一种单臂钻锚机器人用多自由度工作臂的制作方法

本发明涉及煤矿井下巷道支护，具体是一种单臂钻锚机器人用多自由度工作臂。

背景技术：

1、单臂钻锚机器人是煤矿井下锚杆支护的主要设备之一，具有转场灵活，作业效率高，劳动强度低的优点。由于煤矿井下工作环境狭窄，工作臂要求占用空间小、需要适应顶锚、侧锚、地锚等不同作业形式下大范围、多自由度的转动，且需要在钻锚工况、行走工况下自动展开及折叠。现有工作臂只适应于高巷道的支护需求，仅支持180度断面旋转打钻，支护范围小，无法实现全断面支护；工作臂的复位依靠操作人员操作遥控器控制，操作复杂，工作效率低，安全性和可靠性低；在锚杆施工中，操作人员需要手动调整工作臂对一排锚杆孔进行定位，工作效率低。

2、锚杆支护是我国煤矿岩巷的主要支护形式。目前井工巷道支护作业环境狭窄，作业地点多样，工人劳动强度大，工作效率低。现有工作臂无法适应低矮巷道的需求，且工作臂的复位依靠操作人员操作遥控器控制，操作复杂，工作效率低，安全性和可靠性低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，包括工作臂底座、升降油缸、工作臂外套筒、伸缩油缸、工作臂内套筒、回旋减速器、调平摆动装置以及可拆卸站人平台，工作臂底座通过若干个螺栓固定在单臂钻锚机器人底盘上，工作时通过调整工作臂上下左右摆动角度、伸缩套筒前后位移，摆动座旋转摆动角度以及调平角度来调整智能锚钻模块的方位。

4、作为本发明进一步的方案：所述工作臂上设置有第一编码器装置和第二编码器装置，用于将升降油缸和调平油缸的活塞杆伸缩量转换为编码器测量的角度。

5、作为本发明再进一步的方案：所述编码器装置包括编码器轴、联轴器、编码器防护罩和编码器，编码器用于读取编码器轴的运转数据，并实时反馈给控制系统。

6、作为本发明再进一步的方案：所述工作臂二级定位系统包括工作臂升降油缸、伸缩油缸、回旋减速器、调平油缸以及摆动油缸，智能锚钻模块装配在工作臂前端。

7、作为本发明再进一步的方案：所述工作臂底座包括底座、上立轴、上十字轴、第一膨胀销轴、第一铜套、第二膨胀销轴和下十字轴以及第二铜套，所述上十字轴通过编码器轴连接在工作臂外套筒上，下十字轴通过第二膨胀销轴与升降油缸的一端相连，第一铜套设置在第一膨胀销轴和下十字轴处，第二铜套设置在编码器轴和上十字轴处。

8、作为本发明再进一步的方案：所述工作臂外套筒包括外套筒连接座、第一阶梯轴、t型键、升降油缸耳座、端盖，所述外套筒连接座通过编码器轴与工作臂底座相连，第一阶梯轴与伸缩油缸一端连接，t型键与工作臂内套筒上的长键槽配合，起定位防转作用；所述升降油缸耳座焊接在工作臂外套筒上，与升降油缸相连。

9、作为本发明再进一步的方案：所述工作臂内套筒包括安装座、第二阶梯轴和液压胶管收纳装置，所述回旋减速器的一端通过若干个螺钉固定在安装座上；所述第二阶梯轴连接伸缩油缸的另一端。

10、作为本发明再进一步的方案：所述液压胶管收纳装置包括方管、第一管箍和第二管箍等组成，所述方管通过螺钉固定在内套筒安装座上，第一管箍通过螺钉安装在方管上，安装位置可调整；第一管箍和第二管箍通过螺钉固定在一起。

11、作为本发明再进一步的方案：所述调平摆动装置包括安装板、摆动座、销轴、弹簧销、铜套、提升机构、调平油缸和摆动油缸，所述回旋减速器的另一端通过螺栓固定在安装板上；所述摆动油缸通过螺栓安装在摆动座上，摆动座在摆动油缸的上方；所述提升机构的上端与销轴连接，弹簧销将提升机构与销轴固连，提升油缸一端与摆动座相连，另一端与提升机构相连。

12、作为本发明再进一步的方案：所述可拆卸站人平台包括底板、防护栏、踏板和人梯等组成，站人平台安装在提升机构上，踏板采用防滑设计。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种多自由度工作臂装置，主要用于单臂钻锚机器人上，实现智能锚钻模块360度旋转，可以覆盖全断面顶锚、侧锚和地锚支护的需要。操作人员在视距范围内采用遥控器远程驱动工作臂进行锚杆位置的一级精确定位，当目标孔位有钢梁及钢筋网时，调平摆动装置进行二级微调定位。工作臂在多个关节点配置高灵敏度传感器，实时监测空间位置，利用数字化复位算法控制工作臂的空间位姿，可实现“一键”折叠和“一键”展开工作臂，大大提高了设备对低矮巷道的适应性及施工作业效率，提高了施工作业的安全性和可靠性，降低了工人劳动强度。

技术特征：

1.一种单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，其特征在于，包括工作臂底座(1)、升降油缸(2)、工作臂外套筒(3)、伸缩油缸(4)、工作臂内套筒(5)、回旋减速器(6)、调平摆动装置(7)以及可拆卸站人平台(8)，工作臂底座(1)通过若干个螺栓固定在单臂钻锚机器人底盘上，工作时通过调整工作臂上下左右摆动角度、伸缩套筒前后位移，摆动座旋转摆动角度以及调平角度来调整智能锚钻模块的方位。

2.根据权利要求1所述的单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，其特征在于，所述工作臂上设置有第一编码器装置(20)和第二编码器装置(21)，用于将升降油缸(2)和调平油缸(77)的活塞杆伸缩量转换为编码器测量的角度。

3.根据权利要求2所述的单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，其特征在于，所述编码器装置(20)包括编码器轴(201)、联轴器(202)、编码器防护罩(203)和编码器(204)，编码器(204)用于读取编码器轴(201)的运转数据，并实时反馈给控制系统。

4.根据权利要求1所述的单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，其特征在于，所述工作臂二级定位系统包括工作臂升降油缸(2)、伸缩油缸(4)、回旋减速器(6)、调平油缸(77)以及摆动油缸(78)，智能锚钻模块(9)装配在工作臂前端。

5.根据权利要求1所述的单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，其特征在于，所述工作臂底座(1)包括底座(11)、上立轴(12)、上十字轴(13)、第一膨胀销轴(14)、第一铜套(15)、第二膨胀销轴(16)和下十字轴(17)以及第二铜套(18)，所述上十字轴(13)通过编码器轴(201)连接在工作臂外套筒(3)上，下十字轴(17)通过第二膨胀销轴(16)与升降油缸(2)的一端相连，第一铜套(15)设置在第一膨胀销轴(14)和下十字轴(17)处，第二铜套(18)设置在编码器轴(201)和上十字轴(13)处。

6.根据权利要求1所述的单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，其特征在于，所述工作臂外套筒(3)包括外套筒连接座(31)、第一阶梯轴(32)、t型键(33)、升降油缸耳座(34)、端盖(35)，所述外套筒连接座(31)通过编码器轴(201)与工作臂底座(1)相连，第一阶梯轴(32)与伸缩油缸(4)一端连接，t型键(33)与工作臂内套筒(5)上的长键槽配合，起定位防转作用；所述升降油缸耳座(34)焊接在工作臂外套筒(3)上，与升降油缸(2)相连。

7.根据权利要求6所述的单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，其特征在于，所述工作臂内套筒(5)包括安装座(51)、第二阶梯轴(52)和液压胶管收纳装置(53)，所述回旋减速器(6)的一端通过若干个螺钉固定在安装座(51)上；所述第二阶梯轴(52)连接伸缩油缸(4)的另一端。

8.根据权利要求7所述的单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，其特征在于，所述液压胶管收纳装置(53)包括方管(531)、第一管箍(532)和第二管箍(533)等组成，所述方管(531)通过螺钉固定在内套筒安装座(51)上，第一管箍(532)通过螺钉安装在方管(531)上，安装位置可调整；第一管箍(531)和第二管箍(532)通过螺钉固定在一起。

9.根据权利要求1所述的单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，其特征在于，所述调平摆动装置(7)包括安装板(71)、摆动座(72)、销轴(73)、弹簧销(74)、铜套(75)、提升机构(76)、调平油缸(77)和摆动油缸(78)，所述回旋减速器(6)的另一端通过螺栓固定在安装板(71)上；所述摆动油缸(78)通过螺栓安装在摆动座(72)上，摆动座(72)在摆动油缸(78)的上方；所述提升机构(76)的上端与销轴(73)连接，弹簧销(74)将提升机构(76)与销轴(73)固联，提升油缸(77)一端与摆动座(72)相连，另一端与提升机构(76)相连。

10.根据权利要求1所述的单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，其特征在于，所述可拆卸站人平台(8)包括底板(81)、防护栏(82)、踏板(83)和人梯(84)等组成，站人平台(8)安装在提升机构(76)上，踏板(83)采用防滑设计。

技术总结本发明涉及煤矿井下巷道支护技术领域，具体公开了一种单臂钻锚机器人用多自由度工作臂，包括工作臂底座、升降油缸、工作臂外套筒、伸缩油缸、工作臂内套筒、回旋减速器、调平摆动装置以及可拆卸站人平台。本发明提供了一种多自由度工作臂装置，主要用于单臂钻锚机器人上，实现智能锚钻模块360度旋转，可以覆盖全断面顶锚、侧锚和地锚支护的需要。工作臂在多个关节点配置高灵敏度传感器，实时监测空间位置，利用数字化复位算法控制工作臂的空间位姿，可实现“一键”折叠和“一键”展开工作臂，大大提高了设备对低矮巷道的适应性及施工作业效率，提高了施工作业的安全性和可靠性，降低了工人劳动强度。技术研发人员：米雄伟,吕继双,朱振天,安四元,李杰,孔令志,兰辉敏,韩鹏程,安飞,周旭,高蕾,孙延聪,徐光,年魁,杨小凤受保护的技术使用者：山西天地煤机装备有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1