CN113833462A - 一种保护层开采机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种保护层开采机器人，包括设有行走机构的车体，车体上端通过转台转动连接支撑台，车体的前端设有用于抓取输料机构的机械臂；支撑台上设有输料机构和截割机构，输料机构可通过拼接的方式进行延长施工，其开采高度不再受煤层厚度的限制，截割机构在保证高效破煤的同时，能够控制上下摇摆，以截割不同厚度的保护层，截割机构上还设有掘进头，掘进头可在水平油缸带动下钻进两侧煤柱，从而在截割头回拉过程中采下煤柱。

Description

一种保护层开采机器人
技术领域
本发明涉及保护层开采领域，具体涉及一种保护层开采机器人。
背景技术
我国煤矿中煤层赋存和开采条件复杂，煤与瓦斯突出是煤矿主要动力灾害之一，对矿井安全生产威胁极大，我国普遍应用于区域性防治煤与瓦斯突出事故的方法就是保护层开采，所谓的保护层开采是指在有突出危险煤层开采前，选择上部或下部危险性小的煤层提前开采。保护层开采的首要目的就是卸压，从目前保护层开采卸压的效果来看，保护层开采技术还不成熟。而在开采保护层时遗留的煤柱会导致卸压盲区，使卸压不充分，亟需一种能够开采保护层和煤柱的高效机器人；以往的保护层机械化开采方式主要分为滚筒采煤机开采、刨煤机开采和钻式采煤机开采三种。但他们存在不同方面上的问题：①滚筒采煤机装机功率不足、机身振动剧烈，遇见断层与夹矸会降低使用寿命；②刨煤机煤层适用性不强、功率高但采厚较高。③钻采机一次性采宽小、钻具钻采时偏斜严重，而且会遗留煤柱。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种保护层开采机器人，其车体可放置在巷道内，其开采功率不再受煤层厚度的限制，截割机构在保证高效破煤的同时能够上下摇摆，以截割不同厚度的保护层，截割机构在回托过程中开采两侧煤柱，减小卸压盲区。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种保护层开采机器人，包括设有行走机构的车体，所述车体上端通过转台转动连接支撑台，所述车体的前端设有机械臂；所述支撑台的后端设有能够沿其长度方向移动的滑座和能够控制滑座移动的第一动力机构，所述支撑台的前端设有两个能够在其宽度方向上纵向移动的截割机构；
所述滑座上设有两个螺旋输送叶片和用于控制螺旋输送叶片转动的第二动力机构，所述螺旋输送叶片由若干节输送叶片拼接而成；
所述截割机构包括固定在支撑台前端的第二壳体，所述第二壳体前端铰接第三壳体，所述第三壳体后端与调角油缸的输出端铰接并通过调角油缸控制其转动，所述调角油缸底座连接在支撑台上且能够纵向滑动；
所述支撑台的前端设有水平油缸，所述水平油缸的输出端与第三壳体连接并控制其纵向移动，所述第三壳体上设有驱动轮并通过电机驱动其转动，所述第三壳体的前端转动连接横轴，所述驱动轮通过传动链与横轴传动连接，所述横轴伸向外侧的端部还设有掘进头，所述传动链、横轴以及掘进头的外表面上均设有截齿。
优选地，所述第一动力机构包括固定在滑座两端的液压马达Ⅱ，所述液压马达Ⅱ的输出端连接行星减速器Ⅱ，所述行星减速器Ⅱ输出端连接齿轮，所述支撑台上端的两侧设有与齿轮啮合的齿条。
优选地，所述第二动力机构包括固定在滑座中部的液压马达Ⅰ，所述液压马达Ⅰ的输出端连接行星减速器Ⅱ，所述行星减速器Ⅱ的输出端连接螺旋输送叶片，所述螺旋输送叶片远离滑座的一端转动连接在支板上，所述支板固定在支撑台上。
优选地，所述支撑台上设有用于覆盖两个螺旋输送叶片的第一壳体，所述第一壳体由若干节壳体可拆卸的拼接而成，所述第一壳体在其远离滑座的一端与第二壳体可拆卸式的固定连接，所述支撑台上还设有若干用于支撑第二壳体的托架。
优选地，所述支撑台的两侧还设有用于覆盖水管或者油管的钣金件，所述钣金件由若干节钣金单元可拆卸的拼接而成。
优选地，两个所述螺旋输送叶片的旋向相反、转向相反，并且均旋向支撑台的中部。
优选地，保护层开采机器人上安装有若干用于获取周围环境信息的摄像头，所述摄像头与外部显示器相连接。
优选地，所述支撑座上设有通风***，所述通风***包括两个进风通道，两个进风通道的其中一端分别连接负压风机和空压机，两个进风通道的另一端均设有出风通道，负压风机进口设有空滤器，两个出风通道均设在支撑台前端。
优选地，所述截割头上布满截齿，截齿上安装能够测得截割物体硬度的无线硬度传感器，无线硬度传感器与外部控制其电性连接，当截割头截割到岩石时，调角油缸带动第三壳体以及横轴降低截割高度。
本发明还提供一种保护层开采机器人的使用方法，包括以下步骤：
S1、将保护层开采机器人运到工作区域，将截割机构对准需要开采的开孔区域；
S2、操控人员通过观察摄像头传过来的实时图像，控制调角油缸调节第三壳体的摆动角度来控制横轴和传动链的截割高度，来截割不同厚度的煤层；
S3、截割过程中，控制输料机构将煤从煤层开孔内运输至开孔外，同时通过无线硬度传感器得到截齿所截割的煤岩硬度，一旦硬度超限则降低采高避免截割顶板；
S4、通过水平油缸控制第三壳体、横轴以及传动链在沿支撑台宽度方向上移动，推进过程中横轴带动掘进头旋转钻入两侧煤柱内，到达两侧的极限位置后，截割机构在回托过程中开采两侧煤柱减小保护层开采过程中的卸压盲区；
S5、外部煤层开采完毕后，不断接续延长输料机构内螺旋输送叶片的长度来向内部采煤，然后重复步骤S2-S4。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的保护层开采机器人具有很高的适应性，在保证高效破煤的同时，装置内的调角油缸通过第三壳体控制横轴与传动链的上下摇摆，利用横轴与传动链上的截齿来截割不同厚度的保护层。
2)本发明的保护层开采机器人通过水平油缸能够控制第三壳体、横轴以及传动链在沿支撑台宽度方向上移动，移动过程中主轴带动掘进头回转打入两侧煤柱内，在回托过程中开采两侧煤柱，减小卸压盲区。
3)本发明的保护层开采机器人在横轴上设置掘进头，掘进头可在水平油缸带动下钻进两侧煤柱，从而在截割头回拉过程中采下煤柱。
4)本发明的保护层开采机器人，不像现有技术中大部分的采煤机一样受煤层厚度限制，现有的采煤机整机尺寸不能太大，搭载的电机装机功率低，而本申请中车体放置位置没有限制，因此其车体尺寸以及电机装机功率没有限制，开采高度也不再受煤层厚度的限制。
5)本发明的保护层开采机器人实现了开采工作无人工作面，给工人提供了良好安全的工作环境，同时，本发明工作需要操作人员少，能够降低人工成本。
6)第一壳体和第二壳体在一定程度上起到支撑的作用，防止塌孔现象的出现，再者，两个壳体具有导向作用，防止螺旋输送叶片偏斜现象的产生。
7)本发明的第一壳体、钣金件以及螺旋输送叶片都可快速拼装延长长度，可通过机械臂进行组装，快速实现前后装置的对接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的保护层开采机器人的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的保护层开采机器人的结构示意图(侧视图)；
图3为本发明实施例提供的输料机构与截割机构的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的截割机构的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的截割机构的结构示意图(俯视图)；
图6为本发明实施例提供的截割机构的结构示意图(侧视图)；
图7为本发明实施例提供的第一动力机构的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的第一动力机构的结构示意图(侧视图)。
附图标记说明：
1、行走机构，2、支撑台，2-2、输料机构，2-3、截割机构，2-1-1、液压马达Ⅰ，2-1-2、滑座，2-1-3、行星减速器Ⅰ，2-1-4、齿条，2-1-6、托架，2-1-7、液压马达Ⅱ，2-1-8、行星减速器Ⅱ，2-1-9、齿轮，2-2-2、第一壳体，2-3-1、第二壳体，2-3-2、螺旋输送叶片，2-3-3、调角油缸，2-3-4、水平油缸，2-3-5、传动链，2-3-6、掘进头，2-3-7、横轴，2-3-8、张紧轮，2-3-9、驱动轮，2-3-10、电机，2-3-12、防护罩，2-3-13、第三壳体，2-4-4、进风通道，2-4-3、空压机，2-4-5、负压风机，2-4-6、空滤器，3、机械臂。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图8所示，一种保护层开采机器人，包括设有行走机构1的车体，所述车体上端通过转台转动连接支撑台2；
所述支撑台2上设有输料机构2-2，所述输料机构2-2包括活动设置在支撑台2的滑座2-1-2，所述支撑台2上还设有用于控制滑座2-1-2沿其长度方向移动的第一动力机构；所述车体的前端设有用于抓取输料机构的机械臂3；
所述支撑台2的前端还设有两个能够在其宽度方向上纵向移动的截割机构2-3；
所述滑座2-1-2上设有两个螺旋输送叶片2-3-2和用于控制螺旋输送叶片2-3-2转动的第二动力机构，所述螺旋输送叶片2-3-2由若干节输送叶片拼接而成；
所述截割机构2-3包括固定在支撑台2前端的第二壳体2-3-1，所述第二壳体2-3-1前端铰接第三壳体2-3-13，所述第三壳体2-3-13后端与调角油缸2-3-3的输出端铰接并通过调角油缸2-3-3控制其转动，所述调角油缸2-3-3底座连接在支撑台2上且能够纵向滑动；
所述支撑台2的前端设有水平油缸2-3-4，所述水平油缸2-3-4的输出端与第三壳体2-3-13连接并控制其纵向移动，所述第三壳体2-3-13上设有驱动轮2-3-9并通过电机2-3-10驱动其转动，所述第三壳体2-3-13的前端转动连接横轴2-3-7，所述驱动轮2-3-9通过传动链2-3-5与横轴2-3-7传动连接，同时使用张紧轮2-3-8张紧传动链2-3-5，所述横轴2-3-7伸向外侧的端部还设有掘进头2-3-6，所述传动链2-3-5、横轴2-3-7以及掘进头2-3-6的外表面上均设有截齿。
所述第一动力机构包括固定在滑座2-1-2两端的液压马达Ⅱ2-1-7，所述液压马达Ⅱ2-1-7的输出端连接行星减速器Ⅱ2-1-8，所述行星减速器Ⅱ2-1-8输出端连接齿轮2-1-9，所述支撑台2上端的两侧设有与齿轮2-1-9啮合的齿条2-1-4。
所述第二动力机构包括固定在滑座2-1-2中部的液压马达Ⅰ2-1-1，所述液压马达Ⅰ2-1-1的输出端连接行星减速器Ⅱ2-1-8，所述行星减速器Ⅱ2-1-8的输出端连接螺旋输送叶片2-3-2，所述螺旋输送叶片2-3-2远离滑座2-1-2的一端转动连接在支板上，所述支板固定在支撑台2上。
所述支撑台2上设有用于覆盖两个螺旋输送叶片2-3-2的第一壳体2-2-2，所述第一壳体2-2-2由若干节壳体可拆卸的拼接而成，所述第一壳体2-2-2在其远离滑座2-1的一端与第二壳体2-3-1可拆卸式的固定连接，所述支撑台2上还设有若干用于支撑第二壳体2-3-1的托架2-1-6。
所述支撑台2的两侧还设有用于覆盖水管或者油管的钣金件，所述钣金件由若干节钣金单元可拆卸的拼接而成。
两个所述螺旋输送叶片2-3-2的旋向相反、转向相反，并且均旋向支撑台2的中部。
保护层开采机器人上安装有若干用于获取周围环境信息的摄像头，所述摄像头与外部显示器相连接。
所述支撑座2上设有通风***，所述通风***包括两个进风通道2-4-4，两个进风通道2-4-4的其中一端分别连接负压风机2-4-5和空压机2-4-3，两个进风通道2-4-4的另一端均设有出风通道，负压风机2-4-5进口设有空滤器2-4-6，两个出风通道均设在支撑台2前端。
所述截割头2-3上布满截齿，截齿上安装能够测得截割物体硬度的无线硬度传感器，无线硬度传感器与外部控制其电性连接，当截割头2-3截割到岩石时，调角油缸2-3-3带动第三壳体2-3-13以及横轴2-3-7降低截割高度。
所述水平油缸2-3-4外嵌套有防护罩2-3-12。
本实施例中液压马达Ⅰ2-1-1、液压马达Ⅱ2-1-7、调角油缸2-3-3、水平油缸2-3-4、电机2-3-10、空压机2-4-3、负压风机2-4-5、机械臂3分别于外部控制器连接。
本实施例还提供一种保护层开采机器人的使用方法，包括以下步骤：
S1、将保护层开采机器人运到工作区域，将截割机构对准需要开采的开孔区域；
S2、操控人员通过观察摄像头传过来的实时图像，控制调角油缸2-3-3调节第三壳体2-3-13的摆动角度来控制横轴2-3-7和传动链2-3-5的截割高度，来截割不同厚度的煤层；
S3、截割过程中，控制输料机构2-2将煤从煤层开孔内运输至开孔外，同时通过无线硬度传感器得到截齿所截割的煤岩硬度，一旦硬度超限则降低采高避免截割顶板；
S4、通过水平油缸2-3-4控制第三壳体2-3-13、横轴2-3-7以及传动链2-3-5在沿支撑台2宽度方向上移动，推进过程中横轴2-3-7带动掘进头2-3-6旋转钻入两侧煤柱内，到达两侧的极限位置后，截割机构2-3在回托过程中开采两侧煤柱减小保护层开采过程中的卸压盲区；
S5、外部煤层开采完毕后，不断接续延长输料机构2-2内螺旋输送叶片2-3-2的长度来向内部采煤，然后重复步骤S2-S4。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种保护层开采机器人，包括设有行走机构(1)的车体，所述车体上端通过转台转动连接支撑台(2)，所述车体的前端设有机械臂(3)；其特征在于：所述支撑台(2)的后端设有能够沿其长度方向移动的滑座(2-1-2)和能够控制滑座(2-1-2)移动的第一动力机构，所述支撑台(2)的前端设有两个能够在其宽度方向上纵向移动的截割机构(2-3)；
所述滑座(2-1-2)上设有两个螺旋输送叶片(2-3-2)和用于控制螺旋输送叶片(2-3-2)转动的第二动力机构，所述螺旋输送叶片(2-3-2)由若干节输送叶片拼接而成；
所述截割机构(2-3)包括固定在支撑台(2)前端的第二壳体(2-3-1)，所述第二壳体(2-3-1)前端铰接第三壳体(2-3-13)，所述第三壳体(2-3-13)后端与调角油缸(2-3-3)的输出端铰接并通过调角油缸(2-3-3)控制其转动，所述调角油缸(2-3-3)底座连接在支撑台2上且能够纵向滑动；
所述支撑台(2)的前端设有水平油缸(2-3-4)，所述水平油缸(2-3-4)的输出端与第三壳体(2-3-13)连接并控制其纵向移动，所述第三壳体(2-3-13)上设有驱动轮(2-3-9)并通过电机(2-3-10)驱动其转动，所述第三壳体(2-3-13)的前端转动连接横轴(2-3-7)，所述驱动轮(2-3-9)通过传动链(2-3-5)与横轴(2-3-7)传动连接，所述横轴(2-3-7)伸向外侧的端部还设有掘进头(2-3-6)，所述传动链(2-3-5)、横轴(2-3-7)以及掘进头(2-3-6)的外表面上均设有截齿。
2.如权利要求1所述的一种保护层开采机器人，其特征在于：所述第一动力机构包括固定在滑座(2-1-2)两端的液压马达Ⅱ(2-1-7)，所述液压马达Ⅱ(2-1-7)的输出端连接行星减速器Ⅱ(2-1-8)，所述行星减速器Ⅱ(2-1-8)输出端连接齿轮(2-1-9)，所述支撑台(2)上端的两侧设有与齿轮(2-1-9)啮合的齿条(2-1-4)。
3.如权利要求1所述的一种保护层开采机器人，其特征在于：所述第二动力机构包括固定在滑座(2-1-2)中部的液压马达Ⅰ(2-1-1)，所述液压马达Ⅰ(2-1-1)的输出端连接行星减速器Ⅱ(2-1-8)，所述行星减速器Ⅱ(2-1-8)的输出端连接螺旋输送叶片(2-3-2)，所述螺旋输送叶片(2-3-2)远离滑座(2-1-2)的一端转动连接在支板上，所述支板固定在支撑台(2)上。
4.如权利要求1所述的一种保护层开采机器人，其特征在于：所述支撑台(2)上设有用于覆盖两个螺旋输送叶片(2-3-2)的第一壳体(2-2-2)，所述第一壳体(2-2-2)由若干节壳体可拆卸的拼接而成，所述第一壳体(2-2-2)在其远离滑座(2-1)的一端与第二壳体(2-3-1)可拆卸式的固定连接，所述支撑台(2)上还设有若干用于支撑第二壳体(2-3-1)的托架(2-1-6)。
5.如权利要求4所述的一种保护层开采机器人，其特征在于：所述支撑台(2)的两侧还设有用于覆盖水管或者油管的钣金件，所述钣金件由若干节钣金单元可拆卸的拼接而成。
6.如权利要求1所述的一种保护层开采机器人，其特征在于：两个所述螺旋输送叶片(2-3-2)的旋向相反、转向相反，并且均旋向支撑台(2)的中部。
7.如权利要求1所述的一种保护层开采机器人，其特征在于：保护层开采机器人上安装有若干用于获取周围环境信息的摄像头，所述摄像头与外部显示器相连接。
8.如权利要求1所述的一种保护层开采机器人，其特征在于：所述支撑座(2)上设有通风***，所述通风***包括两个进风通道(2-4-4)，两个进风通道(2-4-4)的其中一端分别连接负压风机(2-4-5)和空压机(2-4-3)，两个进风通道(2-4-4)的另一端均设有出风通道，负压风机(2-4-5)进口设有空滤器(2-4-6)，两个出风通道均设在支撑台(2)前端。
9.如权利要求1所述的一种保护层开采机器人，其特征在于：所述截割头(2-3)上布满截齿，截齿上安装能够测得截割物体硬度的无线硬度传感器，无线硬度传感器与外部控制其电性连接，当截割头(2-3)截割到岩石时，调角油缸(2-3-3)带动第三壳体(2-3-13)以及横轴(2-3-7)降低截割高度。
10.一种保护层开采机器人的使用方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、将保护层开采机器人运到工作区域，将截割机构对准需要开采的开孔区域；
S2、操控人员通过观察摄像头传过来的实时图像，控制调角油缸(2-3-3)调节第三壳体(2-3-13)的摆动角度来控制横轴(2-3-7)和传动链(2-3-5)的截割高度，来截割不同厚度的煤层；
S3、截割过程中，控制输料机构(2-2)将煤从煤层开孔内运输至开孔外，同时通过无线硬度传感器得到截齿所截割的煤岩硬度，一旦硬度超限则降低采高避免截割顶板；
S4、通过水平油缸(2-3-4)控制第三壳体(2-3-13)、横轴(2-3-7)以及传动链(2-3-5)在沿支撑台(2)宽度方向上移动，推进过程中横轴(2-3-7)带动掘进头(2-3-6)旋转钻入两侧煤柱内，到达两侧的极限位置后，截割机构(2-3)在回托过程中开采两侧煤柱减小保护层开采过程中的卸压盲区；
S5、外部煤层开采完毕后，不断接续延长输料机构(2-2)内螺旋输送叶片(2-3-2)的长度来向内部采煤，然后重复步骤S2-S4。
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