[發明專利]基于六軸機械手加卸鉆桿的一體式鉆孔機器人及控制方法

有效

• 申請號: 202211514964.9
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115538934B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 宋海濤;姚亞峰;沙翠翠;彭濤;彭光宇;馬斌;張剛;徐勇智
• 申請（專利權）人: 中煤科工西安研究院（集團）有限公司
• 主分類號: E21B7/02
• 分類號: E21B7/02;E21B19/16;E21B19/10;E21B19/02;E21B19/14;E21B15/04;E21B44/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 趙中霞

1.一種基于六軸機械手加卸鉆桿的一體式鉆孔機器人，其特征在于，包括履帶車體、安裝在履帶車體上的加卸鉆桿系統和主控制器；

所述履帶車體包括履帶車體平臺及其兩側的行走履帶總成；

所述加卸鉆桿系統包括三自由度主機、桿箱、位于三自由度主機和桿箱之間的六軸串聯機械手以及六軸串聯機械手末端的鉆桿抓取柔順構件；所述三自由度主機包括給進機身、卸扣器和前夾持器、后夾持器、動力頭、給進油缸、拖板、平移油缸、平移卡板、給進位移傳感器組件、平移位移傳感器組件、變幅穩固裝置；所述變幅穩固裝置通過舉升油缸安裝在履帶車體平臺上，變幅穩固裝置的回轉支撐連接給進機身一側；所述平移油缸平移、變幅穩固裝置的舉升油缸舉升及回轉支撐旋轉能實現主機三個自由度的調節；所述桿箱包括箱體支架、鉆桿限位架、擋桿、墊板、前倉門、擋板組件和后倉門；桿箱具有多層、多列容納鉆桿的空間，并通過調整側面墊板和底面鉆桿限位架能適應不同直徑的鉆桿；所述六軸串聯機械手包括底座、臂體和伺服電機；臂體在底座上的旋轉角度范圍-180°～+180°，伺服電機能控制臂體順序或同步動作，實現末端位置的變化，用于將鉆桿從桿箱中抓取到三自由度主機的鉆桿放置位置；所述鉆桿抓取柔順構件包括n形架、安裝在n形架上的第一油缸、位于第一油缸下方的柔性件和齒輪齒條組以及手爪，還包括彈性組件、接近開關、磁鐵和磁性開關組件；所述第一油缸能推動齒輪齒條組帶動手爪打開與閉合以抓取鉆桿；

所述主控制器安裝在履帶車體平臺后方的托架上，與履帶車體平臺通過螺栓連接，能控制履帶車體自調平、自穩固和自動加卸鉆桿、自動調節開孔姿態和自動鉆進；

所述三自由度主機的卸扣器和前夾持器以及后夾持器螺接在給進機身的安裝板上，并與動力頭配合實現鉆桿的自動裝卸；動力頭與拖板通過銷軸連接，拖板與給進油缸的缸筒連接并隨給進油缸的缸筒運動，動力頭與拖板隨著給進油缸的伸出與縮回在給進機身上滑移，實現鉆機的下鉆與起鉆；給進油缸一端連接在給進機身前端，另一端固定在給進機身后端；給進位移傳感器組件一端固定在給進機身上，另一端固定在拖板上，實時檢測及反饋給進油缸的行程位置；平移油缸一端鉸接在給進機身前端，另一端鉸接在給進機身后端，缸筒與平移卡板連接，通過平移油缸的伸縮帶動給進機身前后移動，調節給進機身與鉆孔孔口距離；平移位移傳感器組件一端固定在給進機身上，另一端固定在平移卡板上，檢測及反饋平移油缸的平移量；

所述變幅穩固裝置包括立柱油缸滑軌組件、回轉支撐、編碼器、舉升油缸、舉升位移傳感器組件、立柱下穩固組件和旋轉式上穩固組件；

所述立柱油缸滑軌組件套裝在兩個立柱下穩固組件上，立柱油缸滑軌組件的前壁安裝回轉支撐，回轉支撐與給進機身之間通過L形支撐板連接，回轉支撐的旋轉渦輪能帶動L形支撐板及給進機身轉動；回轉支撐內裝有制動件，制動件能對旋轉渦輪進行液力制動鎖死；編碼器通過安裝座連接在制動件上，編碼器的內軸通過傳動軸與L形支撐板連接，實現對鉆孔傾角的直接測量；

所述舉升油缸下端螺接在履帶車體平臺上，舉升油缸上端與立柱油缸滑軌組件的后壁螺接，通過舉升油缸的伸縮使給進機身沿立柱油缸運動，實現鉆機開孔高度調節；

所述舉升位移傳感器組件一端螺接在立柱油缸滑軌組件上，另一端螺接在履帶車體平臺上，用以檢測及反饋舉升油缸的位移量；

所述鉆桿抓取柔順構件的第一油缸貫穿并安裝在n形架的頂板上，第一油缸下端安裝柔性件，柔性件的中間軸下部與齒輪齒條組相連；齒輪齒條組包括齒條、安裝軸和齒輪；齒條與柔性件的中間軸相連，齒輪套在安裝軸上，安裝軸設在n形架的兩個側板之間；在安裝軸上還設有兩個所述手爪以通過第一油缸推動齒輪齒條組運動能實現手爪的開合；磁性開關組件和磁鐵安裝在n形架下方的兩個手爪之間，磁性開關組件中的油缸能控制磁鐵是否帶有磁性；彈性組件連在磁鐵上端和n形架側壁外之間；

所述柔性件包括連接殼體、彈簧、斜楔、關節軸承、上殼體、滑塊、下殼體、彈性元件、連接盤和中間軸；

所述連接殼體和上殼體之間以及上殼體和下殼體之間均通過螺栓連接；彈簧安裝在連接殼體內壁頂部凸起和斜楔上端之間，斜楔安裝在上殼體的滑槽內，斜楔下端斜面與滑塊的一端的斜面接觸且滑塊安裝在下殼體內上平面上；關節軸承安裝在滑塊內，關節軸承的外圈與滑塊固定，內圈與中間軸一端配合，中間軸的另一端與齒輪齒條組連接；彈性元件通過螺釘固定在連接盤和下殼體內上平面之間，連接盤連在中間軸和彈性元件之間，使中間軸可繞滑塊擺動扭動。