CN212445201U

CN212445201U - 煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人

Info

Publication number: CN212445201U
Application number: CN202021046626.3U
Authority: CN
Inventors: 焦宏章; 杨喜; 李刚; 石涛; 刘磊; 宋涛; 刘玉波; 李建国; 赵海伟; 郑跃鹏; 郭文孝; 马联伟; 张少鹏
Original assignee: Taiyuan Institute of China Coal Technology and Engineering Group; Shanxi Tiandi Coal Mining Machinery Co Ltd
Current assignee: Taiyuan Institute of China Coal Technology and Engineering Group; Shanxi Tiandi Coal Mining Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2030-06-09

Abstract

本实用新型提供一种煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，属于煤矿设备的技术领域，包括机械臂、机械手、机体、动力系统、操纵系统和控制系统；机械臂包括底座、一级水平回转座、大臂、二级水平回转座和小臂；机械手包括基座、回转驱动、静指和动指；机械臂驱动油缸中安装了磁致位移传感器，机械手回转驱动中安装了编码器；控制系统有手动模式、记忆模式和自动模式三种控制模式。上述机器人可改善易变性巷道修复过程中，拆除旧棚和架设新棚强度大、危险系数高的实际问题，也可用于新掘巷道的架棚施工。

Description

煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人

技术领域

本实用新型属于煤矿设备的技术领域，具体公开了一种煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人。

背景技术

随着浅埋深煤炭资源的不断减少，煤矿井工开采深度的不断加大，深井围岩一般比较松软易碎、地应力大、受采动影响强烈，巷道变形速度快，变形量大，因此矿井多采用U型棚、锚杆锚索等多重支护，尽管如此，巷道还是需要定期维护，维修过程中需要将已经严重变形的旧棚拆除，扩巷后架设新棚。目前扩巷基本实现机械化，但扩巷前的拆除旧棚，以及扩巷后架设新棚还主要依靠人工完成，拆除旧棚主要有两种工艺，一种是利用氧气-乙炔火焰切割，这种工艺需要在巷道通风条件良好的环境下进行，且具有较高的安全隐患；另一种是利用液压锯进行切割，这工工艺需要配备液压操作系统；两种拆棚工艺都不甚理想，工人劳动强度大，安全隐患高。专利CN210343398U公开了一种矿用顶板支护架棚液压机械装置，具有行走、抱闸、夹持、释放、多角度旋转和伸缩的功能，此外，新巷道在掘进过程中，部分掘进机集成了架棚装置比如CN102400696A-架棚机及应用其的掘进机，但是上述专利只能完成对棚梁的提升或托举任务，拆除旧棚目前没有相适应设备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种操作简单、适应性好、可完成旧棚拔除和新棚托举任务的煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，改善易变性巷道修复过程中，拆除旧棚和架设新棚强度大、危险系数高的实际问题，也可用于新掘巷道的架棚施工。

为实现上述目的，本实用新型提供一种煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，包括机械臂和机械手；机械臂包括底座、一级水平回转座、大臂、二级水平回转座和小臂；一级水平回转座与底座铰接，可相对于底座在水平面内转动；大臂与一级水平回转座铰接，可相对于一级水平回转座在铅垂面内转动；二级水平回转座与大臂铰接，可相对于大臂在水平面内转动；小臂与二级水平回转座铰接，可相对于二级水平回转座在铅垂面内转动；机械手包括基座、回转驱动、静指和动指；基座与小臂铰接，可相对于小臂在铅垂面内转动；回转驱动的壳体与基座固结，回转驱动的输出轴与静指固结；动指与静指铰接，可相对于静指转动，实现夹持和释放。

进一步地，机械臂还包括一级水平回转油缸，一级水平回转油缸的一端与底座铰接，另一端与一级水平回转座铰接，驱动一级水平回转座相对于底座在水平面内转动。

进一步地，机械臂还包括大臂油缸，大臂油缸的一端与一级水平回转座铰接，另一端与大臂铰接，驱动大臂相对于一级水平回转座在铅垂面内转动。

进一步地，机械臂还包括二级水平回转油缸，二级水平回转油缸的一端与大臂铰接，另一端与二级水平回转座铰接，驱动二级水平回转座相对于大臂在水平面内转动。

进一步地，机械臂还包括小臂油缸，小臂油缸的一端与二级水平回转座铰接，另一端与小臂铰接，驱动小臂相对于二级水平回转座在铅垂面内转动。

进一步地，机械臂还包括机械手油缸一端与小臂铰接，另一端与基座铰接，驱动机械手相对于小臂在铅垂面内转动。

进一步地，基座上设置上铰接点和下铰接点，下铰接点与小臂铰接，上铰接点铰接有基座连杆；小臂上铰接有小臂连杆，小臂连杆和基座连杆铰接，机械手油缸与小臂连杆和基座连杆的铰接点铰接；小臂、基座、基座连杆和小臂连杆构成四连杆机构。

进一步地，机械手还包括夹持油缸，夹持油缸的一端与静指铰接，另一端与动指铰接，驱动动指相对于静指转动。

进一步地，上述煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人还包括机体、动力系统、操纵系统和控制系统；底座固结在机体上；一级水平回转油缸、大臂油缸、二级水平回转油缸、小臂油缸和机械手油缸均安装磁致位移传感器，回转驱动内安装编码器，磁致位移传感器实时向控制系统输入油缸行程数据，编码器实时向控制系统输入回转驱动的角度数据；动力系统为机体、机械臂和机械手的动作提供动力；操纵系统包括本机操作系统和遥控系统；控制系统设置有手动模式、记忆模式和自动模式三种控制模式；手动模式下，整机依靠本机操作系统或遥控系统执行部件完成相应指令；记忆模式下，整机依靠本机操作系统或遥控系统操纵执行部件完成相应指令，同时控制系统实时记录磁致位移传感器和编码器的输出数据；自动模式下，执行部件按照记忆模式记录的记忆数据再现操作流程。

进一步地，动力系统包括防爆发动机系统和液压系统，防爆发动机输出动力，驱动液压泵，为液压系统提供动力，液压系统一方面通过马达和减速机驱动行走轮行走，为整机行走提供动力，同时为机械臂和机械手的油缸提供液压油源。

本实用新型具有如下的有益效果：

1、该机器人通过机械臂和机械手，可全方位模拟人的臂部、腕部、手指动作，完成对棚梁和棚腿的抓举动作；

2、该机器人通过对棚梁和棚腿的抓举，可完成旧棚拆除和新棚架设任务；

3、该机器人兼容手动模式、记忆模式和自动模式，在于简单、统一的环境条件下，机器人可记忆并重现规范流程，大幅降低工人劳动强度。

附图说明

图1 为煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人主视图；

图2 为机械臂主视图；

图3 为机械臂俯视图；

图4 为机械手剖视图；

图5 为磁致位移传感器安装示意图；

图6 为拆/架棚腿示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-机械臂；1.1-底座；1.2-一级水平回转座；1.3-大臂；1.4-二级水平回转座；1.5-小臂；1.6-基座连杆；1.7-小臂连杆；1.8-一级水平回转油缸；1.9-大臂油缸；1.10-二级水平回转油缸；1.11-小臂油缸；1.12-机械手油缸；2-机械手；2.1-基座；2.2-回转驱动；2.3-静指；2.4-动指；2.5-夹持油缸；3-机体；4-动力系统；5-操纵系统；6-控制系统；7-磁致位移传感器；8-编码器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供一种煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，包括机械臂1、机械手2、机体3、动力系统4、操纵系统5和控制系统6。

机械臂1包括底座1.1、一级水平回转座1.2、大臂1.3、二级水平回转座1.4、小臂1.5、基座连杆1.6、小臂连杆1.7、一级水平回转油缸1.8、大臂油缸1.9、二级水平回转油缸1.10、小臂油缸1.11和机械手油缸1.12。一级水平回转座1.2与底座1.1铰接，铰接轴位于铅垂面内。大臂1.3与一级水平回转座1.2铰接，铰接轴位于水平面内。二级水平回转座1.4与大臂1.3铰接，铰接轴位于铅垂面内。小臂1.5与二级水平回转座1.4铰接，铰接轴位于水平面内。机械手2与小臂1.5铰接，铰接轴位于水平面内。一级水平回转油缸1.8一端与底座1.1铰接，另一端与一级水平回转座1.2铰接，驱动一级水平回转座1.2相对于底座1.1在水平面内转动。大臂油缸1.9一端与一级水平回转座1.2铰接，另一端与大臂1.3铰接，驱动大臂1.3相对于一级水平回转座1.2在铅垂面内转动。二级水平回转油缸1.4一端与大臂1.3铰接，另一端与二级水平回转座1.4铰接，驱动二级水平回转座1.4相对于大臂1.3在水平面内转动。小臂油缸1.11一端与二级水平回转座1.4铰接，另一端与小臂1.5铰接，驱动小臂1.5相对于二级水平回转座1.4在铅垂面内转动。机械手油缸1.12一端与小臂1.5铰接，另一端通过基座连杆1.6和小臂连杆1.7，驱动机械手2相对于小臂1.5在铅垂面内转动。通过上述结构，机械臂1可实现在水平面和铅垂面内任意折展，全方位模拟人的手臂动作，进而驱动机械手到达工作范围内的任意位置。

机械手2包含基座2.1、回转驱动2.2、静指2.3、动指2.4和夹持油缸2.5。基座2.1通过下铰接点与小臂1.5铰接，通过上铰接点与基座连杆1.6铰接，回转驱动2.2的壳体与基座2.1固结，回转驱动2.2的输出轴与静指2.3固结，通过机械手油缸1.12和回转驱动2.2驱动静指2.3相对于小臂1.5实现在铅垂面内的转动和整周旋转，模拟人的腕部动作，从而使静指2.3和动指2.4能朝向棚梁或棚腿所在方向。动指2.4左下侧与静指2.3铰接，夹持油缸2.5一端与静指2.3铰接，另一端与动指2.4铰接，驱动动指2.4相对于静指2.3转动，模拟人的手指动作，完成对棚梁和棚腿的夹持。

一级水平回转油缸1.8、大臂油缸1.9、二级水平回转油缸1.10、小臂油缸1.11和机械手油缸1.12均安装磁致位移传感器7，回转驱动2.2内安装编码器8，磁致位移传感器7实时向控制系统6输入油缸行程数据，编码器8实时向控制系统6输入回转驱动2.2的角度数据。

机体3包括主机架、行走部以及其他结构件。底座1.1与机体1固结。

动力系统4包括防爆发动机系统和液压系统，防爆发动机输出动力，驱动液压泵，为液压系统提供动力，液压系统一方面通过马达和减速机驱动行走轮行走，为整机行走提供动力，同时为机械臂1和机械手2所用油缸提供液压油源。

操纵系统5包含本机操作系统和遥控系统。

控制系统6设置有手动模式、记忆模式和自动模式三种控制模式，其中手动模式下，整机依靠本机操作系统或遥控系统操纵各油缸、回转驱动、马达等执行部件完成相应指令；记忆模式下，整机依靠本机操作系统或遥控系统操纵各油缸、回转驱动、马达等执行部件完成相应指令，但同时控制系统实时记录磁致位移传感器7和编码器8的输出数据；自动模式下，各油缸、回转驱动、马达等执行部件按照记忆模式记录的记忆数据在现手动操作流程。

上述煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人的部分参数为：

（1）整机重量（kg）：20000

（2）装机功率：75kw

（3）适应巷道高度（mm）:3300～5000

（4）适应巷道宽度（mm）:4000～6000

（5）最大适应坡度：±12°

（6）机械手适应U型梁：25U、29U、36U、40U

（7）机械手最大夹持力（kN）：≥30

（8）机械手最大开口度（mm）：315。

目前市面上的巷修机已实现行走、破碎、挖装、转载及锚护等功能，但是巷修机作业前后仍然需要工人做大量的工作，其中对旧棚的拆除和新棚的架设占绝大部分工作量。本实用新型提供的煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，可完成巷道修复前的旧棚拆除和修复后的新棚架设任务，同时可用于新掘巷道的架棚任务，替代现有人工搭脚手架施工工艺，可较大程度的降低工人劳动强度，提高人员作业安全。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，其特征在于，包括机械臂和机械手；

所述机械臂包括底座、一级水平回转座、大臂、二级水平回转座和小臂；

所述一级水平回转座与底座铰接，可相对于底座在水平面内转动；

所述大臂与一级水平回转座铰接，可相对于一级水平回转座在铅垂面内转动；

所述二级水平回转座与大臂铰接，可相对于大臂在水平面内转动；

所述小臂与二级水平回转座铰接，可相对于二级水平回转座在铅垂面内转动；

所述机械手包括基座、回转驱动、静指和动指；

所述基座与小臂铰接，可相对于小臂在铅垂面内转动；

所述回转驱动的壳体与基座固结，回转驱动的输出轴与静指固结；

所述动指与静指铰接，可相对于静指转动，实现夹持和释放。

2.根据权利要求1所述的煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，其特征在于，所述机械臂还包括一级水平回转油缸，一级水平回转油缸的一端与底座铰接，另一端与一级水平回转座铰接，驱动一级水平回转座相对于底座在水平面内转动。

3.根据权利要求2所述的煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，其特征在于，所述机械臂还包括大臂油缸，大臂油缸的一端与一级水平回转座铰接，另一端与大臂铰接，驱动大臂相对于一级水平回转座在铅垂面内转动。

4.根据权利要求3所述的煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，其特征在于，所述机械臂还包括二级水平回转油缸，二级水平回转油缸的一端与大臂铰接，另一端与二级水平回转座铰接，驱动二级水平回转座相对于大臂在水平面内转动。

5.根据权利要求4所述的煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，其特征在于，所述机械臂还包括小臂油缸，小臂油缸的一端与二级水平回转座铰接，另一端与小臂铰接，驱动小臂相对于二级水平回转座在铅垂面内转动。

6.根据权利要求5所述的煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，其特征在于，所述机械臂还包括机械手油缸一端与小臂铰接，另一端与基座铰接，驱动机械手相对于小臂在铅垂面内转动。

7.根据权利要求6所述的煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，其特征在于，所述基座上设置上铰接点和下铰接点，下铰接点与小臂铰接，上铰接点铰接有基座连杆；

所述小臂上铰接有小臂连杆，小臂连杆和基座连杆铰接，机械手油缸与小臂连杆和基座连杆的铰接点铰接；

所述小臂、基座、基座连杆和小臂连杆构成四连杆机构。

8.根据权利要求7所述的煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，其特征在于，机械手还包括夹持油缸，夹持油缸的一端与静指铰接，另一端与动指铰接，驱动动指相对于静指转动。

9.根据权利要求8所述的煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，其特征在于，还包括机体、动力系统、操纵系统和控制系统；

底座固结在机体上；

一级水平回转油缸、大臂油缸、二级水平回转油缸、小臂油缸和机械手油缸均安装磁致位移传感器，回转驱动内安装编码器，磁致位移传感器实时向控制系统输入油缸行程数据，编码器实时向控制系统输入回转驱动的角度数据；

所述动力系统为机体、机械臂和机械手的动作提供动力；

所述操纵系统包括本机操作系统和遥控系统；

所述控制系统设置有手动模式、记忆模式和自动模式三种控制模式；手动模式下，整机依靠本机操作系统或遥控系统执行部件完成相应指令；记忆模式下，整机依靠本机操作系统或遥控系统操纵执行部件完成相应指令，同时控制系统实时记录磁致位移传感器和编码器的输出数据；自动模式下，执行部件按照记忆模式记录的记忆数据再现操作流程。

10.根据权利要求9所述的煤矿用多关节臂式拆/架棚机器人，其特征在于，所述动力系统包括防爆发动机系统和液压系统，防爆发动机输出动力，驱动液压泵，为液压系统提供动力，液压系统一方面通过马达和减速机驱动行走轮行走，为整机行走提供动力，同时为机械臂和机械手的油缸提供液压油源。