一种具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂的制作方法

1.本发明涉及矿用机械设备技术领域，具体为一种具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂。


背景技术：

2.采矿是自地壳内和地表开采矿产资源的技术和科学。广义的采矿还包括煤和石油的开采。采矿工业是一种重要的原料工业，金属矿石是冶炼工业的主要原料，非金属矿石是重要的化工原料和建筑材料。掘进机是矿山开采常用的掘进设备，目前现有的悬臂式掘进机等矿用工程机械往往是在工作环境粉尘大、噪声强烈、照明条件差的生产条件下作业且需要操作者实时的对掘进臂进行操作，这对操作者的身心健康造成严重影响，因此需要一种不依赖于操作者全程跟踪操作，而具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
4.一种具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，包括，掘进臂本体、激光发射组件、视频采集模块一、视频采集模块二和激光导引头，掘进臂本体通过驱动机构设置于移动载台上，移动载台上设置有云台，激光发射组件2和视频采集模块一均设置于云台上，掘进臂本体上设置有安装支架，激光导引头设置于安装支架前端且其指向与掘进臂本体前端掘进头的指向一致，视频采集模块二也设置于安装支架上，掘进臂本体上还设置有陀螺仪。
5.作为优选，掘进臂本体采用悬臂式结构，包括前臂、后臂和旋转底座，前臂与后臂之间转动连接，后臂另一端与旋转底座上部转动连接，驱动机构为转盘电机，设置于所述旋转底座下端，旋转底座前侧转动设置有液压缸，液压缸的另一端与前臂下部转动连接，前臂前端设置有掘进头组件，陀螺仪设置于所述前臂上。
6.作为优选，前臂与掘进头组件之间设置有缓冲机构，后壁两侧均转动设置有液压支撑杆，所述液压支撑杆的另一端与旋转底座的上部旋转连接。
7.作为优选，激光发射组件包括激光发射器、防护罩和空气泵，防护罩包括内管体和外管体，空气泵设置于移动载台上，内管体的中部设置有定位环，内管体与外管体的后端之间封闭连接，内管体后端可拆卸链接有密封盖，激光发射器设置于内管体内，位于密封盖与定位环之间，外管体的前端超过内管体的前端，外管体的后端侧壁设置有进风管，进风管与空气泵的出风口相连接。
8.作为优选，内管体的前端环形均布设置有若干槽口，槽口内通过转轴转动设置有摆杆，摆杆的朝向内管体的一端设置有挡板，摆杆的另一端设置有风板，转轴上设置有扭力弹簧，外管体的后端侧壁设置有进风管。
9.作为优选，安装支架包括环体、若干安装臂和滑杆，滑杆为l形结构，且设置于前臂上部，滑杆的横向杆平行于前臂，若干安装臂环形设置于环体外侧部且与所述环体转动连接，所述环体中心位置设置有管套，管套套设在滑杆的横向杆上，管套侧壁通过连接杆与所
述环体相连接，管套朝前一侧外部套设有滑套，滑套外侧对应安装臂的位置转动设置有若干支撑杆，支撑杆的另一端与安装臂内侧相连接，滑套与环体中部通过第一电控伸缩杆相连接，所述视频采集模块二包括若干摄像头二，所述摄像头二安装于安装臂前端部，激光导引头设置于滑杆前端部。
10.作为优选，还包括直线执行模组，直线执行模组设置于所述前臂上部，且与前臂平行，滑杆的纵向杆设置于直线执行模组的滑动块的上部。
11.作为优选，滑杆的纵向杆的下端通过轴承与直线执行模组的滑动块的上部转动连接，滑杆的纵向杆下端还设置有被动齿轮，滑动块的上端设置有驱动电机，驱动电机的输出端设置有主动齿轮，主动齿轮与被动齿轮啮合，纵向杆的下端设置有挡块，滑动块的上部设置有限位块，限位块位于挡块的后侧。
12.作为优选，前臂后端设置有收纳防护罩，收纳防护罩为筒形结构。
13.作为优选，内管体包括前管、中管和后管，中管滑动套设于前管和后管之间，后管外侧壁还设置有第二电控伸缩杆，中管外侧壁与第二电控伸缩杆的伸出端相连接，外管体内侧壁设置有空气流速传感器，前管内部设置有顶开式单向阀，中管的内侧前端设置有顶杆。
14.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
15.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
16.图1为本发明实施例一的整体结构示意图；图2为本发明实施例二的激光发射组件结构示意图;图3为本发明实施例三的激光发射组件结构示意图;图4为本发明实施例四的内管体的结构示意图;图5为本发明实施例五中安装支架结构示意图；图6为本发明实施例六中前臂上部分结构示意图。
实施方式
17.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。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆
卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
20.如图1所示，在本实施例中，一种具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，包括，掘进臂本体1、激光发射组件2、视频采集模块一3、视频采集模块二4和激光导引头5，掘进臂本体1通过驱动机构6设置于移动载台7上，移动载台7上设置有云台8，激光发射组件2和视频采集模块一3均设置于云台8上，掘进臂本体1上设置有安装支架9，激光导引头5设置于安装支架9前端且其指向与掘进臂本体1前端掘进头的指向一致，视频采集模块二4也设置于安装支架9上，掘进臂本体1上还设置有陀螺仪10。
21.在本实施例中，掘进臂本体1采用悬臂式结构，包括前臂1-1、后臂1-2和旋转底座1-3，前臂1-1与后臂1-2之间转动连接，后臂1-2另一端与旋转底座1-3上部转动连接，驱动机构6为转盘电机，设置于所述旋转底座1-3下端，旋转底座1-3前侧转动设置有液压缸1-4，液压缸1-4的另一端与前臂1-1下部转动连接，前臂1-1前端设置有掘进头组件1-5，陀螺仪10设置于所述前臂1-1上。
22.在本实施例中，前臂1-1与掘进头组件1-5之间设置有缓冲机构1-6，后壁1-2两侧均转动设置有液压支撑杆1-7，所述液压支撑杆1-7的另一端与旋转底座1-3的上部旋转连接。
23.上述技术方案的工作原理及有益效果为：在本实施例中，视频采集模块一3为白光加红外双模式摄像头，根据外部工作环境的光线强弱自动能够调节或者手动切换选择，视频采集模块二4为红外单模摄像头，激光发射组件2为照射激光器。本实施例在使用时，通过视频采集模块一3，实时将采集到的作业画面传为远程控制中心，操作者远程操纵云台8转动，以调整视角。在确定掘进点后，打开激光发射组件2，并调节位置，使其持续对作业点进行照射标定位置。操作者调节前臂1-1的位置，使得视频采集模块二4捕捉到激光照射点，视频采集模块二4将采集到的图像传递给控制中心内控制处理器，控制处理器识别激光点在画面的位置，计算出激光照射点，与视频采集模块二4视角中心的位置关系，并控制驱动机构6工作实现水平位置调节，控制液压缸1-4实现俯仰调节，使得激光导引头5大体指向激光照射点，最终捕获反射光斑，经目标反射的激光光斑经激光导引头5上的光学镜头在四象限光电探测器上成像，形成四象限输出信号，经过低噪声放大器放大后，送到控制处理器进行和差处理，检测目标水平和竖直偏差信号，同时控制处理器还将偏差信号处理后，形成指令信号，从控制掘进臂本体1调整位置，使得掘进头组件1-5自动对准激光照射点完成掘进作业。本实施例陀螺仪10将前臂1-1的运动状态传递给控制处理器，使其能够准确调节前臂1-1的位置。
24.本实施例中，缓冲机构1-6与液压支撑杆1-7举起到缓冲减震的作用。
实施例
25.如图2所示，在实施例一的基础上，本实施例中的激光发射组件2包括激光发射器11、防护罩12和空气泵13，防护罩12包括内管体12-1和外管体12-2，空气泵13设置于移动载
台7上，内管体12-1的中部设置有定位环12-3，内管体12-1与外管体12-2的后端之间封闭连接，内管体12-1后端可拆卸链接有密封盖12-4，激光发射器11设置于内管体12-1内，位于密封盖12-4与定位环12-3之间，外管体12-2的前端超过内管体12-1的前端，外管体12-2的后端侧壁设置有进风管12-5，进风管12-5与空气泵13的出风口相连接。
26.上述技术方案的工作原理及有益效果为：本实施例作业时，空气泵13处于持续工作状态，以使得高速气流，从内管体12-1和外管体12-2形成的通道吹出，形成柱形气流。柱形气流的附近会形成低压区，从而使得，柱形气流中心位置的空气会流向柱形气流，并被带走，从而使得柱形气流中心位置，形成了一条干净的光路通道，从而保证了激光发射组件2的正常工作。
实施例
27.如图3所示，在实施例二的基础上，在本实施例中，内管体12-1的前端环形均布设置有四个槽口12-6，槽口12-6内通过转轴12-7转动设置有摆杆12-8，摆杆12-8的朝向内管体12-1的一端设置有挡板12-9，摆杆12-8的另一端设置有风板12-10，转轴12-7上设置有扭力弹簧12-15，外管体12-2的后端侧壁设置有进风管12-5。
28.上述技术方案的工作原理及有益效果为：本实施例在工作时，高速气流，从内管体12-1和外管体12-2形成的通道吹出，从而推动风板12-10向前偏转，继而使得挡板12-9向内管体12-1内侧壁偏转，从而打开激光照射通路，在空气泵13关闭时，在扭力弹簧的作用下，挡板12-9自动复位，以起到保护激光发射器11不被粉尘或者颗粒污染或者撞击损坏的作用。
实施例
29.如图4所示，在实施例二的基础上，在本实施例中，内管体12-1包括前管12-11、中管12-12和后管12-13，中管12-12滑动套设于前管12-11和后管12-13之间，后管12-13外侧壁还设置有第二电控伸缩杆17，中管12-12外侧壁与第二电控伸缩杆17的伸出端相连接，外管体12-2内侧壁设置有空气流速传感器18，前管内部设置有顶开式单向阀19，中管12-12的内侧前端设置有顶杆12-14。
30.上述技术方案的工作原理及有益效果为：本实施例在工作时，空气流速传感器18实时检测从内管体12-1和外管体12-2之间气流的流速，并将数据信号传递给控制处理器，当流速达到预设的阈值时，控制处理器控制第二电控伸缩杆17伸出，推动中管12-12向前运动，从而使得顶杆12-14将顶开式单向阀19打开，打开激光照射通路。当流速小于预设的阈值时，控制处理器控制第二电控伸缩杆17收缩，顶开式单向阀19关闭，以起到保护激光发射器11不被粉尘或者颗粒污染或者撞击损坏的作用。
实施例
31.如图5所示，在实施例一的基础上，在本实施例中，安装支架9包括环体9-1、四个安装臂9-2和滑杆9-8，滑杆9-8为l形结构，且设置于前臂1-1上部，滑杆9-8的横向杆平行于前臂1-1，四个安装臂9-2环形设置于环体9-1外侧部且与所述环体9-1转动连接，所述环体9-1
中心位置设置有管套9-3，管套9-3套设在滑杆9-8的横向杆上，管套9-3侧壁通过连接杆9-4与所述环体9-1相连接，管套9-3朝前一侧外部套设有滑套9-5，滑套9-5外侧对应安装臂9-2的位置转动设置有若干支撑杆9-6，支撑杆9-6的另一端与安装臂9-2内侧相连接，滑套9-5与环体9-1中部通过第一电控伸缩杆9-7相连接，所述视频采集模块二4包括四个摄像头二，所述摄像头二安装于安装臂9-2前端部，激光导引头5设置于滑杆9-8前端部，本实施例中，横向杆为螺纹杆，管套9-3通过其前管横向杆上的锁紧螺母固定位置。
32.在本实施例中，还包括直线执行模组13，直线执行模组13设置于所述前臂1-1上部，且与所述前臂1-1平行，所述滑杆9-8的纵向杆设置于直线执行模组13的滑动块的上部。
33.上述技术方案的工作原理及有益效果为：本实施例中的安装臂9-2起始处于水平状态，直线执行模组13的滑动块处于最前端的位置。当激光发射组件2指示目标后，控制处理器控制第一电控伸缩杆9-7收缩，使得安装臂9-2张开，以扩大视频采集模块二的视角范围，使得摄像头二能够捕获到激光光斑，当安装臂9-2张开到最大位置时，视频采集模块二仍未捕获到激光光斑，控制处理器控制直线执行模组13的滑动块向后移动，直至捕获到激光光斑。当其中一个摄像头二捕获到激光光斑后，控制处理器控制前臂1-1向其所在方向偏转，以使得激光导引头5最终捕获反射光斑。本实施例四个摄像头二处于12点、三点、六点、以及九点位置，即当其中一个摄像头二捕获到激光光斑后，前臂1-1向其对应的方向运动即可。激光导引头5捕获反射光斑经后，目标反射的激光光斑经激光导引头5上的光学镜头在四象限光电探测器上成像，形成四象限输出信号，经过低噪声放大器放大后，送到控制处理器进行和差处理，检测目标水平和竖直偏差信号，同时控制处理器还将偏差信号处理后，形成指令信号，从控制掘进臂本体1调整位置，使得掘进头组件1-5自动对准激光照射点完成掘进作业。
实施例
34.如图6所示，在实施例五的基础上，在本实施例中，所述滑杆9-8的纵向杆的下端通过轴承与直线执行模组13的滑动块的上部转动连接，滑杆9-8的纵向杆下端还设置有被动齿轮9-10，滑动块的上端设置有驱动电机14，驱动电机14的输出端设置有主动齿轮15，主动齿轮15与被动齿轮9-10啮合，纵向杆的下端设置有挡块9-11，滑动块的上部设置有限位块16，限位块16位于挡块9-11的后侧。
35.在本实施例中，前臂1-1后端设置有收纳防护罩9-9，收纳防护罩9-9为筒形结构。
36.上述技术方案的工作原理及有益效果为：本实施例在作业时，当控制处理器控制直线执行模组13的滑动块向后移动，仍未捕获到激光光斑时，控制处理器控制驱动电机14转动，驱动电机14的输出端带动主动齿轮15转动，主动齿轮15带动被动齿轮9-10转动，使得滑杆9-8横向转动，以取得扩大搜索范围的作用。
37.在掘进作业完毕后，控制处理器控制驱动电机14转动，使得滑杆9-8的横向杆指向后方，并控制第一电控伸缩杆9-7伸出，滑动块向后运动，使得视频采集模块二以及激光导引头收纳到收纳防护罩9-9内，防止其损坏，起到保护作用。以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进
构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，其特征在于，包括，掘进臂本体（1）、激光发射组件（2）、视频采集模块一（3）、视频采集模块二（4）和激光导引头（5），所述掘进臂本体（1）通过驱动机构（6）设置于移动载台（7）上，所述移动载台（7）上设置有云台（8），所述激光发射组件（2）和视频采集模块一（3）均设置于云台（8）上，掘进臂本体（1）上设置有安装支架（9），所述激光导引头（5）设置于安装支架（9）前端且其指向与掘进臂本体（1）前端掘进头的指向一致，视频采集模块二（4）也设置于安装支架（9）上，掘进臂本体（1）上还设置有陀螺仪（10）。2.根据权利要求1所述的具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，其特征在于，所述掘进臂本体（1）采用悬臂式结构，包括前臂（1-1）、后臂（1-2）和旋转底座（1-3），前臂（1-1）与后臂（1-2）之间转动连接，所述后臂（1-2）另一端与旋转底座（1-3）上部转动连接，所述驱动机构（6）为转盘电机，设置于所述旋转底座（1-3）下端，旋转底座（1-3）前侧转动设置有液压缸（1-4），所述液压缸（1-4）的另一端与所述前臂（1-1）下部转动连接，所述前臂（1-1）前端设置有掘进头组件（1-5），所述陀螺仪（10）设置于所述前臂（1-1）上。3.根据权利要求2所述的具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，其特征在于，所述前臂（1-1）与掘进头组件（1-5）之间设置有缓冲机构（1-6），所述后壁（1-2）两侧均转动设置有液压支撑杆（1-7），所述液压支撑杆（1-7）的另一端与旋转底座（1-3）的上部旋转连接。4.根据权利要求1所述的具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，其特征在于，所述激光发射组件（2）包括激光发射器（11）、防护罩（12）和空气泵（13），空气泵（13）设置于移动载台（7）上，所述防护罩（12）包括内管体（12-1）和外管体（12-2），所述内管体（12-1）的中部设置有定位环（12-3），内管体（12-1）与外管体（12-2）的后端之间封闭连接，内管体（12-1）后端可拆卸链接有密封盖（12-4），所述激光发射器（11）设置于内管体（12-1）内，位于密封盖（12-4）与定位环（12-3）之间，所述外管体（12-2）的前端超过内管体（12-1）的前端，外管体（12-2）的后端侧壁设置有进风管（12-5），所述进风管（12-5）与空气泵（13）的出风口相连接。5.根据权利要求4所述的具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，其特征在于，所述内管体（12-1）的前端环形均布设置有若干槽口（12-6），所述槽口（12-6）内通过转轴（12-7）转动设置有摆杆（12-8），所述摆杆（12-8）的朝向内管体（12-1）的一端设置有挡板（12-9），摆杆（12-8）的另一端设置有风板（12-10），所述转轴（12-7）上设置有扭力弹簧（12-15），外管体（12-2）的后端侧壁设置有进风管（12-5）。6.根据权利要求1所述的具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，其特征在于，所述安装支架（9）包括环体（9-1）、若干安装臂（9-2）和滑杆（9-8），滑杆（9-8）为l形结构，且设置于前臂（1-1）上部，所述滑杆（9-8）的横向杆平行于前臂（1-1），若干所述安装臂（9-2）环形设置于所述环体（9-1）外侧部且与所述环体（9-1）转动连接，所述环体（9-1）中心位置设置有管套（9-3），管套（9-3）套设在滑杆（9-8）的横向杆上，所述管套（9-3）侧壁通过连接杆（9-4）与所述环体（9-1）相连接，所述管套（9-3）朝前一侧外部套设有滑套（9-5），所述滑套（9-5）外侧对应所述安装臂（9-2）的位置转动设置有若干支撑杆（9-6），所述支撑杆（9-6）的另一端与所述安装臂（9-2）内侧相连接，所述滑套（9-5）与所述环体（9-1）中部通过第一电控伸缩杆（9-7）相连接，所述视频采集模块二（4）包括若干摄像头二，所述摄像头二安装于所述安装臂（9-2）前端部，激光导引头（5）设置于滑杆（9-8）前端部。
7.根据权利要求6所述的具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，其特征在于，还包括直线执行模组（13），所述直线执行模组（13）设置于所述前臂（1-1）上部，且与所述前臂（1-1）平行，所述滑杆（9-8）的纵向杆设置于直线执行模组（13）的滑动块的上部。8.根据权利要求7所述的具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，其特征在于，所述滑杆（9-8）的纵向杆的下端通过轴承与直线执行模组（13）的滑动块的上部转动连接，所述滑杆（9-8）的纵向杆下端还设置有被动齿轮（9-10），滑动块的上端设置有驱动电机（14），驱动电机（14）的输出端设置有主动齿轮（15），主动齿轮（15）与被动齿轮(9-10)啮合，纵向杆的下端设置有挡块(9-11)，所述滑动块的上部设置有限位块(16)，限位块(16)位于挡块（9-11）的后侧。9.根据权利要求8所述的具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，其特征在于，所述前臂（1-1）后端设置有收纳防护罩（9-9），所述收纳防护罩（9-9）为筒形结构。10.根据权利要求4所述的具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，其特征在于，所述内管体（12-1）包括前管（12-11）、中管（12-12）和后管（12-13），所述中管（12-12）滑动套设于所述前管（12-11）和后管（12-13）之间，所述后管（12-13）外侧壁还设置有第二电控伸缩杆（17），所述中管（12-12）外侧壁与第二电控伸缩杆（17）的伸出端相连接，所述外管体（12-2）内侧壁设置有空气流速传感器（18），所述前管内部设置有顶开式单向阀（19），所述中管（12-12）的内侧前端设置有顶杆（12-14）。

技术总结
本发明涉及矿用机械设置技术领域，公开了一种具有自动化定位功能的矿山掘进机械臂，包括，掘进臂本体、激光发射组件、视频采集模块一、视频采集模块二和激光导引头，掘进臂本体通过驱动机构设置于移动载台上，移动载台上设置有云台，激光发射组件和视频采集模块一均设置于云台上，掘进臂本体上设置有安装支架，激光导引头设置于安装支架前端且其指向与掘进臂本体前端掘进头的指向一致，视频采集模块二也设置于安装支架上，掘进臂本体上还设置有陀螺仪。本发明不依赖于操作者全程跟踪操作，即具有自动化定位功能的优点。具有自动化定位功能的优点。具有自动化定位功能的优点。


技术研发人员：王彬
受保护的技术使用者：江西盈度智能科技有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/1