權利要求

1.礦山充填作業(yè)機器人，其特征在于，包括： 行走機構，包括機架、履帶和驅動設備，所述履帶設在所述機架的下端，所述驅動設備設在所述機架上并可驅動所述履帶轉動； 排料管，一端連接在所述機架的前端； 輸料管，一端與所述排料管連通，另一端連接充填物料； 夾緊機構，具有設在所述機架尾端的夾具，用以夾持固定所述輸料管； 監(jiān)測機構，設在所述機架上，用以監(jiān)測所述礦山充填作業(yè)機器人的姿態(tài)及周圍環(huán)境； 控制系統(tǒng)，根據(jù)所述監(jiān)測機構的數(shù)據(jù)，控制所述行走機構、排料管和夾緊機構的運行。2.如權利要求1所述的礦山充填作業(yè)機器人，其特征在于， 所述驅動設備包括發(fā)動機和液壓站。 3.如權利要求2所述的礦山充填作業(yè)機器人，其特征在于，還包括： 第一液壓缸，一端連接在所述排料管的側面，另一端與所述液壓站中的液壓泵相連；其中 所述第一液壓缸在伸縮時可帶動所述排料管擺動。 4.如權利要求2所述的礦山充填作業(yè)機器人，其特征在于，還包括： 第二液壓缸，一端連接在所述夾緊機構上，另一端與所述液壓站中的液壓泵相連；其中 所述第二液壓缸在伸縮時可帶動所述夾緊機構張開/收縮。 5.如權利要求2所述的礦山充填作業(yè)機器人，其特征在于， 所述履帶經(jīng)由減速機、液壓馬達與所述液壓站中的液壓泵相連。 6.如權利要求1所述的礦山充填作業(yè)機器人，其特征在于，還包括： 導向機構，設在所述夾緊機構與所述排料管之間，用以控制所述輸料管的方向。 7.如權利要求6所述的礦山充填作業(yè)機器人，其特征在于， 所述導向機構為設在所述輸料管兩側的若干輥輪。 8.如權利要求1所述的礦山充填作業(yè)機器人，其特征在于， 所述控制系統(tǒng)包括前端控制器和后端控制器；其中 所述前端控制器與所述行走機構、排料管和夾緊機構相連， 所述后端控制器在接收所述監(jiān)測機構的數(shù)據(jù)后，向所述前端控制器發(fā)送指令，所述前端控制器依據(jù)所述指令控制所述行走機構、排料管、夾緊機構的運行。 9.如權利要求8所述的礦山充填作業(yè)機器人，其特征在于， 所述監(jiān)測機構包括姿態(tài)監(jiān)測模塊和圖像監(jiān)測模塊，分別用于監(jiān)測所述行走機構、排料管、夾緊機構的位置姿態(tài)，以及監(jiān)測所述礦山充填作業(yè)機器人周圍的環(huán)境。 10.如權利要求9所述的礦山充填作業(yè)機器人，其特征在于， 所述姿態(tài)監(jiān)測模塊包括陀螺儀、角位移傳感器、測距傳感器和光電編碼器。

說明書

技術領域

本發(fā)明涉及礦山充填技術領域，具體的，涉及一種礦山充填作業(yè)機器人。

背景技術

礦山生產(chǎn)過程中，會對采空區(qū)進行充填作業(yè)，以防止出現(xiàn)塌陷的情況。充填時通常采用全尾砂或分級尾砂加入一定比例的膠凝材料和水等，再攪拌均勻制成類似高濃度或膏體狀的物料來回填至采空區(qū)。在充填作業(yè)時，輸料管基本靠運輸車輛轉運到礦山中的道路末端，然后人工在礦場內(nèi)架設管路，最后利用人工敷設的管路進行充填作業(yè)。當?shù)V場中部分區(qū)域充填完畢時，需人工移動并重新敷設管路，整個作業(yè)過程中勞動強度大，作業(yè)效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述技術問題而做出的，其目的是提供一種礦山充填作業(yè)機器人，能夠攜帶輸料管在礦場內(nèi)的待充填區(qū)移動，以完成不同區(qū)域的充填作業(yè)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種礦山充填作業(yè)機器人，包括：行走機構，包括機架、履帶和驅動設備，所述履帶設在所述機架的下端，所述驅動設備設在所述機架上并可驅動所述履帶轉動；排料管，一端連接在所述機架的前端；輸料管，一端與所述排料管連通，另一端連接充填物料；夾緊機構，具有設在所述機架尾端的夾具，用以夾持固定所述輸料管；監(jiān)測機構，設在所述機架上，用以監(jiān)測所述礦山充填作業(yè)機器人的姿態(tài)及周圍環(huán)境；控制系統(tǒng)，根據(jù)所述監(jiān)測機構的數(shù)據(jù)，控制所述行走機構、排料管和夾緊機構的運行。

優(yōu)選地，所述驅動設備包括發(fā)動機和液壓站。

優(yōu)選地，還包括：第一液壓缸，一端連接在所述排料管的側面，另一端與所述液壓站中的液壓泵相連；其中所述第一液壓缸在伸縮時可帶動所述排料管擺動。

優(yōu)選地，還包括：第二液壓缸，一端連接在所述夾緊機構上，另一端與所述液壓站中的液壓泵相連；其中所述第二液壓缸在伸縮時可帶動所述夾緊機構張開/收縮。

優(yōu)選地，所述履帶經(jīng)由減速機、液壓馬達與所述液壓站中的液壓泵相連。

優(yōu)選地，還包括：導向機構，設在所述夾緊機構與所述排料管之間，用以控制所述輸料管的方向。

優(yōu)選地，所述導向機構為設在所述輸料管兩側的若干輥輪。

優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)包括前端控制器和后端控制器；其中所述前端控制器與所述行走機構、排料管和夾緊機構相連，所述后端控制器在接收所述監(jiān)測機構的數(shù)據(jù)后，向所述前端控制器發(fā)送指令，所述前端控制器依據(jù)所述指令控制所述行走機構、排料管、夾緊機構的運行。

優(yōu)選地，所述監(jiān)測機構包括姿態(tài)監(jiān)測模塊和圖像監(jiān)測模塊，分別用于監(jiān)測所述行走機構、排料管、夾緊機構的位置姿態(tài)，以及監(jiān)測所述礦山充填作業(yè)機器人周圍的環(huán)境。

優(yōu)選地，所述姿態(tài)監(jiān)測模塊包括陀螺儀、角位移傳感器、測距傳感器和光電編碼器。

根據(jù)上面的描述和實踐可知，本發(fā)明所述的礦山充填作業(yè)機器人，通過監(jiān)測機構來采集自身運行以及周圍環(huán)境的相關數(shù)據(jù)，再根據(jù)該些數(shù)據(jù)可制定移動的路徑和噴料的方向，通過履帶式的行走機構，可以帶動輸料管完成整個作業(yè)場地的充填工作，有效地降低了充填作業(yè)時的人工工作量，提高了充填作業(yè)效率。通過夾緊機構可將輸料管的一端固定在機架上，從而使該礦山充填作業(yè)機器人能夠拖動輸料管在作業(yè)場地內(nèi)移動。其中履帶式的行走機構使得該充填作業(yè)機器人與地面的接觸面積較大，對地壓力小，具有較好的越障性能，能夠適應泥濘的充填作業(yè)場地。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一個實施例中涉及的礦山充填作業(yè)機器人的側視圖。

圖2為本發(fā)明的一個實施例中涉及的礦山充填作業(yè)機器人的俯視圖。

圖3為本發(fā)明的一個實施例中涉及的礦山充填作業(yè)機器人在進行姿態(tài)定位時的結構示意圖。

圖4為本發(fā)明的一個實施例中涉及的礦山充填作業(yè)機器人的控制流程圖。

圖中的附圖標記為：

1、排料管；2、監(jiān)測機構；3、導向機構；4、液壓站；5、夾緊機構；6、輸料管；7、控制系統(tǒng)；8、履帶；9、發(fā)動機；10、連桿機構；11、從動輪；12、第一液壓缸；13、機架。

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例性實施方式。然而，示例性實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的范例；相反，提供這些實施方式使得本公開將更加全面和完整，并將示例性實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。所描述的特征、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。

此外，附圖僅為本公開的示意性圖解，并非一定是按比例繪制。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重復描述。需要說明的是，本公開中，用語“包括”、“配置有”、“設置于”用以表示開放式的包括在內(nèi)的意思，并且是指除了列出的要素/組成部分/等之外還可存在另外的要素/組成部分/等；用語“第一”、“第二”等僅作為標記使用，不是對其對象數(shù)量或次序的限制；術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

在該實施例中公開了一種礦山充填作業(yè)機器人，圖1示出了該礦山充填作業(yè)機器人的側面結構；圖2示出了該礦山充填作業(yè)機器人的俯視結構；圖3示出了該礦山充填作業(yè)機器人在進行姿態(tài)定位時的結構，該圖旨在輔助說明姿態(tài)定位過程的原理，因此圖中僅以框圖表示該礦山充填作業(yè)機器人的各個結構；圖4示出了該礦山充填作業(yè)機器人的控制流程。

請參考圖1至圖4，在該實施例中礦山充填作業(yè)機器人包括：行走機構、排料管1、輸料管6、夾緊機構5、監(jiān)測機構2和控制系統(tǒng)7。其中，行走機構包括機架13、履帶8和驅動設備，履帶8設在機架13的下端，驅動設備設在機架13上并通過傳動結構可以驅動履帶8轉動，從而使該礦山充填作業(yè)機器人可以行走。排料管1設在機架13的前端，排料管1的尾端與輸料管6相連接，輸料管6的尾端連接充填物料，在工作時，具有一定壓力的充填物料被泵入輸料管6內(nèi)，最終通過排料管1噴至礦場內(nèi)的待充填區(qū)域。履帶式的行走機構使得該充填作業(yè)機器人與地面的接觸面積較大，對地壓力小，具有較好的越障性能，能夠適應泥濘的充填作業(yè)場地。

夾緊機構5具有一夾具，其設在機架13的尾端用于夾持固定輸料管6，使輸料管6的前端能夠與排料管1穩(wěn)固地連接在一起。當該充填作業(yè)機器人行走時，夾緊機構5能夠帶動輸料管6同步移動，防止輸料管6與排料管1脫離。傳統(tǒng)的輸料管均采用柔性材料，在充填作業(yè)場地中通過轉動支架盤繞在一起，在前端需要變更位置時可以旋轉轉動支架來增加輸料管的長度，但是柔性材料的輸料管容易破碎且不能承受較大的壓力。通過設置夾緊機構5，該實施例中的輸料管6可以采用多種材質的管材，例如采用硬質材料的管材時，因輸料管6被該夾緊機構5所固定，所以該充填作業(yè)機器人能夠拖動輸料管6在作業(yè)場地內(nèi)移動，無需對其進行盤繞，且輸料管6內(nèi)部可承受較大的壓力，提高充填料的噴射距離。

監(jiān)測機構2設在機架13上，用以監(jiān)測該礦山充填作業(yè)機器人的位置姿態(tài)以及其周圍的環(huán)境，從而便于控制系統(tǒng)7進一步地操控該礦山充填作業(yè)機器人，例如調整其運行軌跡、排料管1的朝向等。換言之，控制系統(tǒng)7可根據(jù)監(jiān)測機構2所采集的數(shù)據(jù)，來控制上述行走機構、排料管1和夾緊機構5的運行。

該礦山充填作業(yè)機器人可以通過監(jiān)測機構2來采集自身運行以及周圍環(huán)境的相關數(shù)據(jù)，再根據(jù)該些數(shù)據(jù)可制定移動的路徑和噴料的方向，通過履帶式的行走機構，可以帶動輸料管6完成整個作業(yè)場地的充填工作，有效地降低了充填作業(yè)時的人工工作量，提高了充填作業(yè)效率。

在該實施例中，驅動設備包括發(fā)動機9和液壓站4，發(fā)動機9通過液壓站4中的液壓泵連接液壓馬達，進而通過液壓馬達向履帶8傳輸動力，來驅動履帶8轉動，使得該充填作業(yè)機器人能夠行走。通過液壓泵和液壓馬達對外傳輸動力的技術成熟、穩(wěn)定可靠，可提高該充填作業(yè)機器人的使用壽命。另外在液壓馬達與履帶8之間還設有減速機，通過減速機連接履帶8中的從動輪11，進而帶動履帶8轉動，可以更好地控制履帶8的轉動速度。

此外，在該實施例中，還設置了第一液壓缸12，用于調整排料管1的朝向。具體地說，第一液壓缸12的一端連接在所述排料管1的側面，另一端與液壓站4中的液壓泵相連，通過液壓站4控制泵入第一液壓缸12內(nèi)的液壓油的量來控制第一液壓缸12的伸縮，從而使排料管1能夠擺動，形成扇形的工作面，在行走機構不動時，同樣能夠覆蓋較大的充填面積。該實施例中，在排料管1的兩側均設置了第一液壓缸12，通過增加或降低單側第一液壓缸12內(nèi)的油壓，即可實現(xiàn)排料管1的擺動，還可增加該功能的穩(wěn)定性。

另外，夾緊機構5具有兩個夾桿，兩個夾桿相互靠近即可牢固地夾持輸料管6，在該實施例中，驅動夾桿運動的動力源同樣采用了液壓缸，即在機架13上還設置了第二液壓缸。第二液壓缸的一端與夾緊機構5的夾桿連接，另一端與液壓站4中的液壓泵相連，通過液壓站4控制泵入第二液壓缸內(nèi)的液壓油的量來控制第二液壓缸的伸縮，從而實現(xiàn)夾桿的移動，使該夾緊機構5張開或收縮，進而固定輸料管6或釋放輸料管6。

此外，在該實施例中，在夾緊機構5與排料管1之間還設置有導向機構3，用于控制機架13上方的輸料管6的方向，當排料管1擺動時，輸料管6可在該導向機構3內(nèi)隨之移動，能夠限定排料管1的移動范圍，防止其與其它結構觸碰導致前端與排料管1脫離。具體地說，導向機構3為設在所述輸料管6兩側的若干輥輪，便于輸料管6隨排料管1擺動，進一步提高導向效果。

另外，在該實施例中，控制系統(tǒng)7包括前端控制器和后端控制器。其中前端控制器設在機架13上，通過CAN總線(控制器域網(wǎng))與行走機構、排料管1和夾緊機構5相連，用于實現(xiàn)控制該些結構，從而完成充填作業(yè)。后端控制器與監(jiān)測機構2通信連接，在接收到監(jiān)測機構2所采集的數(shù)據(jù)后，能夠按照預設的邏輯進行數(shù)據(jù)分析，并作出相應的下發(fā)至前端控制器的指令，前端控制器依據(jù)該些指令來控制行走機構、排料管1和夾緊機構5的運行，最終實現(xiàn)充填作業(yè)。例如，在監(jiān)測機構2采集到該充填作業(yè)機器人周圍的圖像后，后端控制器可據(jù)此制作地形圖、區(qū)分已充填區(qū)和未充填區(qū)，進而制定行走路徑，最終覆蓋礦場內(nèi)的全部待充填區(qū)域。又例如，制定排料管1的擺動方向及角度，從而完成局部范圍內(nèi)的充填作業(yè)。上述控制器可采用PLC、計算機等具有執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的設備來實現(xiàn)，具體過程不再贅述。

上述監(jiān)測機構2包括姿態(tài)監(jiān)測模塊和圖像監(jiān)測模塊，其中姿態(tài)監(jiān)測模塊用于測量該礦山充填作業(yè)機器人及其中行走機構、排料管1、夾緊機構5的位置姿態(tài)；圖像監(jiān)測模塊用于測量該礦山充填作業(yè)機器人周圍的環(huán)境，例如可采用360°的攝像頭來采集周圍的視頻圖像。該監(jiān)測機構2與后端控制器采用無線通信的方式連接，以向其提供所采集的數(shù)據(jù)，便于后端控制器制定相應地操作指令。

具體地說，該姿態(tài)監(jiān)測模塊包括陀螺儀、角位移傳感器、測距傳感器和光電編碼器。通過陀螺儀、角位移傳感器和光電編碼器可以測量該礦山充填作業(yè)機器人中各個結構的位置姿態(tài)；通過測距傳感器和光電編碼器可以測量該礦山充填作業(yè)機器人在礦場內(nèi)的位置。通過該些動態(tài)參數(shù)，可建立基于充填作業(yè)面的運動模型，通過該運動模型即可實現(xiàn)該礦山充填作業(yè)機器人的自主運行。如圖3所示，機架13通過連桿機構10與履帶8上的從動輪11相連，連桿機構10的一端連接上述減速機的輸出端，另一端連接從動輪11。圖中，角α為機架13速度方向與水平面之間的夾角之間的夾角，角β為連桿機構10與機架13平面法向之間的夾角，角δ為從動輪11中心速度方向和水平方向之間的夾角。通過測量其中角α、β、δ的數(shù)值，后端控制器即可對行走機構的軌跡路徑進行連續(xù)、實時地推算，并結合設定的規(guī)劃路徑來實時地調整行走機構的行走指令，使其按照預定的路徑行走，最終實現(xiàn)該礦山充填作業(yè)機器人的自主運行。

如圖4所示，該礦山充填作業(yè)機器人的控制流程為：后端控制器通過無線傳輸?shù)姆绞较蚯岸丝刂破靼l(fā)送指令，前端控制器通過CAN總線控制發(fā)動機9和液壓泵，進而控制左右兩側液壓馬達的轉速以控制左右兩側履帶8的轉動速度、控制第一液壓缸12內(nèi)的油壓以控制排料管1的擺動方式、以及控制第二液壓缸內(nèi)的油壓以控制夾緊機構5的張開與收縮，最終實現(xiàn)了礦場內(nèi)的充填作業(yè)。

需要注意的是，后端控制器可通過預設的程序并根據(jù)監(jiān)測機構2的數(shù)據(jù)來自動制定該礦山充填作業(yè)機器人的運行指令，在其它實施例中，也可以由用戶根據(jù)監(jiān)測機構2的數(shù)據(jù)來自行制定該礦山充填作業(yè)機器人的運行指令，并通過監(jiān)測機構來監(jiān)控該礦山充填作業(yè)機器人的運行狀態(tài)。

對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

礦山充填作業(yè)機器人.pdf