曲柄机构包括T型连接块、上连杆、第八液压缸、下连杆、连接块、第九液压缸、第十液压缸和第十一液压缸，所述T型连接块与所述平台的后侧铰接，所述连接块与所述主箱体的后侧铰接，所述上连杆和所述下连杆铰接为一组，且所述上连杆的顶端与所述T型连接块铰接，所述下连杆的底端与所述连接块铰接，所述上连杆和所述下连杆设置有两组，其中一组所述上连杆和所述下连杆之间连接所述第八液压缸，另一组所述上连杆和所述下连杆之间连接所述第九液压缸，所述第十液压缸的一端和所述第十一液压缸的一端与所述主箱体的中部铰接，所述第十液压缸的另一端和所述第十一液压缸的另一端与所述连接块铰接；

所述摇杆机构包括第十二液压缸和第十三液压缸，所述第十二液压缸和所述第十三液压缸并排布置于所述平台的前侧，所述第十二液压缸的两端分别与所述平台和所述主箱体的前侧铰接，所述第十三液压缸的两端分别与所述平台和所述主箱体的前侧铰接。

可选的，所述机械臂包括第一机械臂和第二机械臂。

可选的，所述第一机械臂和所述第二机械臂均为液压机械臂，且所述第一机械臂和所述第二机械臂呈对角布置在所述升降平台上。

可选的，所述第一机械臂和所述第二机械臂均为多轴机械臂。

可选的，还包括第一环境感知系统，所述第一环境感知系统设置于所述主箱体的前侧，用于对机器人前方环境进行监测。

可选的，还包括第二环境感知系统，所述第二环境感知系统设置于所述升降平台上，用于对冒顶区域环境及机械臂作业区域进行监测。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提出的采煤工作面处理冒顶的机器人，功能多样，具备升降，行走，爬坡，转弯等功能以及双机械臂协同作业优势，在冒顶处理作业中能够快速进入作业区域展开作业，做到机器人代替矿工进行危险区域作业的目的，提高冒顶处理效率和效果。其具有如下有益效果：

(1)支撑腿可进行180°折展，小腿伸缩关节具备伸缩功能，支撑腿完全展开能够使机器人跨越较大高度障碍，同时能够使机器人满足不同高度范围作业要求。

(2)机器人处于机身两侧作业时，容易向两侧翻倒，通过在主箱体左右两侧设置侧向伸缩部，可驱动支撑腿进行侧向展开，整个机器人形成类似蜘蛛形，对机身具有良好的支撑性，防止向两侧倾倒。

(3)伸缩平台具有伸缩功能，在机器人通过井下狭小通道时处于缩回状态，减小了机身的尺寸，方便进入采煤工作面开展作业，在作业空间足够大时伸出，机身宽度增大，稳定性增强。

(4)升降平台依据曲柄摇杆机构进行设计，同时曲柄和摇杆长度可调，增大了平台工作空间与移动灵活性，可使机械臂以俯仰姿态展开作业，以满足对复杂条件的冒顶区域进行作业的要求。

(5)上述采煤工作面处理冒顶的机器人为足式机器人，其灵活性高，可快速方便地进入采煤工作面作业，能满足打孔、夹取并举升支护顶板的支撑梁、搬运矸石、注浆充填等多功能作业要求，且双机械臂协同作业工作效率高。

(6)该足式机器人结构紧凑、尺寸小、便于拆装，安全性高，避免了矿工进入冒顶区域进行危险的作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的采煤工作面处理冒顶的机器人的整体结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的采煤工作面处理冒顶的机器人的作业示意图；

图3为本发明实施例所公开的采煤工作面处理冒顶的机器人中腿部的结构示意图；

图4为本发明实施例所公开的采煤工作面处理冒顶的机器人中腿部安装臂的结构示意图；

图5为本发明实施例所公开的采煤工作面处理冒顶的机器人中伸缩平台的结构示意图；

图6为本发明实施例所公开的采煤工作面处理冒顶的机器人中升降平台及作业平台的结构示意图；

图7为本发明实施例所公开的采煤工作面处理冒顶的机器人中第一机械臂或第二机械臂的结构示意图。

其中，附图标记为：

1、前支撑腿；101、大腿关节；102、膝关节；103、小腿关节；104、小腿伸缩关节；105、足端机构；106、第一液压缸；107、第二液压缸；108、第三液压缸；2、腿部安装臂；201、第一髋关节；202、安装臂；203、第一垫块；204、第二垫块；205、第四液压缸；206、摆动液压马达；207、第二髋关节；208、第五液压缸；3、伸缩平台；301、主箱体；302、后安装座；303、伸缩杆；304、伸缩筒；305、第六液压缸；306、前安装座；307、第一环境感知系统安装架；308、中部安装座；309、两侧安装座；4、升降平台；401、平台；402、T型连接块；403、上连杆；404、第八液压缸；405、下连杆；406、连接块；407、第十液压缸；408、第九液压缸；409、第十一液压缸；410、第十二液压缸；411、第十三液压缸；5、第一机械臂；6、第二环境感知系统；7、第二机械臂；8、后支撑腿；9、第一环境感知系统；10、连接臂；

11、采煤工作面处理冒顶的机器人；12、液压支架；13、采煤机；14、冒顶矸石堆；15、刮板输送机；16、液压油管；17、支撑梁。

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。

本发明的目的之一是提供一种采煤工作面处理冒顶的机器人，其灵活性高，环境适应性强，能够有效降低支护难度和工作危险性，同时提高工作效率，以解决现有处理冒顶的机器人存在的灵活性差，处理采煤工作面冒顶事故的危险性高，支护难度大，支护设备环境适应性差，冒顶处理效率低等问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-图7所示，本实施例提供一种采煤工作面处理冒顶的机器人11，包括伸缩平台3、支撑腿、升降平台4和机械臂，伸缩平台3包括主箱体301、设置于主箱体301侧部的侧向伸缩部以及与侧向伸缩部相连的腿部安装臂2，腿部安装臂2具有可转动的髋关节，侧向伸缩部用于驱动腿部安装臂2相对主箱体301进行侧向伸缩，髋关节则能够相对腿部安装臂2进行侧向旋转；支撑腿的顶部与髋关节转动连接，支撑腿用于支撑伸缩平台3，且支撑腿能够在高度方向上伸缩和/或折展，并能够相对髋关节上下旋转；升降平台4活动安装于主箱体301上，并能够相对主箱体301进行升降和俯仰调节；机械臂设置于升降平台4上，机械臂用于在采煤工作面处理冒顶。上述方案中，腿部安装臂2相对主箱体301的侧向伸缩方向，一般为平行于主箱体301的方向。如图1所示，x轴、y轴和z轴两两垂直，髋关节相对腿部安装臂2进行侧向旋转，即髋关节相对腿部安装臂2绕z轴旋转，也就是说侧向旋转的旋转轴为图1所示z轴；支撑腿相对髋关节上下旋转，即支撑腿相对髋关节绕y轴旋转，也就是说上下旋转的旋转轴为图1所示y轴。

本实施例中，支撑腿设置有多个，且分布于主箱体301的前后两侧；与之相对应的，侧向伸缩部布置于主箱体301的左右两侧。支撑腿中，位于主箱体301前侧的称之为前支撑腿、位于主箱体301后侧的称之为后支撑腿。前支撑腿1和后支撑腿8采用相同的关节型腿部机构，下面以前支撑腿1为例，对其结构进行具体说明。如图1和图3所示，前支撑腿1优选设置为可在高度方向上折展的支撑腿结构，其包括大腿关节101、膝关节102、小腿关节103、小腿伸缩关节104、足端机构105、第一液压缸106、第二液压缸107、第三液压缸108，大腿关节101、膝关节102和小腿关节103依次铰接，大腿关节101的顶部与髋关节转动连接，第一液压缸106设置于大腿关节101上并与膝关节102相连，第一液压缸106用于驱动膝关节102相对大腿关节101转动，第二液压缸107设置于膝关节102上并与小腿关节103相连，第二液压缸107用于驱动小腿关节103相对膝关节102转动；小腿关节103的下方通过小腿伸缩关节104连接有足端机构105，第三液压缸108设置于小腿关节103上并与足端机构105相连，第三液压缸108用于驱动足端机构105相对小腿关节103上下伸缩。

本实施例中，主箱体301的左右两侧对称设置有侧向伸缩部，任意一侧向伸缩部上均设置有腿部安装臂2，任意一腿部安装臂2的前后两端均通过髋关节铰接轴(髋关节铰接轴平行于图1和图4所示z轴)转动安装有髋关节，髋关节铰接轴(即图1和图4所示z轴)垂直于主箱体301，任意一腿部安装臂2上还均设置有第四液压缸205和第五液压缸208，第四液压缸205和第五液压缸208分别与同一腿部安装臂2上的两髋关节相连，具体地，如图4所示，腿部安装臂2优选为侧向放置的U型的安装臂202，其开口端一般朝向主箱体301设置，安装在安装臂202前、后两端的两髋关节分别为第一髋关节201和第二髋关节207，第四液压缸205和第五液压缸208均安装于安装臂202内，并分别与第二髋关节207和第一髋关节201相连，第四液压缸205和第五液压缸208分别用于驱动第二髋关节207和第一髋关节201绕各自的髋关节铰接轴(即图1和图4所示z轴)转动，以使第二髋关节207和第一髋关节201相对腿部安装臂2进行侧向旋转(即绕z轴旋转)；上述髋关节铰接轴垂直于主箱体301，第二髋关节207和第一髋关节201通过绕各自的髋关节铰接轴左右转动，以实现第二髋关节207和第一髋关节201相对腿部安装臂2的侧向旋转(即绕z轴旋转)，具体的侧向旋转体现为，第二髋关节207和第一髋关节201相对主箱体301向两外侧旋转，或向主箱体301内侧旋转。

进一步地，任意一髋关节内均设置有摆动液压马达206，大腿关节101的顶部与摆动液压马达206相连，摆动液压马达206用于驱动支撑腿绕与髋关节铰接轴垂直的轴线(即图1和图4所示y轴)前后转动，以使支撑腿相对髋关节上下旋转(即绕y轴旋转)。具体地，支撑腿的转动轴线(即图1和图4所示y轴)平行于主箱体301，支撑腿相对相应的髋关节向上旋转，具体体现为向主箱体301的前上方旋转，支撑腿相对相应的髋关节向下旋转，具体体现为向主箱体301的后下方旋转。本技术方案中，左右侧和前后侧为相互垂直或接近垂直的方向，且左右侧和前后侧均垂直于上下方向。

本实施例中，前述的侧向伸缩部包括连接臂10、伸缩筒304、伸缩杆303和第六液压缸305，连接臂10与安装臂202的开口侧相连，具体地，安装臂202上、下表面通过第一垫块203、第二垫块204与连接臂10通过螺栓紧固。伸缩筒304嵌置于主箱体301内，伸缩杆303的一端与连接臂10相连，另一端与伸缩筒304活动插接，第六液压缸305设置于主箱体301内，第六液压缸305一端与连接臂10相连，第六液压缸305另一端与主箱体301内部的两侧安装座309相连，用于驱动腿部安装臂2相对主箱体301左右伸缩。主箱体301的左右两侧对称布置有侧向伸缩部，相应的，腿部安装臂2在主箱体301的左右两侧对称布置，基于每个腿部安装臂2的前后端分别设置有第一髋关节201和第二髋关节207，因此，每个腿部安装臂2的前后两端分别连接一支撑腿，其中，连接于位于前端的第一髋关节201的支撑腿为前支撑腿1，连接于位于后端的第二髋关节207的支撑腿为后支撑腿8，由此，整个采煤工作面处理冒顶的机器人11中，共设置两根前支撑腿1和两根后支撑腿8，从而形成四足机器人。

进一步地，伸缩筒304和伸缩杆303一一对应、插接配合，在本方案中起到导向作用，当第六液压缸305驱动腿部安装臂2相对主箱体301左右伸缩时，伸缩筒304和伸缩杆303滑动配合，可防止腿部安装臂2的伸缩方向偏移。作为优选方案，每一组侧向伸缩部中均包括两组伸缩筒304和伸缩杆303，且两组伸缩筒304和伸缩杆303分别靠近主箱体301的前、后侧设置。

本实施例中，伸缩平台3为箱体式结构，其两侧的侧向伸缩部能够驱动腿部安装臂2上的前支撑腿1、后支撑腿8向左右两侧移动，可提高足式机器人的抗侧翻性能，进而提高机身工作时的稳定性。

本实施例中，升降平台4包括平台401、曲柄机构和摇杆机构，其中曲柄机构包括T型连接块402、上连杆403、第八液压缸404、下连杆405、连接块406、第九液压缸408和第十液压缸407，T型连接块402与平台401的后侧铰接，连接块406与主箱体301的后侧铰接，上连杆403和下连杆405铰接为一组，且上连杆403的顶端与T型连接块402铰接，下连杆405的底端与连接块406铰接，上连杆403和下连杆405设置有两组，且两组上连杆403和下连杆405对称布置，两组上连杆403和下连杆405共同围合形成可折叠的菱形架。其中一组上连杆403和下连杆405之间连接第八液压缸404，另一组上连杆403和下连杆405之间连接第九液压缸408，第十液压缸407的一端和第十一液压缸409的一端分别与主箱体301中部的两个中部安装座308铰接，第十液压缸407的另一端和第十一液压缸409的另一端分别与连接块406的两端铰接。摇杆机构包括第十二液压缸410和第十三液压缸411，第十二液压缸410和第十三液压缸411并排布置于平台401的前侧，第十二液压缸410的两端分别与平台401的前侧和主箱体301的前侧铰接，第十三液压缸411的两端分别与平台401的前侧和主箱体301的前侧铰接。上述升降平台4采用曲柄摇杆结构设计，其中摇杆机构同时设置第十二液压缸410和第十三液压缸411，为二级伸缩液压缸，平台401起连架杆作用，连接曲柄机构和摇杆机构，曲柄机构的摆动是通过第十液压缸407和第十一液压缸409进行驱动，曲柄机构和摇杆机构长度可调节，通过调节曲柄机构长度、曲柄摆动角、摇杆机构长度，平台401可进行升降、前倾、后倾，从而提高了平台401运动灵活性及运动范围，可适应于冒顶区域复杂环境作业。

本实施例中，前述的机械臂包括第一机械臂5和第二机械臂7。第一机械臂5和第二机械臂7均为液压机械臂，且第一机械臂5和第二机械臂7呈对角布置在升降平台4的平台401上。第一机械臂5与第二机械臂7可进行双臂协同作业，对角布置在平台401上可减小机械臂作业时相互干涉范围，增大机械臂的可作业空间。

进一步地，上述第一机械臂5和第二机械臂7均优选为多轴机械臂，具体可为六轴机械臂或七轴机械臂。如图7所示，为第一机械臂5或第二机械臂7的具体结构布置，其中“5(7)”的含义即是该机械臂可以为第一机械臂5，也可以为第二机械臂7。

本实施例中，还包括第一环境感知系统9，第一环境感知系统9通过第一环境感知系统安装架307设置于主箱体301的前侧，用于对机器人前方环境进行监测。具体地，第一环境感知系统9可对前方区域照明，可进行测距，可进行高度升降、旋转、俯仰角度调节，满足对冒顶区域环境勘测、数据采集、数据传输。

本实施例中，还包括第二环境感知系统6，第二环境感知系统6可通过支架设置于平台401上，第二环境感知系统6用于对冒顶区域环境及机械臂作业区域进行监测。具体地，第二环境感知系统6可对冒顶区域照明，可进行测距，可进行高度升降、旋转、俯仰角度调节，满足对冒顶区域环境勘测、数据采集、数据传输。安装第二环境感知系统6的支架具体优选为可升降的支架，比如伸缩杆、相机云台等结构。

上述可知，本实施例提出的采煤工作面处理冒顶的机器人11包括前支撑腿1、腿部安装臂2、伸缩平台3、升降平台4、第一机械臂5、第二环境感知系统6、第二机械臂7、后支撑腿8、第一环境感知系统9和连接臂10。驱动第一髋关节201、第二髋关节207的液压缸优选为伺服液压缸，驱动大腿关节101的摆动液压马达206优选采用伺服液压马达，驱动膝关节102、小腿关节103、小腿伸缩关节104的液压缸优选采用伺服液压缸，适用于井下工作低速、重载特性，采用液压伺服技术能够提高机器人控制精度，通过驱动第一髋关节201、第二髋关节207相对主箱体301侧向转动，可驱动前支撑腿1和后支撑腿8转向进而使采煤工作面处理冒顶的机器人11行走时转弯，前支撑腿1和后支撑腿8可进行左右两侧伸缩，以对机身侧向支撑，提高机身工作时的稳定性，第一液压缸106、第二液压缸107、第三液压缸108完全伸出时，支撑腿完全伸展，长度达到最大值，可使得机身处于最大高度，便于对冒顶区域顶部作业，足端机构105采用弹簧阻尼结构，可减缓机器人工作时所带来的冲击振动。

上述采煤工作面处理冒顶的机器人11依靠前支撑腿1和后支撑腿8进行支撑、行走和爬坡，前支撑腿1中的大腿关节101通过摆动液压马达206驱动，膝关节102通过第一液压缸106驱动，小腿关节103通过第二液压缸107驱动，小腿伸缩关节104通过第三液压缸108驱动，足端机构105与地面接触；腿部安装臂2前、后的第一髋关节201、第二髋关节207同时转动，机器人会沿转动方向缓慢转弯，第一髋关节201、第二髋关节207分别通过第四液压缸205和第五液压缸208驱动；伸缩平台3中的伸缩杆303通过第六液压缸305驱动，完成伸缩；升降平台4中的第八液压缸404、第九液压缸408控制上连杆403和下连杆405之间的夹角，夹角增大，平台401的后侧升高，第十液压缸407和第十一液压缸409驱动连接块406摆动，从而使平台401摆动，第十二液压缸410和第十三液压缸411控制平台401的前侧高度；位于平台401上右前方的第一机械臂5、左后方的第二机械臂7对冒顶片帮区域进行冒顶片帮处理；第一环境感知系统9对机器人前方环境进行观测，第二环境感知系统6对冒顶区域环境及机械臂作业区域进行观测。

本技术方案提出的上述采煤工作面处理冒顶的机器人11，具有如下有益效果：

(1)前支撑腿1和后支撑腿8可进行180°折展，小腿伸缩关节104具备伸缩功能，支撑腿完全展开能够使机器人跨越较大高度障碍，如：冒顶矸石堆14、采煤机13的机身、刮板输送机15等，同时能够使机器人满足不同高度范围作业要求，对煤壁作业需要机器人保持较低作业位姿，对冒顶区域作业需要保持较高作业位姿。

(2)机器人处于机身两侧作业时，容易向两侧翻倒，通过在主箱体301左右两侧设置侧向伸缩部，可驱动前支撑腿1和后支撑腿8进行侧向展开，整个机器人形成类似蜘蛛形，对机身具有良好的支撑性，防止向两侧倾倒。

(3)伸缩平台3具有伸缩功能，在机器人通过井下狭小通道时处于缩回状态，减小了机身的尺寸，方便进入采煤工作面开展作业，在作业空间足够大时伸出，机身宽度增大，稳定性增强。

(4)升降平台4依据曲柄摇杆机构进行设计，同时曲柄和摇杆长度可调，增大了平台401工作空间与移动灵活性，可使第一机械臂5和第二机械臂7以俯仰姿态展开作业，以满足对复杂条件的冒顶区域进行作业的要求。

(5)解决了处理采煤工作面冒顶事故的危险性高、支护难度大、支护设备环境适应性差等难题，具有行走、越障、升降、伸缩、环境勘测等功能以及双机械臂协同作业优势，在冒顶处理作业中能够快速进入作业区域展开作业，做到机器人代替矿工进行危险区域作业的目的，提高冒顶处理效率和效果。

由此可见，上述采煤工作面处理冒顶的机器人11，为足式机器人，其灵活性高，可快速方便地进入采煤工作面作业，能满足打孔、夹取并举升支护顶板的支撑梁17、搬运矸石、注浆充填等多功能作业要求，且双机械臂协同作业工作效率高。该足式机器人功能多样，具备升降，行走，爬坡，转弯等功能，液压动力源来源于液压支架12的液压泵站，机器人本体上的液压油管16可以与采煤工作面的每台液压支架12进行快速插接，获得液压动力。由于机器人本体上没有液压站，所以可以减轻机器人的重量和体积，提高机器人的灵活性。另外，该足式机器人结构紧凑、尺寸小、便于拆装，安全性高，避免了矿工进入冒顶区域进行危险的作业。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采煤工作面处理冒顶的机器人，其特征在于，包括：

伸缩平台，其包括主箱体、设置于所述主箱体侧部的侧向伸缩部以及与所述侧向伸缩部相连的腿部安装臂，所述腿部安装臂具有可转动的髋关节，所述侧向伸缩部用于驱动所述腿部安装臂相对所述主箱体进行侧向伸缩，所述髋关节能够相对所述腿部安装臂进行侧向旋转；

支撑腿，其顶部与所述髋关节转动连接，用于支撑所述伸缩平台，所述支撑腿能够在高度方向上伸缩和/或折展，并能够相对所述髋关节上下旋转；

升降平台，活动安装于所述主箱体上，并能够相对所述主箱体进行升降和俯仰调节；

机械臂，设置于所述升降平台上，所述机械臂用于在采煤工作面处理冒顶。

2.根据权利要求1所述的采煤工作面处理冒顶的机器人，其特征在于，所述支撑腿包括依次铰接的大腿关节、膝关节和小腿关节，所述大腿关节的顶部与所述髋关节转动连接；所述大腿关节上设置有与所述膝关节相连的第一液压缸，所述第一液压缸用于驱动所述膝关节相对所述大腿关节转动，所述膝关节上设置有与所述小腿关节相连的第二液压缸，所述第二液压缸用于驱动所述小腿关节相对所述膝关节转动；

所述小腿关节的下方通过小腿伸缩关节连接有足端机构，所述小腿关节上设置有与所述足端机构相连的第三液压缸，所述第三液压缸用于驱动所述足端机构相对所述小腿关节上下伸缩。

3.根据权利要求1或2所述的采煤工作面处理冒顶的机器人，其特征在于，所述主箱体的左右两侧均设置有所述侧向伸缩部，任意一所述侧向伸缩部上均设置有所述腿部安装臂，任意一所述腿部安装臂的前后两端均通过髋关节铰接轴转动安装有所述髋关节，所述髋关节铰接轴垂直于所述主箱体，任意一所述腿部安装臂上还均设置有第四液压缸和第五液压缸，所述第四液压缸和所述第五液压缸分别与同一所述腿部安装臂上的两所述髋关节相连，用于驱动所述髋关节绕所述髋关节铰接轴转动，以使所述髋关节相对所述腿部安装臂进行侧向旋转；

任意一所述髋关节内均设置有摆动液压马达，所述支撑腿的顶部与所述摆动液压马达相连，所述摆动液压马达用于驱动所述支撑腿绕与所述髋关节铰接轴垂直的轴线前后旋转，以使所述支撑腿相对所述髋关节上下旋转。

4.根据权利要求3所述的采煤工作面处理冒顶的机器人，其特征在于，所述侧向伸缩部包括连接臂、伸缩筒、伸缩杆和第六液压缸，所述连接臂与所述腿部安装臂相连，所述伸缩筒嵌置于所述主箱体内，所述伸缩杆的一端与所述连接臂相连，另一端与所述伸缩筒活动插接，所述第六液压缸设置于所述主箱体内，并与所述连接臂相连，所述第六液压缸用于驱动所述腿部安装臂相对所述主箱体左右伸缩。

5.根据权利要求1或2所述的采煤工作面处理冒顶的机器人，其特征在于，所述升降平台包括平台、曲柄机构和摇杆机构，其中：

所述曲柄机构包括T型连接块、上连杆、第八液压缸、下连杆、连接块、第九液压缸、第十液压缸和第十一液压缸，所述T型连接块与所述平台的后侧铰接，所述连接块与所述主箱体的后侧铰接，所述上连杆和所述下连杆铰接为一组，且所述上连杆的顶端与所述T型连接块铰接，所述下连杆的底端与所述连接块铰接，所述上连杆和所述下连杆设置有两组，其中一组所述上连杆和所述下连杆之间连接所述第八液压缸，另一组所述上连杆和所述下连杆之间连接所述第九液压缸，所述第十液压缸的一端和所述第十一液压缸的一端与所述主箱体的中部铰接，所述第十液压缸的另一端和所述第十一液压缸的另一端与所述连接块铰接；

所述摇杆机构包括第十二液压缸和第十三液压缸，所述第十二液压缸和所述第十三液压缸并排布置于所述平台的前侧，所述第十二液压缸的两端分别与所述平台和所述主箱体的前侧铰接，所述第十三液压缸的两端分别与所述平台和所述主箱体的前侧铰接。

6.根据权利要求1或2所述的采煤工作面处理冒顶的机器人，其特征在于，所述机械臂包括第一机械臂和第二机械臂。

7.根据权利要求6所述的采煤工作面处理冒顶的机器人，其特征在于，所述第一机械臂和所述第二机械臂均为液压机械臂，且所述第一机械臂和所述第二机械臂呈对角布置在所述升降平台上。

8.根据权利要求6所述的采煤工作面处理冒顶的机器人，其特征在于，所述第一机械臂和所述第二机械臂均为多轴机械臂。

9.根据权利要求1或2所述的采煤工作面处理冒顶的机器人，其特征在于，还包括第一环境感知系统，所述第一环境感知系统设置于所述主箱体的前侧，用于对机器人前方环境进行监测。

10.根据权利要求1或2所述的采煤工作面处理冒顶的机器人，其特征在于，还包括第二环境感知系统，所述第二环境感知系统设置于所述升降平台上，用于对冒顶区域环境及机械臂作业区域进行监测。