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)，根據所述監(jiān)測機構的數據，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)測機構的數據后，向所述前端控制器發(fā)送指令，所述前端控制器依據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

礦山生產過程中，會對采空區(qū)進行充填作業(yè)，以防止出現塌陷的情況。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，然后人工在礦場內架設管路，最后利用人工敷設的管路進行充填作業(yè)。當礦場中部分區(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)，根據所述監(jiān)測機構的數據，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)測機構的數據后，向所述前端控制器發(fā)送指令，所述前端控制器依據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)境的相關數據，再根據該些數據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，不是對其對象數量或次序的限制；術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“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，最終通過排料管1噴至礦場內的待充填區(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)場地內移動，無需對其進行盤繞，且輸料管6內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可根據監(jiān)測機構2所采集的數據，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)境的相關數據，再根據該些數據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內的油壓，即可實現排料管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的液壓油的量來控制第二液壓缸的伸縮，從而實現夾桿的移動，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)與行走機構、排料管1和夾緊機構5相連，用于實現控制該些結構，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所采集的數據后，能夠按照預設的邏輯進行數據分析，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、計數和算術運算等操作的設備來實現，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據，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)機器人在礦場內的位置。通過該些動態(tài)參數，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的方式向前端控制器發(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的油壓以控制夾緊機構5的張開與收縮，最終實現了礦場內的充填作業(yè)。

需要注意的是，后端控制器可通過預設的程序并根據監(jiān)測機構2的數據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，也可以由用戶根據監(jiān)測機構2的數據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的所有變化囊括在本發(fā)明內。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