CN217597113U - 一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人 - Google Patents

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任化龙
李文强
刘寅
曾相未
刘阳
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Abstract

本实用新型公开了一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，包括：台车、一至多台机械臂、一至多台灵巧手：所述台车可采用既有的液压钻车、挂网车、自动支护车、掘割钻车、掘锚一体机进行改造，利用摄像头和雷达等多种传感器对环境进行感知，以机械臂和灵巧手作为操作的核心，配合触觉、力反馈，通过遥控/智能自动控制操作设备进行隧洞或矿道内作业，可完成探水钻洞、支护、爆破、喷浆等任务。

Description

一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人
技术领域
本实用新型属于机器人领域，具体涉及一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人。
背景技术
在建造隧洞或者进行矿道作业时，易遇落石、塌方、涌水、涌泥等危险，对人员造成生命健康损失。国家大力推动隧洞以及矿道的智能化与无人化，许多矿道已经部署5G/wifi等基础通讯设施，有的也部署了传感器与定位系统，有的钻车也实现了遥控或者自动掘进。然而作业面的操作很复杂，尤其是钻洞、安装炸药、钻锚、支护、喷浆、探水钻孔等环节，需要操作一系列设备与物品，要依赖人手的灵活性。因此一般的自动化设备尚不能替代人工，那么用灵巧操作机器人进行替代成为了有利选项，达到节省人力、降低成本、避免人员伤亡。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提出一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，以机械臂和灵巧手作为核心，能够操作现有的工具设备，满足灵活性的要求。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，包括：台车、一至多台机械臂、一至多台灵巧手；
所述台车可以为轨道车辆也可以为非轨道车辆(例如履带车或者轮式车)；
所述机械臂安装于台车，可配有末端执行器具；
所述灵巧手作为可选配的末端执行器具之一；
所述机器人通过线控控制和/或遥控控制和/或智能控制。
在一种实施例中，所述台车为液压钻车或挂网车或自动支护车或掘割钻车或掘锚一体机。
在一种实施例中，所述机械臂主要选用6自由度或7自由度的协作型机械臂，操作支护网、炸药、雷管等相对较轻且要求灵活的情况，还可保证与人协作时的安全；也可配以1至2台大型机械臂，用于操作钻机、支护杆等相对较重但不要求灵活的情况。
在一种实施例中，所述机械臂具有至少一个线性自由度，便于执行插入孔洞等动作。
在一种实施例中，所述机械臂直接固定于和/或通过伺服导轨和/或通过伺服云台安装于台车(例如安装于所述台车的上部平面和/或为人员站立的台面)；所述伺服导轨、伺服云台可使所述机械臂的作业范围加大，能够更自由地触达作业位置。
在一种实施例中，所述机器人的执行元件采用电机和/或液压元件和/或气动元件；在煤矿等易燃易爆的环境中，优先采用液压元件和/或气动元件作为执行元件；若采用液压元件，则可以利用台车中现有的液压系统提供液压动力，有利于防爆处理和降低成本；若采用电机，则优先选用防爆电机。
在一种实施例中，所述机器人可以通过柔性或刚性外套进行整体屏蔽，达到防爆效果；也可以在传感器处和/或执行元件处加装防尘盖，所述防尘盖密闭，具有防电火花、防尘、防水气的作用；类似地，控制电路部分也可由防爆盒/安全盒进行防爆保护。
在一种实施例中，所述台车上可配有工具箱和/或操作台，盛放末端执行器具和/或常用工具(例如扳手、支护杆、装药、钻头、支护网等)，便于所述机械臂选取装配，所述操作台便于进行物品的操作。
在一种实施例中，所述台车上和/或所述机械臂上安装有摄像装置，用于对环境进行感知；若将摄像装置安装于机械臂的最末一节，有利于就近观察操作面。
在一种实施例中，所述机器人安装有激光雷达和/或电磁波雷达(例如采用毫米波雷达)和/或结构光模组，用于感知空间，可以通过3D重构得到所处隧洞或矿道的造型，有利于准确找到要打孔的位置以及角度。
在一种实施例中，所述灵巧手具有触觉和/或力觉感知；所述机械臂具有力反馈；有助于进行精巧操作。
在一种实施例中，所述机器人通过至少一种无线通讯设备(例如5G和/或wifi)与控制站进行通讯；通讯的内容可以包括所述机器人的状态信息、各个传感器的实时数据、控制命令；5G的延迟可以低于1ms，有利于实时监控和遥控；而搭配wifi可以保证在一种信道出现故障时仍可使用另一种信道作为备份。
在一种实施例中，所述机器人可以通过光纤/光缆/电缆与控制站通讯。有线传输为可靠通讯提供了更为坚实的保障。
在一种实施例中，所述机器人配合UWB和/或其它定位装置进行定位。
在一种实施例中，所述机器人通过电缆供电和/或通过无线充电供电。
在一种实施例中，所述智能控制为采用具有一定规则的程序和/或神经网络和/或增强学习算法；例如可以采用模拟生物脑中基底核的神经网络，其核心部分类似于RNN，并且具有通过增强学习、模仿学习、试错学习、示教学习等方式形成动作序列记忆的能力，可以在遥控和/或线控作为示教的情况下逐渐学习出合适的操作动作，逐渐过渡为自主作业。
采用上述方案，所述机器人可完成支护操作，包括打孔、塞药、塞锚杆、挂网、挂托盘、挂横梁等步骤；所述机器人还可完成钻洞、炸药和雷管的装配、将炸药组件插入孔洞、喷浆等操作；所述机器人还可以操作台车上的控制杆、按钮等，控制台车的运行。
本实用新型的有益效果为：采用灵巧手和机械臂配合台车，可以灵活操作现有设备，逐步实现智能化与无人化，减少甚至避免人员伤亡。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人的灵巧手、机械手臂和伺服云台组合的整体示意图；
图2为本实用新型实施例中一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人的灵巧手的示意图。
附图标记：
1-拇指单元；2-食指单元；3-中指单元；4-无名指单元；5-小指单元；6-掌部单元；7-腕部单元；8-执行元件仓单元；10-机械臂；11-灵巧手；12-伺服云台。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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。
参见附图1，本实用新型实施例公开了一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，包括：台车、一至多台机械臂10、一至多台灵巧手11；
所述台车可以为轨道车辆也可以为非轨道车辆(例如履带车或者轮式车)。当然，本实施例中所采用的台车可以为成双足或多足行走设备；
所述机械臂10安装于台车，可配有末端执行器具；
所述灵巧手11作为可选配的末端执行器具之一；
所述机器人通过线控控制和/或遥控控制和/或智能控制。
在一种实施例中，所述台车为液压钻车或挂网车或自动支护车或掘割钻车或掘锚一体机。
在一种实施例中，所述机械臂10主要选用6自由度或7自由度的协作型机械臂，操作支护网、炸药、雷管等相对较轻且要求灵活的情况，还可保证与人协作时的安全；也可配以1至2台大型机械臂，用于操作钻机、支护杆等相对较重但不要求灵活的情况。
在一种实施例中，所述机械臂10具有至少一个线性自由度，便于执行插入孔洞等动作。
在一种实施例中，所述机械臂10直接固定于和/或通过伺服导轨和/或通过伺服云台12安装在台车上(例如安装于所述台车的上部平面和/或为人员站立的台面)；所述伺服导轨、伺服云台12可使所述机械臂10的作业范围加大，能够更自由地触达作业位置。
在一种实施例中，所述机器人的执行元件采用电机和/或液压元件和/或气动元件；在煤矿等易燃易爆的环境中，优先采用液压元件和/或气动元件作为执行元件；若采用液压元件，则可以利用台车中现有的液压系统提供液压动力，有利于防爆处理和降低成本；若采用电机，则优先选用防爆电机。
在一种实施例中，所述机器人可以通过柔性或刚性外套进行整体屏蔽，达到防爆效果。也可以在传感器处和/或执行元件处加装防尘盖，所述防尘盖密闭，具有防电火花、防尘、防水气的作用。类似地，控制电路部分也可由防爆盒/安全盒进行防爆保护。
参见附图2，为一个典型灵巧手模组的示意图，包括：拇指单元1、食指单元2、中指单元3、无名指单元4、小指单元5、掌部单元6、腕部单元7、执行元件仓单元8。其中，传感器主要集中在拇指单元1、食指单元2、中指单元3、无名指单元4、小指单元5、掌部单元6、腕部单元7中，可以分别针对各个传感器安装防尘盖；执行元件(如电机、气动元件、液压元件)主要集中在执行元件仓单元8中，可以安装刚性外套进行整体屏蔽。
在一种实施例中，所述台车上可配有工具箱和/或操作台，盛放末端执行器具和/或常用工具(例如扳手、支护杆、装药、钻头、支护网等)，便于所述机械臂10选取装配，所述操作台便于进行物品的操作。
在一种实施例中，所述台车上和/或所述机械臂10上安装有摄像装置，用于对环境进行感知；若将摄像装置安装于机械臂10的最末一节，有利于就近观察操作面。
在一种实施例中，所述机器人安装有激光雷达和/或电磁波雷达(例如采用毫米波雷达)和/或结构光模组，用于感知空间，可以通过3D重构得到所处隧洞或矿道的造型，有利于准确找到要打孔的位置以及角度。
在一种实施例中，所述灵巧手11具有触觉和/或力觉感知；所述机械臂10具有力反馈；有助于进行精巧操作。
在一种实施例中，所述机器人通过至少一种无线通讯设备(例如5G和/或wifi)与控制站进行通讯；通讯的内容可以包括所述机器人的状态信息、各个传感器的实时数据、控制命令；5G的延迟可以低于1ms，有利于实时监控和遥控；而搭配wifi可以保证在一种信道出现故障时仍可使用另一种信道作为备份。
在一种实施例中，所述机器人可以通过光纤/光缆/电缆与控制站通讯。有线传输为可靠通讯提供了更为坚实的保障。
在一种实施例中，所述机器人配合UWB和/或其它定位装置进行定位。
在一种实施例中，所述机器人通过电缆供电和/或通过无线充电供电。
在一种实施例中，所述智能控制为采用具有一定规则的程序和/或神经网络和/或增强学习算法；例如可以采用模拟生物脑中基底核的神经网络，其核心部分类似于RNN，并且具有通过增强学习、模仿学习、试错学习、示教学习等方式形成动作序列记忆的能力，可以在遥控和/或线控作为示教的情况下逐渐学习出合适的操作动作，逐渐过渡为自主作业。
采用上述方案，所述机器人可完成支护操作，包括打孔、塞药、塞锚杆、挂网、挂托盘、挂横梁等步骤；所述机器人还可完成钻洞、炸药和雷管的装配、将炸药组件插入孔洞、喷浆等操作；所述机器人还可以操作台车上的控制杆、按钮等，控制台车的运行。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，其特征在于，包括：台车、一至多台机械臂、一至多台灵巧手；
所述台车为轨道车辆或为非轨道车辆；
所述机械臂安装于台车，配有末端执行器具；
所述灵巧手作为选配的末端执行器具之一；
所述机器人能够通过线控控制和/或遥控控制和/或智能控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，其特征在于，所述台车为液压钻车或挂网车或自动支护车或掘割钻车或掘锚一体机。
3.根据权利要求1所述的一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，其特征在于，所述机械臂具有至少一个线性自由度。
4.根据权利要求1所述的一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，其特征在于，所述机械臂直接固定于和/或通过伺服导轨和/或通过伺服云台安装于台车。
5.根据权利要求1所述的一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，其特征在于，所述机器人的执行元件采用电机和/或液压元件和/或气动元件。
6.根据权利要求1、5任一项所述的一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，其特征在于，所述机器人能够通过柔性或刚性外套进行整体屏蔽；和/或，传感器处和/或执行元件处加装有防尘盖。
7.根据权利要求1所述的一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，其特征在于，所述台车上和/或所述机械臂上安装有摄像装置，所述摄像装置用于对环境进行感知。
8.根据权利要求1所述的一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，其特征在于，所述机器人安装有激光雷达和/或电磁波雷达和/或结构光模组，用于感知空间，可以通过3D重构得到所处隧洞或矿道的造型。
9.根据权利要求1所述的一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，其特征在于，所述机器人通过至少一种有线/无线通讯设备与控制站进行通讯。
10.根据权利要求1所述的一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，其特征在于，所述机器人配合UWB和/或定位装置进行定位。
11.根据权利要求1所述的一种用于隧洞或矿道的灵巧操作机器人，其特征在于，所述机器人通过电缆供电和/或通过无线充电供电。
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