[發明專利]一種防沖擊鉆孔機器人及鉆桿精確定位方法

有效

• 申請號: 202110452859.6
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113107358B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 安曉飛;王忠賓;譚超;司壘;閆海峰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B7/02
• 分類號: E21B7/02;E21B7/04;E21B7/10;E21B15/00;E21B15/04;E21B47/02;E21F17/18;E21F17/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李翩

1.一種鉆桿精確定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：建立井下巷道坐標系，在沖擊地壓區域巷道壁上施工若干盲孔，并測量每個盲孔在坐標系中的坐標，并對需要進行鉆孔卸壓的盲孔進行標定；

S2：將標定的需要鉆孔卸壓的盲孔坐標信息導入防沖擊鉆孔機器人的控制系統；

S3：防沖擊鉆孔機器人位于井下巷道坐標系原點時，對慣性導航系統(9)校準調零，履帶(10)帶動防沖擊鉆孔機器人移動；防沖擊鉆孔機器人的底座上方通過回轉支撐轉動連接有旋轉平臺，所述旋轉平臺(3)上方設有升降油缸組(4)；

S4：激光雷達(8)對巷道進行掃描，識別巷道壁上的盲孔；慣性導航系統(9)對激光雷達(8)識別出的盲孔進行坐標定位；

S5：控制系統將步驟S4中定位的盲孔坐標與步驟S1中需要進行鉆孔卸壓的盲孔坐標進行匹配，確定是否為需要鉆孔卸壓的盲孔，若是，則執行步驟S6；否則，執行步驟S4；

S6：盲孔的粗對準：激光雷達(8)掃描盲孔、鉆頭(7-5)，生成三維盲孔輪廓和鉆頭(7-5)輪廓，控制系統計算盲孔孔口中心和鉆頭前端(7-6)之間的垂直距離，并驅動升降油缸組(4)帶動鉆桿(7-4)上下運動，直至盲孔孔口中心和鉆頭前端(7-6)位于同一高度；

S7：支撐油缸(11)推向巷道底板支撐防沖擊鉆孔機器人，鉆進系統(7)將鉆桿(7-4)推進盲孔孔口；鉆進系統包括推進電機(7-2)和旋轉電機(7-3)，所述推進電機(7-2)的推桿與旋轉電機(7-3)連接，所述旋轉電機(7-3)與鉆桿(7-4)傳動連接；

S8：盲孔的精確對準：檢測推進電機(7-2)、旋轉電機(7-3)的電流，若推進電機(7-2)、旋轉電機(7-3)電流均低于額定電流的30％，則鉆桿(7-4)剛好精準定位到盲孔孔口，執行步驟S10；否則，執行步驟S9；

S9：激光雷達(8)掃描盲孔、鉆頭(7-5)，控制系統計算盲孔孔口中心和鉆頭前端(7-6)之間的距離，并驅動升降油缸組(4)帶動鉆桿(7-4)上下運動、驅動旋轉伸縮油缸(6)帶動鉆桿(7-4)水平運動，減小盲孔孔口中心和鉆頭前端(7-6)之間的距離，執行步驟S8；

S10：鉆進系統(7)使得鉆桿(7-4)在盲孔內繼續向前推進，持續時間5秒；

S11：檢測推進電機(7-2)、旋轉電機(7-3)的電流，若推進電機(7-2)、旋轉電機(7-3)電流均低于額定電流的40％，則鉆桿(7-4)與盲孔在同一軸線上，在盲孔內繼續鉆孔，直至鉆孔結束，收起支撐油缸(11)，執行步驟S13；否則，執行步驟S12；S12：鉆桿(7-4)軸線與盲孔軸線存在偏移角度，控制系統計算偏移角度，并驅動旋轉平臺(3)、旋轉伸縮油缸(6)旋轉減小偏移角度，執行步驟S11；

S13：以步驟S11鉆孔孔口中心位置為原點建立新的坐標系，循環執行步驟S3-S12，直至完成所有盲孔的鉆孔卸壓。

2.一種基于權利要求1所述鉆桿精確定位方法的防沖擊鉆孔機器人，其特征在于，包括：底座(1)，所述底座(1)上設有用于識別巷道壁盲孔位置的激光雷達(8)、用于定位的慣性導航系統(9)，所述底座(1)上方通過回轉支撐(2)轉動連接有旋轉平臺(3)；

所述旋轉平臺(3)上方設有升降油缸組(4)、連接部件(5)、旋轉伸縮油缸(6)、鉆進系統(7)，所述升降油缸組(4)一端與旋轉平臺(3)固定連接，另一端與連接部件(5)固定連接，所述旋轉伸縮油缸(6)一端與連接部件(5)的一側固定連接，另一端與鉆進系統(7)固定連接，所述升降油缸組(4)油缸軸線垂直于旋轉伸縮油缸(6)軸線，所述旋轉伸縮油缸(6)軸線垂直于鉆進系統(7)軸線。

3.根據權利要求2所述的防沖擊鉆孔機器人，其特征在于：所述鉆進系統(7)包括鉆進平臺(7-1)、推進電機(7-2)、旋轉電機(7-3)、鉆桿(7-4)、鉆頭(7-5)，所述推進電機(7-2)設置在鉆進平臺(7-1)一端，所述推進電機(7-2)的推桿與旋轉電機(7-3)連接，所述旋轉電機(7-3)與鉆桿(7-4)傳動連接，鉆桿(7-4)前端設置鉆頭(7-5)，所述推進電機(7-2)驅動旋轉電機(7-3)、鉆桿(7-4)沿鉆桿(7-4)軸線方向運動，所述旋轉伸縮油缸(6)軸線垂直于鉆桿(7-4)軸線。