[發明專利]基于錨固工藝的鉆錨機器人雙鉆臂協同控制系統及方法

在審

• 申請號: 202210675702.4
• 申請日: 2022-06-15
• 公開（公告）號: CN115030706A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 張旭輝;雷孟宇;萬繼成;王甜;吳語佳;黃夢瑤;陳鑫;鄭西利;楊駿豪
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B15/04;E21D20/00;G06F17/18;G06N7/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明涉及一種基于錨固工藝的鉆錨機器人雙鉆臂協同控制系統及方法，屬于鉆錨機器雙鉆臂協同控制技術領域，錨鉆孔信息采集模塊采集支護鋼帶上所有錨鉆孔的圖像，鉆機位姿檢測模塊用于檢測鉆機初始空間位姿，防爆計算機構建鉆臂運動學模型，分析運動學正解和逆解，求取鉆臂運動空間，通過孔序規劃策略完成左右鉆臂錨鉆作業任務分配及錨鉆順序，并基于五次多項式插值方法完成軌跡規劃，鉆機快速、平穩到達錨鉆孔，完成錨固作業任務，依此循環，完成一條鋼帶上錨鉆作業任務。本發明可有效提高雙鉆臂鉆錨機器人錨固作業效率，避免左右鉆臂工作過程發生干涉，避免安全事故，提升了錨固作業的安全性。

技術領域

本發明涉及鉆錨機器雙鉆臂協同控制技術領域，特別是涉及一種基于錨固工藝的鉆錨機器人雙鉆臂協同控制系統及方法。

背景技術

由于煤礦巷道支護工藝流程復雜且環境惡劣，主要依靠人工操作單體式錨桿鉆機完成支護任務，導致勞動強度大，支護效率低，安全性差。近年來，多鉆臂錨桿臺車逐漸應用到巷道支護作業任務中，但是由于巷道空間狹小，工藝流程復雜，多鉆臂工作過程發生干涉現象時有發生，支護效率并沒有得到有效提高。因此，為提高巷道支護效率，改善巷道綜掘工作面自動化程度，多鉆臂協同控制系統及技術的研究意義重大。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于錨固工藝的鉆錨機器人雙鉆臂協同控制系統及方法，以有效提高雙鉆臂鉆錨機器人錨固作業效率。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于錨固工藝的鉆錨機器人雙鉆臂協同控制系統，所述協同控制系統包括：鉆錨機器人、控制模塊、防爆計算機、兩個錨鉆孔信息采集模塊和兩個鉆機位姿檢測模塊；

鉆錨機器人的兩個鉆臂的末端均設置有鉆機；兩個錨鉆孔信息采集模塊分別一一對應地設置在兩個鉆機上；兩個鉆機位姿檢測模塊分別一一對應地設置在兩個鉆臂上；

兩個錨鉆孔信息采集模塊均與防爆計算機連接，兩個所述錨鉆孔信息采集模塊用于采集支護鋼帶上所有錨鉆孔的圖像，并將所有錨鉆孔的圖像傳輸至防爆計算機；

兩個鉆機位姿檢測模塊均與防爆計算機連接，所述鉆機位姿檢測模塊用于檢測鉆機初始空間位姿，并將鉆機初始空間位姿傳輸至防爆計算機；

防爆計算機與控制模塊連接，所述防爆計算機用于根據所有錨鉆孔的圖像確定支護鋼帶上每個錨鉆孔的位置，并根據所有錨鉆孔的位置分配兩個鉆臂的錨鉆任務和錨鉆順序，進而根據錨鉆任務、錨鉆順序和鉆機初始空間位姿規劃每個鉆臂完成錨鉆任務的軌跡，同時將每個鉆臂的軌跡、錨鉆任務和錨鉆順序下發至控制模塊；

控制模塊與錨鉆機器人連接，所述控制模塊用于根據每個鉆臂的軌跡、錨鉆任務和錨鉆順序控制兩個鉆臂執行錨鉆作業，完成錨鉆任務。

可選的，所述鉆臂為六自由度機械臂；

所述錨鉆孔信息采集模塊為雙目相機，雙目相機安裝在鉆機前端，雙目相機的光軸方向與鉆臂軸線方向平行，且面向鉆臂頂端方向。

可選的，所述鉆機位姿檢測模塊包括：多個傾角傳感器和多個拉繩傳感器；

多個傾角傳感器分別一一對應地設置在鉆臂的多個旋轉關節上，多個拉繩傳感器分別一一對應地設置在多個移動關節上；

多個傾角傳感器和多個拉繩傳感器均與防爆計算機連接，所述傾角傳感器用于測量旋轉關節的轉動角度，并將轉動角度傳輸至防爆計算機；所述拉繩傳感器用于測量移動關節的伸縮量，并將伸縮量傳輸至防爆計算機；

所述防爆計算機用于根據轉動角度和伸縮量確定鉆機空間位姿。

一種基于錨固工藝的鉆錨機器人雙鉆臂協同控制方法，所述協同控制方法應用于前述的協同控制系統，所述協同控制方法包括：

構建鉆臂運動學模型；