CN112174039A - 一种基于并联机构的井下智能安装搬运车及搬运方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于并联机构的井下智能安装搬运车及搬运方法，包括搬运车本体和控制***，搬运车本体上设有机械臂搬运装置和用于给机械臂搬运装置提供油源以及移动和转向的底部支撑结构，机械臂搬运装置包括操作机械臂、机械臂转向机构和机械臂抬升机构。工作人员可以在远离机械施工区域对相应井下设备进行安装及搬运，从而提高了工作人员工作的安全性，同时降低了井下施工人员的工作难度，同时主转向液压油缸和辅助转向油缸构成并联***，可以提高工作时的驱动力矩，与相应内部闭环控制***共同增加其操作精度。

Description

一种基于并联机构的井下智能安装搬运车及搬运方法
技术领域
本发明涉及煤矿机械领域，具体的是一种基于并联机构的井下智能安装搬运车及搬运方法。
背景技术
现如今，井下设备的安装与搬运机械主要基于人工现场操作，工作强度高，危险程度高，工作环境差。随着智能化矿山的建设，采矿无人化，智能化将成为现如今煤矿产业的主要发展目标。为更好的促进智能化矿山的建设，这就需要一款能够自主安装搬运的机械装置来解决井下设备远程安装，智能安装的问题。
发明内容
本发明主要提供了一种基于并联机构的井下智能安装搬运车及搬运方法用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种基于并联机构的井下智能安装搬运车，包括搬运车本体，所述搬运车本体上设有机械臂搬运装置和用于给所述机械臂搬运装置提供油源以及移动和转向的底部支撑结构，所述底部支撑结构包括底盘、车轮、转盘和液压油箱，所述车轮设置在所述底盘的底部，所述液压油箱设置在所述转盘上，所述转盘设置在所述底盘上，所述机械臂搬运装置包括操作机械臂、机械臂转向机构和机械臂抬升机构，所述机械臂抬升机构的一端与所述液压油箱连接，另一端与所述转盘连接，所述机械臂转向机构安装在所述机械臂抬升机构上，所述操作机械臂的一端与所述机械臂抬升机构连接，且所述操作机械臂通过所述机械臂转向机构固定。
进一步地，所述机械臂抬升机构包括主转向油缸支撑箱体、辅助转向油缸支撑箱体和抬升油缸，所述抬升油缸设有两个，对称布置，所述主转向油缸支撑箱体的两个端部分别与两个所述抬升油缸铰链，两个所述抬升油缸的另一端与所述转盘铰链，所述辅助转向油缸支撑箱体通过支撑铰与所述液压油箱连接。
进一步地，所述机械臂转向机构包括转向固定铰、主转向液压油缸、辅助转向油缸和缸体支撑连接套，所述主转向液压油缸设有两个，对称布置，一端通过转向固定铰铰链，另一端分别与所述主转向油缸支撑箱体连接，所述辅助转向油缸安装在所述辅助转向油缸支撑箱体中，设有两个，对称布置，中间通过缸体支撑连接套连接。
进一步地，所述操作机械臂包括伸缩液压缸和末端执行器安装接口，所述伸缩液压缸穿过所述转向固定铰，所述缸体支撑连接套套设在所述伸缩液压缸的一端，所述末端执行器安装接口安装在所述伸缩液压缸的另一端，所述伸缩液压缸通过所述转向固定铰和所述缸体支撑连接套固定。
进一步地，所述主转向油缸支撑箱体上设有可供所述伸缩液压缸滑动的滑槽。
进一步地，所述主转向液压油缸和所述辅助转向油缸构成并联***。
进一步地，安装搬运车的两端设有绞车，并通过钢丝绳拉拽安装搬运车，且所述绞车上布置有相应的光电编码器。
进一步地，所述底部支撑结构中设有对搬运车车体进行移动控制的控制***。
进一步地，所述控制***包括超声波传感器、摄像头和工控机构，所述超声波传感器和所述摄像头安装在所述转盘的前端，与所述操作机械臂同侧，所述工控机构设置在所述底盘内。
一种智能安装车的搬运方法，包括以下步骤：
步骤一、操作人员远程启动智能安装搬运车，智能安装搬运车通过摄像头与超声波传感器采取相应环境信息并将环境信息发送至上位机；
步骤二、操作人员通过上位机实时观察操作环境，对智能安装搬运车的位置进行调整，再通过底部支撑结构对车身进行旋转，使末端执行器接口到达操作物体的上方；
步骤三、控制***远程控制机械臂抬升机构，抬升油缸收缩使操作机械臂下降，进而控制末端执行器接口接近操作物体，然后通过延伸伸缩液压缸，完成对操作物体的夹持动作，结束后伸缩液压缸缩回；
步骤四、抬升油缸延伸，操作机械臂抬升带动机械臂抬升机构的末端执行器接口与操作物体上升；
步骤五、远程控制智能安装搬运车，并配合车体两端的绞车，将车体移动至指定位置，在此过程中由光电编码器与电子标签组成的定位***采集的位置信息通过智能搬运车内部的工控机的无线通信单元发送至上位机；
步骤六、控制机械臂转向机构，主转向液压油缸及辅助转向油缸配合，使操作机械臂准确到达安装/搬运位置；
步骤七、控制机械臂抬升机构，使末端执行器接口到达指定位置后，操作机械臂伸缩配合末端执行器接口完成相应的安装动作；
步骤八、发出复位指令，智能安装搬运车完成复位。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
智能安装搬运车内设有控制***，包括超声波距离传感器、摄像头、和置于底盘箱体内的工控机构，工作人员可以在远离机械施工区域对相应井下设备进行安装及搬运，从而提高了工作人员工作的安全性，同时降低了井下施工人员的工作难度；同时主转向液压油缸和辅助转向油缸构成并联***，可以提高工作时的驱动力矩，与相应内部闭环控制***共同增加其操作精度。
附图说明
图1为本发明一种基于并联机构的井下智能安装搬运车立体结构示意图；
图2为本发明一种基于并联机构的井下智能安装搬运车的左视图；
图3为机械臂转向机构的结构示意图；
图4为井下安装搬运车布置图；
图5为控制***结构框图；
图6为定位***框图。
其中：1、底座及主箱体，2、液压油箱，3、支撑铰，4、辅助转向油缸支撑箱体，5、主转向油缸支撑箱体，6、抬升油缸，7、伸缩液压缸，8、照明装置，9、末端执行器安装接口，10、转向固定铰，11、主转向液压油缸，12、摄像头，13、超声波传感器，14、转盘，15、车轮，16、辅助转向油缸，17、缸体支撑连接套。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
需要说明的是，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
本发明公开了一种基于并联机构的井下多功能安装搬运车，包括搬运车本体和控制***，搬运车本体上设有机械臂搬运装置和用于给机械臂搬运装置提供油源以及移动和转向的底部支撑结构，机械臂搬运装置包括操作机械臂、机械臂转向机构和机械臂抬升机构。其中操作机械臂主要操作执行器伸缩动作，机械臂转向机构主要控制机械臂进行左右转向动作，机械臂抬升机构主要操作机械臂升降动作，车身旋转机构主要控制车体主要结构旋转，底部支撑结构主要提供相应车体的支撑，以及安装相应的控制***，车体驱动机构主要操作车身整体进行前后移动动作。
实施例，请参照附图1-3，底部支撑结构包括底盘1、车轮15、转盘14和液压油箱2，车轮15设置在底盘1的底部，液压油箱2设置在转盘14上，转盘14设置在底盘1上，机械臂搬运装置包括操作机械臂、机械臂转向机构和机械臂抬升机构，机械臂抬升机构的一端与液压油箱2连接，另一端与转盘14连接，机械臂转向机构安装在机械臂抬升机构上，操作机械臂的一端与机械臂抬升机构连接，且操作机械臂通过机械臂转向机构固定，控制***安装在底部支撑结构中。
具体的，机械臂抬升机构包括主转向油缸支撑箱体5、辅助转向油缸支撑箱体4和抬升油缸6，抬升油缸6设有两个，对称布置，主转向油缸支撑箱体5的两个端部分别与两个抬升油缸6铰链，两个抬升油缸6的另一端与转盘14铰链，辅助转向油缸支撑箱体4通过支撑铰3与液压油箱2连接。其中主转向油缸支撑箱体5主要用于安装主转向液压油缸11，相应比例电磁阀以及固定相应操作的机械臂，辅助转向油缸支撑箱体4主要安装辅助转向油缸16以及相应比例电磁阀，同时对操作机械臂起一定的固定作用，以改善操作机械臂受力。双抬升油缸来增进相应的抬升力矩与抬升过程的平稳性，同时油缸末端布置相应的位移传感器，对相应的油缸位移进行反馈，以实现相应的闭环控制***。
具体的，机械臂转向机构包括转向固定铰10、主转向液压油缸11、辅助转向油缸16和缸体支撑连接套17，主转向液压油缸11设有两个，对称布置，一端通过转向固定铰10铰链，另一端分别与主转向油缸支撑箱体5连接，辅助转向油缸16安装在辅助转向油缸支撑箱体4中，设有两个，对称布置，中间通过缸体支撑连接套17连接，且与主转向油缸支撑箱体5平行。对称布置的主转向油缸16主要控制操作机械臂旋转.布置辅助转向油缸17可以增大转向动作的力矩，同时增进转向动作的平稳性，进而实现对相应角度精确控制。主转向油缸在本设计中采取30°角倾斜布置，辅助转向油缸在本设计中采取水平对称布置，实际应用中可以根据实际需求来设计辅助转向油缸相应夹角，从而满足相应的精度要求与力矩要求。同时油缸末端布置相应的位移传感器，对相应的油缸位移进行反馈，以实现相应的闭环控制***。在本发明专利中，转向油缸转角与油缸位移成一一对应关系，操作转角时，程序内部转换为对相应油缸位移的控制。
需要说明的是，主转向油缸支撑箱体5上设有可供伸缩液压缸（7）左右移动的滑槽，内部安装有与液压元件相对应的比例电磁阀。
具体的，所述操作机械臂包括伸缩液压缸7和末端执行器安装接口9，伸缩液压缸7穿过转向固定铰10，缸体支撑连接套17套设在伸缩液压缸7的一端，末端执行器安装接口9安装在伸缩液压缸7的另一端，伸缩液压缸7通过转向固定铰10和缸体支撑连接套17固定。相应伸缩液压缸7由电液伺服控制***进行控制，同时末端安装位移传感器，以组成相应的闭环控制***来增进相应机械臂的伸缩精度，以匹配多功能安装搬运车的智能控制。
需要说明的是，转盘14内设有液压马达，车身旋转主要通过转盘14内的液压马达及齿轮箱配合实现，齿轮箱输出端布置相应的光电编码器以检测转盘转角，从而来实现相应的闭环控制***。
实施例，请参照附图4，安装搬运车驱动机构主要由两端绞车组成，绞车通过钢丝绳拉拽安装搬运车。绞车上布置相应的光电编码器，从而完成一部分对小车的定位。
实施例，请参照附图5，控制***包括超声波传感器13、摄像头12和工控机构，所述超声波传感器13和所述摄像头12安装在所述转盘14的前端，与所述操作机械臂同侧，所述工控机构设置在所述底盘1内。具体的，控制***由超声波传感器13，摄像头12，置于底盘1箱体内的工控机构，控制相应油缸移动的比例电磁阀，布置在两端绞车上的光电编码器，用于与上位机进行信息交互的无线通讯模块，与对相应内部控制***进行供电的蓄电池组成。传感器单元及视频采集单元将采集到的信息发送给工控机，进而工控机通过相应的无线通讯模块发送给上位机。上位机将控制命令通过无线通讯模块发送给工控机。工控机对相应的充放电及能源管理模块与电液比例***进行控制，使多功能安装小车完成相应的动作。
实施例，请参照附图4-6，安装搬运车定位模块采用光电编码器与电子标签相结合的方式来对多功能搬运车进行定位。在轨道一定距离布置相应的电子标签，在本设计中采用100m布置相应的电子标签。安装搬运车在电子标签间运行时通过光电编码器对小车进行定位，经过电子标签时对相应编码器位置信息清零，同时记录当前的电子标签信息，从而组成相应编码器与电子标签相结合的方式对小车进行定位。此举防止单一光电编码器定位安装搬运车形成的误差积累，提高了安装搬运车的定位精度，满足相应智能安装的要求。
一种智能安装车的搬运方法，包括以下步骤：
步骤一、操作人员远程启动智能安装搬运车，智能安装搬运车通过摄像头12与超声波传感器13采取相应环境信息并将环境信息发送至上位机；
步骤二、操作人员通过上位机实时观察操作环境，对智能安装搬运车的位置进行调整，再通过底部支撑结构对车身进行旋转，使末端执行器接口9到达操作物体的上方；
步骤三、控制***远程控制机械臂抬升机构，抬升油缸6收缩使操作机械臂下降，进而控制末端执行器接口9接近操作物体，然后通过延伸伸缩液压缸7，完成对操作物体的夹持动作，结束后伸缩液压缸7缩回；
步骤四、抬升油缸6延伸，操作机械臂抬升带动机械臂抬升机构的末端执行器接口9与操作物体上升；
步骤五、远程控制智能安装搬运车，并配合车体两端的绞车，将车体移动至指定位置，在此过程中由光电编码器与电子标签组成的定位***采集的位置信息通过智能搬运车内部的工控机的无线通信单元发送至上位机；
步骤六、控制机械臂转向机构，主转向液压油缸11及辅助转向油缸16配合，使操作机械臂准确到达安装/搬运位置；
步骤七、控制机械臂抬升机构，使末端执行器接口9到达指定位置后，操作机械臂伸缩配合末端执行器接口9完成相应的安装动作；
步骤八、发出复位指令，智能安装搬运车完成复位。
上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于并联机构的井下智能安装搬运车，其特征在于，包括搬运车本体，所述搬运车本体上设有机械臂搬运装置和用于给所述机械臂搬运装置提供油源以及移动和转向的底部支撑结构，所述底部支撑结构包括底盘（1）、车轮（15）、转盘（14）和液压油箱（2），所述车轮（15）设置在所述底盘（1）的底部，所述液压油箱（2）设置在所述转盘（14）上，所述转盘（14）设置在所述底盘（1）上，所述机械臂搬运装置包括操作机械臂、机械臂转向机构和机械臂抬升机构，所述机械臂抬升机构的一端与所述液压油箱（2）连接，另一端与所述转盘（14）连接，所述机械臂转向机构安装在所述机械臂抬升机构上，所述操作机械臂的一端与所述机械臂抬升机构连接，且所述操作机械臂通过所述机械臂转向机构固定。
2.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的井下智能安装搬运车，其特征在于，所述机械臂抬升机构包括主转向油缸支撑箱体（5）、辅助转向油缸支撑箱体（4）和抬升油缸（6），所述抬升油缸（6）设有两个，对称布置，所述主转向油缸支撑箱体（5）的两个端部分别与两个所述抬升油缸（6）铰链，两个所述抬升油缸（6）的另一端与所述转盘（14）铰链，所述辅助转向油缸支撑箱体（4）通过支撑铰（3）与所述液压油箱（2）连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于并联机构的井下智能安装搬运车，其特征在于，所述机械臂转向机构包括转向固定铰（10）、主转向液压油缸（11）、辅助转向油缸（16）和缸体支撑连接套（17），所述主转向液压油缸（11）设有两个，对称布置，一端通过转向固定铰（10）铰链，另一端分别与所述主转向油缸支撑箱体（5）连接，所述辅助转向油缸（16）安装在所述辅助转向油缸支撑箱体（4）中，设有两个，对称布置，中间通过缸体支撑连接套（17）连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于并联机构的井下智能安装搬运车，其特征在于，所述操作机械臂包括伸缩液压缸（7）和末端执行器安装接口（9），所述伸缩液压缸（7）穿过所述转向固定铰（10），所述缸体支撑连接套（17）套设在所述伸缩液压缸（7）的一端，所述末端执行器安装接口（9）安装在所述伸缩液压缸（7）的另一端，所述伸缩液压缸（7）通过所述转向固定铰（10）和所述缸体支撑连接套（17）固定。
5.根据权利要求4所述的一种基于并联机构的井下智能安装搬运车，其特征在于，所述主转向油缸支撑箱体（5）上设有可供所述伸缩液压缸（7）滑动的滑槽。
6.根据权利要求5所述的一种基于并联机构的井下智能安装搬运车，其特征在于，所述主转向液压油缸（11）和所述辅助转向油缸（16）构成并联***。
7.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的井下智能安装搬运车，其特征在于，安装搬运车的两端设有绞车，并通过钢丝绳拉拽安装搬运车，且所述绞车上布置有相应的光电编码器。
8.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的井下智能安装搬运车，其特征在于，所述底部支撑结构中设有对搬运车车体进行移动控制的控制***。
9.根据权利要求8所述的一种基于并联机构的井下智能安装搬运车，其特征在于，所述控制***包括超声波传感器（13）、摄像头（12）和工控机构，所述超声波传感器（13）和所述摄像头（12）安装在所述转盘（14）的前端，与所述操作机械臂同侧，所述工控机构设置在所述底盘（1）内。
10.一种智能安装车的搬运方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、操作人员远程启动智能安装搬运车，智能安装搬运车通过摄像头（12）与超声波传感器（13）采取相应环境信息并将环境信息发送至上位机；
步骤二、操作人员通过上位机实时观察操作环境，对智能安装搬运车的位置进行调整，再通过底部支撑结构对车身进行旋转，使末端执行器接口（9）到达操作物体的上方；
步骤三、控制***远程控制机械臂抬升机构，抬升油缸（6）收缩使操作机械臂下降，进而控制末端执行器接口（9）接近操作物体，然后通过延伸伸缩液压缸（7），完成对操作物体的夹持动作，结束后伸缩液压缸（7）缩回；
步骤四、抬升油缸（6）延伸，操作机械臂抬升带动机械臂抬升机构的末端执行器接口（9）与操作物体上升；
步骤五、远程控制智能安装搬运车，并配合车体两端的绞车，将车体移动至指定位置，在此过程中由光电编码器与电子标签组成的定位***采集的位置信息通过智能搬运车内部的工控机的无线通信单元发送至上位机；
步骤六、控制机械臂转向机构，主转向液压油缸（11）及辅助转向油缸（16）配合，使操作机械臂准确到达安装/搬运位置；
步骤七、控制机械臂抬升机构，使末端执行器接口（9）到达指定位置后，操作机械臂伸缩配合末端执行器接口（9）完成相应的安装动作；
步骤八、发出复位指令，智能安装搬运车完成复位。
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