CN206495640U - 全液压双层结构可避障自动打眼机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种全液压双层结构可避障自动打眼机器人，包括机架本体，及布置于机架本体上方的钻具总成、高清摄像机、液压系统和电控系统，电控系统分别连接并控制高清摄像机和液压系统。钻具总成包括升降平台、滑动连接于升降平台的钻具、固定于升降平台并推动钻具滑动的推拉组件，钻具的钻杆垂直于钻具的滑动方向；高清摄像机固定于钻具；电控系统包括PLC电控箱、监测钻具中钻杆钻进压力的压力传感器、检测钻具中钻杆位移量的位移传感器，压力传感器和位移传感器分别连接PLC电控箱。本实用新型适合在含有坚硬硫化铁结核石的薄煤层综采工作面打眼、自动识别煤层中已揭露和未揭露的结核石实现避障，高效完成炮采工作面的快速、高效打眼。

Description

全液压双层结构可避障自动打眼机器人

技术领域

本实用新型涉及薄煤层综采工作面的打眼设备，具体地说是一种全液压双层结构可避障自动打眼机器人。

背景技术

薄煤层采煤工作面因煤层厚度受限，对综采机械化采煤的三机配套要求极高，但是16煤（平均厚度1.2m）含有零星分布不规律的极其坚硬的硫化铁结核石，对薄煤层综合机械化提出了更加严苛的要求。

目前通常使用的综采工作面采煤机受限于整机外形尺寸及截割功率的限制，遇到硫化铁结核石时无法直接截割破碎，强行截割破碎对设备损伤严重且存在较大的安全隐患，需要人工在工作面进行局部打眼放炮，消除硫化铁结核石的影响。

现在，煤矿采煤生产中基本使用煤电钻、风煤钻、乳化液钻机进行打眼，受制于薄煤层采煤工作面空间闲置，高度超过1.3米的打眼设备也无法作业。由于薄煤层炮采工作面需要大量的人工打眼，在打眼过程中遇到煤层内部的硫化铁结核石时钻机也无法打眼，一处地点工作结束该工作不仅工人劳动强度较大，占用人员多，效率低下，另一方面，设备需要人工移动，增加了工作量，而且在工作面前没有完整支护的情况下打眼也存在一定的安全隐患。

发明内容

本实用新型的技术任务是解决薄煤层炮采工作面或含有坚硬结核石的薄煤层工作面人工打眼问题，提供一种全液压双层结构可避障自动打眼机器人，实现工作面自动行走、定位、识别、避障、打眼，完全代替现有的人工打眼，降低工人劳动强度，提高打眼作业安全性，弥补各种钻具打眼作业的不足。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其结构包括机架本体，以及布置于机架本体上方的钻具总成、高清摄像机、液压系统和电控系统，液压系统为钻具总成提供动力源，电控系统分别连接并控制高清摄像机和液压系统。

在现有技术的结构基础上，为了对打眼的高度进行调节，钻具总成包括升降平台、滑动连接于升降平台的钻具、固定于升降平台并推动钻具滑动的推拉组件，钻具的钻杆垂直于钻具的滑动方向；同时，为了对需要打眼的炮采工作面进行图像采集以实现打眼避障，高清摄像机固定于钻具，且高清摄像机的摄像端口正对工作面煤壁；电控系统包括PLC电控箱、安装在钻具内部用于监测钻具中钻杆钻进压力的压力传感器、安装在钻具侧部用于检测钻具中钻杆位移量的位移传感器，压力传感器和位移传感器分别由PLC电控箱进行控制。

在上述结构的基础上，所涉及机架本体的下方还布置有辅助行走的行走系统，电控系统与行走系统之间通过有线或无线方式相连。行走系统为履带式结构，行走系统的履带表面布置有多个磁钢和一个行走传感器，多个磁钢沿着履带的前进方向等间距排列，行走传感器位于多个磁钢的侧部。行走中，PLC电控箱通过行走传感器检测每个磁钢的时间来计算行走距离，以使钻具到达下一个需要打眼的位置。

在上述结构的基础上，所涉及钻具总成的数量为至少两个，每个钻具总成分别连接液压系统；至少两个钻具总成平行设置，至少一个钻具总成布置于机架本体的侧部，至少一个钻具总成布置于机架本体的中部，且布置于机架本体侧部的钻具总成低于布置于机架本体中部的钻具总成，通过将钻具布置于不同的高度位置，在炮采工作面的不同高度进行同时打眼，满足实际打眼需求。

优选，所涉及钻具总成的数量为四个，其中两个钻具总成对称布置于机架本体的侧部，剩余两个钻具总成对称布置于机架本体的中部。

在上述结构的基础上，所涉及的升降平台包括水平布置的平台本体、以及位于平台本体下方的至少一个升降油缸，升降油缸竖直放置，升降油缸向下固定于机架本体，升降油缸向上固定于平台本体。在实际使用中，为了保证平台本体的升降稳定性，在尽可能降低成本的情况下，可以选择同时升降的两个或三个升降油缸。

进一步的，推拉组件选用移动油缸，移动油缸与液压系统相连，移动油缸向下固定于升降平台，移动油缸的伸缩端向外水平延伸并固定于钻具。

在上述结构的基础上，为了对炮采工作面进行支护，机架本体的侧部对称布置有升降支柱，升降支柱竖直放置。

优选，所涉及升降支柱的顶端布置有固定压力传感器，固定压力传感器由PLC电控箱进行控制。

优选，升降立柱为双侧液压支柱，双侧液压支柱与液压系统相连，双侧液压支柱的数量为至少二根。

本实用新型的全液压双层结构可避障自动打眼机器人与现有技术相比所产生的有益效果是：

1）本实用新型设置了高度和水平位移可调节的钻具总成，以方便对炮采工作面的不同高度进行打眼，还设置了能对炮采工作面进行图像采集的高清摄像机，以及连接液压系统和高清摄像机的电控系统，再加上行走系统和升降支柱的增设，实现了打眼和自动避障，完全代替现有的人工打眼，降低了工人劳动强度，提高了打眼效率，对炮采工作面进行了临时支护，提高了打眼作业的安全性，弥补了各种钻具打眼作业的不足；

2）本实用新型适合各种厚度薄煤层，尤其是含有坚硬硫化铁结核石的薄煤层综采工作面打眼、自动识别煤层中已揭露的和未揭露的结核石实现避障，高效完成薄煤层炮采工作面或综采面局部快速高效打眼。

附图说明

附图1是本实用新型的结构示意图；

附图2是图1的结构俯视图。

图中各标号表示：

1、双侧液压支柱，2、钻具，3、高清摄像机，4、移动油缸，

5、升降油缸，6、平台本体，7、行走传感器，8、磁钢，9、PLC电控箱，

10、液压系统，11、压力传感器，12、位移传感器，13、行走系统，

14、固定压力传感器，15、钻杆，16、机架本体。

具体实施方式

下面结合附图1、2，对本实用新型的全液压双层结构可避障自动打眼机器人作以下详细说明。

如附图1、2所示，本实用新型的全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其结构包括机架本体16，以及布置于机架本体16上方的钻具总成、高清摄像机3、液压系统10和电控系统，液压系统10为钻具总成提供动力源，电控系统分别连接并控制高清摄像机3和液压系统10。

在现有技术的结构基础上，为了对打眼的高度进行调节，钻具总成包括升降平台、滑动连接于升降平台的钻具2、固定于升降平台并推动钻具2滑动的移动油缸4，钻具2的钻杆15垂直于钻具2的滑动方向。其中，升降平台包括水平布置的平台本体6、以及竖直且对称布置于平台本体6下方的两个升降油缸5，升降油缸5向下固定于机架本体16，升降油缸5向上固定于平台本体6，保证了平台本体6的升降稳定性。移动油缸4向下固定于升降平台，移动油缸4的伸缩端向外水平延伸并固定于钻具2。移动油缸4和升降油缸5分别与液压系统10相连。

为进一步提高打眼效率，钻具总成的数量选用四个，每个钻具总成分别连接液压系统10；其中两个钻具总成对称布置于机架本体16的侧部，剩余两个钻具总成对称布置于机架本体16的中部，且布置于机架本体16侧部的钻具总成所处的平面低于布置于机架本体16中部的钻具总成所处的平面。在炮采工作面，通过将钻具2布置于不同的高度位置，对炮采工作面的不同高度进行同时打眼，满足实际打眼需求。

另一方面，为了对需要打眼的炮采工作面进行图像采集以实现打眼避障，上述的高清摄像机3固定于钻具2，且高清摄像机3的摄像端口正对工作面煤壁。

电控系统为现有技术，其结构包括PLC电控箱9、安装在钻具2内部用于监测钻具2中钻杆15钻进压力的压力传感器11、安装在钻具2侧部用于检测钻具2中钻杆15位移量的位移传感器12，压力传感器11和位移传感器12分别由PLC电控箱9进行控制。

为了方便机架本体16的移动，机架本体16的下方还布置有辅助行走的行走系统13，电控系统与行走系统13之间通过有线或无线方式相连。行走系统13为履带式结构，行走系统13的履带表面布置有多个磁钢8和一个行走传感器7，多个磁钢8沿着履带的前进方向等间距排列，行走传感器7位于多个磁钢8的侧部。行走中，PLC电控箱9通过行走传感器7检测每个磁钢8的时间来计算行走距离，以使钻具2到达下一个需要打眼的位置。

为了对炮采工作面进行支护，提高炮采工作面的安全指数，机架本体16的四个位置对称布置有竖直设置的四个双侧液压支柱1，双侧液压支柱1与液压系统10相连，双侧液压支柱1的顶端布置有固定压力传感器14，固定压力传感器14由PLC电控箱9进行控制。

本实用新型适合各种厚度薄煤层，尤其是含有坚硬硫化铁结核石的薄煤层综采工作面打眼、自动识别煤层中已揭露的和未揭露的结核石实现避障，高效完成薄煤层炮采工作面或综采面局部快速高效打眼。

本实用新型基于现有技术的电控系统，通过对PLC电控箱9进行压力和位移量的设定，与压力传感器11、位移传感器12的检测数值进行对比，以进一步有PLC电控箱9控制液压系统10对钻具总成的动力源供应。

本实用新型开始进行打眼作业前，通过行走系统13移动至需要打眼的炮采工作面，通过调节升降油缸5和移动油缸4，将钻具2的钻杆15正对需要工作面上需要打眼的位置，通过高清摄像机3对需要打眼的工作面煤壁进行图像采集，以使钻具2的钻杆15避开暴露在综采工作面表面的坚硬结核石。同时，还需要调节机架本体16的四个双侧液压支柱1，使得这四个双侧液压支柱1向上向下支护稳定工作面，确保机架在打眼过程中不发生位移。

在本实用新型进行打眼作业的过程中，钻具2的钻杆15工作，压力传感器11检测钻杆15承受的压力情况，同时，位移传感器12监测钻杆15的位移量变化，压力传感器11和位移传感器12检测的信息传递至PLC电控箱9进行分析处理。如果在打眼过程中某一个钻具2的钻杆15压力发生突变超过PLC电控箱9的设定值，压力变化率较大且位移量没有发生变化时，电控系统认定为遇到坚硬的结核石，导致钻具2的钻杆15无法继续钻进，则钻具2即可停止作业，钻具2的钻杆15收回，以保护钻具2的钻杆15和马达，但是，此时，不影响其它没有遇到结核石的钻具2继续作业。如果检测到钻具2中钻杆15压力发生突变的时间较短，且钻杆15的位移量也有变化，则可视为没有遇到坚硬结核石，钻具2的钻杆15可继续打眼。当各钻具2的钻杆15位移量达到预定的距离时，视为各自完成打眼，钻具2的钻杆15自动收回。

需要说明的一点是，在钻具2打眼遇到坚硬结核石的过程中，观察高清摄像机3采集的图像信息，如果坚硬结核石的直径或长度不是很大，可以调节升降油缸5和移动油缸4，使钻具2避开此坚硬结核石后在进行打眼作业，如果坚硬结核石的直径或长度很大，则正对该坚硬结核石的钻具2不工作，其余钻具2正常工作。

在本实用新型完成一次打眼作业后，行走系统13工作，根据每组炮眼之间的距离，PLC电控箱9通过行走传感器7检测每个磁钢8的时间来计算行走距离，以使钻具2到达下一组需要打眼的位置。

还需要说明的一点是，本实用新型中使用到的电控系统属于现有技术，其可以选用远程控制或近程控制、自动控制或手动控制的控制方式，来完成炮采工作面的打眼作业；作业过程中，工作人员可以根据实际工作环境选择进入或不进入工作面，以保证工作人员的安全。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“布置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管该具体实施方式部分对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其结构包括机架本体，以及布置于机架本体上方的钻具总成、高清摄像机、液压系统和电控系统，所述液压系统为钻具总成提供动力源，所述电控系统分别连接并控制高清摄像机和液压系统，其特征在于，所述钻具总成包括升降平台、滑动连接于升降平台的钻具、固定于升降平台并推动钻具滑动的推拉组件，所述钻具的钻杆垂直于钻具的滑动方向；所述高清摄像机固定于钻具，且高清摄像机的摄像端口正对工作面煤壁；所述电控系统包括PLC电控箱、安装在钻具内部用于监测钻具中钻杆钻进压力的压力传感器、安装在钻具侧部用于检测钻具中钻杆位移量的位移传感器，所述压力传感器和位移传感器分别由PLC电控箱进行控制。

2.根据权利要求1所述的全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其特征在于, 所述机架本体的下方还布置有辅助行走的行走系统，电控系统与行走系统之间通过有线或无线方式相连。

3.根据权利要求2所述的全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其特征在于,所述行走系统为履带式结构，行走系统的履带表面布置有多个磁钢和一个行走传感器，所述多个磁钢沿着履带的前进方向等间距排列，所述行走传感器位于多个磁钢的侧部。

4.根据权利要求1或2或3所述的全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其特征在于,所述钻具总成的数量为至少两个，每个钻具总成分别连接液压系统；至少两个钻具总成平行设置，至少一个钻具总成布置于机架本体的侧部，至少一个钻具总成布置于机架本体的中部，且布置于机架本体侧部的钻具总成低于布置于机架本体中部的钻具总成。

5.根据权利要求4所述的全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其特征在于,所述钻具总成的数量为四个，其中两个钻具总成对称布置于机架本体的侧部，剩余两个钻具总成对称布置于机架本体的中部。

6.根据权利要求1或2或3所述的全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其特征在于,所述升降平台包括水平布置的平台本体、以及位于平台本体下方的至少一个升降油缸，所述升降油缸竖直放置，升降油缸向下固定于机架本体，升降油缸向上固定于平台本体。

7.根据权利要求6所述的全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其特征在于,所述推拉组件选用移动油缸，所述移动油缸与液压系统相连，移动油缸向下固定于升降平台，移动油缸的伸缩端向外水平延伸并固定于钻具。

8.根据权利要求1或2或3所述的全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其特征在于,所述机架本体的侧部对称布置有升降支柱，所述升降支柱竖直放置。

9.根据权利要求8所述的全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其特征在于,所述升降支柱的顶端布置有固定压力传感器，所述固定压力传感器由PLC电控箱进行控制。

10.根据权利要求9所述的全液压双层结构可避障自动打眼机器人，其特征在于,所述升降立柱为双侧液压支柱，双侧液压支柱与液压系统相连，双侧液压支柱的数量为至少二根。