[發(fā)明專利]一種煤礦井下掘進(jìn)巷道空中邁步運(yùn)輸機(jī)器人

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910234047.7
• 申請(qǐng)日: 2019-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN109838276A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁吉軍;馮濤;史曉暉;范永;王亞文;呂良;柳振軍;榮學(xué)文;劉明;陳惲;宋允國(guó);陳超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東萊蕪煤礦機(jī)械有限公司
• 主分類號(hào): E21F13/00
• 分類號(hào): E21F13/00
• 代理公司: 北京同輝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張明利

本發(fā)明涉及一種煤礦井下掘進(jìn)巷道空中邁步運(yùn)輸機(jī)器人，屬于煤礦機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明的煤礦井下掘進(jìn)巷道空中邁步運(yùn)輸機(jī)器人包括儲(chǔ)料箱、伸縮機(jī)構(gòu)、垂簾防護(hù)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)、框架平臺(tái)、行走器Ⅰ、行走器Ⅱ、行走器Ⅲ、行走器Ⅳ、行走器Ⅴ、行走器Ⅵ、垂直陀螺儀系統(tǒng)、移動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和遙控器，控制系統(tǒng)同時(shí)與遙控器聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控操作，通過(guò)光纜，實(shí)現(xiàn)地面遙控。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守或少人值守，符合國(guó)家安全要求和安全政策；實(shí)現(xiàn)空中邁步行走，占用空間小、設(shè)備外型小、靈活性好、工作效率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種煤礦井下掘進(jìn)巷道空中邁步運(yùn)輸機(jī)器人。

背景技術(shù)

國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局公告(2019年第1號(hào))，《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》中明確了井下掘進(jìn)巷道運(yùn)輸機(jī)器人的研發(fā)方向，井下巷道運(yùn)輸機(jī)械化、智能化、無(wú)人化是今后發(fā)展趨勢(shì)，特別是人工成本的增加、煤礦安全的要求等因素，對(duì)智能化、機(jī)械化運(yùn)輸?shù)囊笠苍絹?lái)越高；如何減少安全隱患、無(wú)人值守或少人值守，是煤礦急需解決的技術(shù)難題；由于受防爆、光線、粉塵、地面條件等因素的限制，成功應(yīng)用在煤礦井下掘進(jìn)巷道內(nèi)的機(jī)器人很少，正在處于研究階段。

足式機(jī)器人國(guó)內(nèi)外目前常用的驅(qū)動(dòng)形式主要有電動(dòng)和液壓，由于液壓驅(qū)動(dòng)具有負(fù)載能力強(qiáng)、功率密度高、無(wú)極變速、能承受較大沖擊、系統(tǒng)的剛度高和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，成為高性能戶外重載四足機(jī)器人的首要選擇。美國(guó)波士頓動(dòng)力公司研制的“BigDog”四足機(jī)器人，意大利技術(shù)研究院研制的“HYQ”四足機(jī)器人，國(guó)內(nèi)山東大學(xué)研制的“SCalf”四足機(jī)器人等，都采用的是液壓驅(qū)動(dòng)方式，各關(guān)節(jié)處采用液壓缸直線驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)足式機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，然而，直線液壓缸驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，其安裝與運(yùn)動(dòng)空間需求大，對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度小，不能滿足足式機(jī)器人關(guān)節(jié)大運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角的特殊場(chǎng)合運(yùn)動(dòng)性能要求；其次，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速與直線液壓缸移動(dòng)速度的速比隨運(yùn)動(dòng)位置不同而不同，同理直線液壓缸輸出力隨運(yùn)動(dòng)位置不同也不同，這種速度與力不均衡的缺點(diǎn)，使得關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的力與速度控制難度增加，不利于足式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，也阻礙了液壓驅(qū)動(dòng)足式機(jī)器人關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)思路；此外，傳統(tǒng)的非對(duì)稱直線型液壓缸，液壓伺服控制模型相對(duì)復(fù)雜，給控制算法增加了難度；這種機(jī)器人不適合于煤礦井下掘進(jìn)巷道內(nèi)的環(huán)境。

仿生機(jī)器人的發(fā)展是機(jī)器人發(fā)展的高級(jí)階段，其采用的仿生物特性的設(shè)計(jì)不僅使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更靈活、控制更精確，而且其特定的結(jié)構(gòu)可以更好的滿足某些特殊的工作要求。目前，世界上很多國(guó)家的科研機(jī)構(gòu)都在著力研究仿生機(jī)器人，仿生機(jī)器人己逐漸應(yīng)用于搶險(xiǎn)救災(zāi)、科研探索等領(lǐng)域，特別是在人類難以到達(dá)或很危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境下工作。仿生機(jī)器人的發(fā)展經(jīng)歷了原始探索、仿生仿型、機(jī)電與生物系統(tǒng)融合三個(gè)階段。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，仿生機(jī)器人正邁向更加智能、更加符合生物結(jié)構(gòu)特性的方向。但是，如今仿生機(jī)器人還存在很多問(wèn)題，包括：結(jié)構(gòu)模型相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)生物機(jī)理揭示不足、驅(qū)動(dòng)方式能量利用率較低、控制無(wú)法達(dá)到足夠精確等，現(xiàn)有的運(yùn)輸機(jī)器人重量沉、體積大，且只能平地運(yùn)輸，很多場(chǎng)合不能應(yīng)用，更不適合于煤礦井下掘進(jìn)巷道內(nèi)的環(huán)境。

目前主要的運(yùn)輸方案為：

1)目前掘進(jìn)迎頭一段距離，約30000mm，大部分采用人工運(yùn)輸：在掘進(jìn)迎頭附近，掘進(jìn)機(jī)寬度約3000mm至3800mm，長(zhǎng)約8000mm至10000mm；皮帶運(yùn)輸機(jī)最大外形寬度約1500mm，長(zhǎng)約10000mm，而巷道寬度約4000mm至5000mm；在巷道內(nèi)，掘進(jìn)機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)兩側(cè)預(yù)留的空間狹窄，運(yùn)輸車輛很難通過(guò)，單軌吊雖然能從皮帶運(yùn)輸機(jī)(偏一側(cè))的一側(cè)通過(guò)，但很難從掘進(jìn)機(jī)一側(cè)通過(guò)，掘進(jìn)機(jī)長(zhǎng)度方向這段距離仍需要人工運(yùn)輸。

2)專利號(hào)為201721426485.6的實(shí)用新型專利《一種四足機(jī)器人》，授權(quán)公告日2018年5月11日；專利號(hào)為201810675697.0的實(shí)用新型專利《一種新型仿生多足運(yùn)輸機(jī)器人及使用方法》，申請(qǐng)公布號(hào)CN108995732A，申請(qǐng)公布日2018年12月14日；這兩項(xiàng)專利主要存在不足：①四足自由度多，故障率高；②承載力小；③結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且不適用于空中抓錨桿邁步；④對(duì)于防爆、防塵、光線、檢測(cè)等問(wèn)題沒(méi)有研究。