一种煤矿井下多功能重载搬运机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿井下多功能重载搬运机器人及其控制方法，包括机械臂搬运装置、铲斗搬运装置、装载平台、电控箱和轮式底盘；轮式底盘前端装有深度相机和激光雷达，实时感知机器人周围环境信息，实现机器人的定位与建图；采用机械爪与铲斗协同运输，实现机器人多功能抓取、释放设备过程中的自动化，完成无人化装卸载设备；采用电动缸控制铲斗运动，由控制器自主控制不同电动缸通入电流大小实现电动缸的升降运动；电控箱结构上更加紧凑，实现自主无人驾驶，提高整车承载能力，为井下无人化、连续化辅助运输提供基础。连续化辅助运输提供基础。连续化辅助运输提供基础。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下多功能重载搬运机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种搬运机器人，具体涉及一种煤矿井下多功能重载搬运机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]当前，我国正在大力推进煤矿智能化建设，矿山运输系统正逐步由“有人化运输”向“机械化换人”直至“无人化运输”发展。
[0003]在煤炭开采运输过程中，主运输设备承载着运输煤炭资源的重要作用，辅助运输设备负责物料、矸石、人员、设备等煤炭以外的所有运输任务，探索发展高效连续化辅助运输设备的技术需求紧迫。重载搬运机器人作为一种井下辅助运输的重要设备，其在巷道内行驶运输，不受轨道的制约，具有很高的灵活性；能够实现自主运输，自动装卸，能够有效减轻井下转运及最后1km运输负担，达到了减人增效的目的，进一步实现了辅助运输连续化；同时重载搬运机器人具有很强的承载能力，能够搬运井下的重型设备，大大减轻了井下工作人员劳动强度。目前，防爆蓄电池重载搬运机器人具有安全性能佳，节能环保无污染，工作噪声小，利于实现完全电控等优点，应用前景十分广阔。传统井下搬运车需要驾驶员在座舱内进行跟车操作，由于管理不规范或驾驶员操作不当等因素，易发生安全事故；同时由于巷道通风条件差，柴油机尾气污染对驾驶人员也会造成健康问题。因此，防爆蓄电池重载搬运机器人驾驶技术已成为研究的热点。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种煤矿井下多功能重载搬运机器人及其控制方法， 以解决上述技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种煤矿井下多功能重载搬运机器人，包括轮式底盘、机械臂搬运装置、铲斗搬运装置、电控箱和装载平台；装载平台设置在轮式底盘中部上方，机械臂搬运装置设置在轮式底盘后部上方，铲斗搬运装置设置在轮式底盘前端，电控箱设置在轮式底盘侧面；轮式底盘包括底盘、驱动轮、驱动电机、转向电机、转向拉杆和制动装置，驱动轮设置在底盘下方，驱动电机、转向电机和制动装置安装在底盘内，两个后驱动轮上设有制动装置，转向拉杆安装在底盘前端两驱动轮中间，转向拉杆一端与两转向轮连接，另一端与转向电机连接，底盘的前端左右两侧分别设置第一深度相机、第二激光雷达和第二深度相机、第一激光雷达、红外线传感器、井下瓦斯传感器，底盘的中部左右两侧面分别设有第一毫米波雷达、第三深度相机和第二毫米波雷达、第四深度相机；机械臂搬运装置包括机械臂大臂、机械臂小臂、机械臂底座、末端保持器、大臂连杆、机械爪、第一防爆电机和第二防爆电机；机械臂大臂底端与机械臂底座连接，机械臂大臂顶端与机械臂小臂前部铰接，第一防爆电机和第二防爆电机设置在机械臂底座上且分别位于机械臂大臂左右两侧；第二防爆电机上装有机械大臂曲柄，第一平行四边形连杆的顶
端与三角架的一个角铰接，第二平行四边形连杆连接的前端与三角架的一个角铰接，三角架的另一个角与机械臂大臂铰接，第一平行四边形连杆的底端与机械臂底座铰接，第二平行四边形连杆连接后端与机械小臂铰接；大臂连杆顶端与机械臂小臂的前端铰接，大臂连杆底端与第二防爆电机连接；机械臂小臂后端下方设有末端保持器，末端保持器下方设有第五深度相机和机械爪电动机，机械爪与机械爪电动机连接；铲斗搬运装置包括铲斗大臂、铲斗、第一电动缸、翻转机构中心轴、倾翻机构连杆、倾翻机构杠杆、第二电动缸和第三电动缸；第一电动缸设置在轮式底盘上，翻转机构中心轴设置在轮式底盘前部，铲斗大臂有两个且位于铲斗的左右两端，两个铲斗大臂的前端分别与铲斗后端面铰接，两个铲斗大臂的后端分别与第二电动缸、第三电动缸铰接，倾翻机构杠杆中部与翻转机构中心轴铰接，倾翻机构杠杆的后端、前端分别与第一电动缸、倾翻机构连杆铰接，倾翻机构连杆的另一端与铲斗后端面铰接；驱动电机、转向电机、制动装置、第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸、第一深度相机、第二深度相机、井下气体浓度检测传感器、第一毫米波雷达、第二毫米波雷达、第三深度相机、第四深度相机、第五深度相机、红外检测传感器、第一激光雷达、第二激光雷达与电控箱连接。
[0006]进一步的，所述电控箱的箱体侧面设置无线信号收发单元，箱体内部设有主控制器、驱动控制器、制动控制器、电动缸控制器、机械臂控制器、整车监测装置、防爆蓄电池、转向控制器、检测预警控制器、惯导、感知信息处理单元和启停控制器；无线信号收发单元、启停控制器、驱动控制器、制动控制器、电动缸控制器、机械臂控制器、感知信息处理单元、转向控制器、检测预警控制器、惯导均与主控制器电连接；第一激光雷达、第二激光雷达、无线信号收发单元、井下气体浓度检测传感器、第一毫米波雷达、第二毫米波雷达、第二深度相机、第三深度相机、第一深度相机、第四深度相机、红外检测传感器、第五深度相机和数据存储单元均与感知信息处理单元连接；驱动电机与驱动控制器连接；转向电机与转向控制器连接；制动装置与制动控制器连接；第一电动缸、第二电动缸和第三电动缸均与电动缸控制器连接；第一防爆电机、第二防爆电机、机械爪电机均与机械臂控制器连接；整车监测装置与检测预警控制器连接。
[0007]进一步的，所述驱动电机、转向电机、第一深度相机、第二深度相机、井下气体浓度检测传感器、第一毫米波雷达、第二毫米波雷达、第三深度相机、第四深度相机、第五深度相机、红外检测传感器、第一激光雷达、第二激光雷达、数据存储单元、无线信号收发单元、主控制器、驱动控制器、制动控制器、电动缸控制器、转向控制器、机械臂控制器、整车监测装置、检测预警控制器、惯导、感知信息处理单元均与防爆蓄电池电连接。
[0008]进一步的，所述底盘的前端左右两侧分别设有车灯和扬声器，车灯和扬声器均与检测预警控制器连接。
[0009]一种煤矿井下多功能重载搬运机器人控制方法，环境感知：第一激光雷达、第二激光雷达、第一毫米波雷达和第二毫米波雷达感知多功能重载搬运机器人周围的环境信息，将获取周围环境的障碍物信息、道路信息传送给感知信息处理单元；定位及路径规划：感知信息处理单元将收到的周围环境的障碍物信息、道路信息
进行信息融合处理，并将处理后的环境信息与井下高精度slam栅格地图进行匹配，利用slam定位算法确定多功能重载搬运机器人的当前位置，感知信息处理单元再把当前位置发送给主控制器；主控制器将接收到的当前位置信息结合井下高精度slam栅格地图，通过全局路径规划算法，在井下高精度slam栅格地图上规划一条从当前位置到井下货物搬运位置的路径；行驶控制：主控制器规划好路径后再通过其设置好的轨迹跟踪算法，对路径上的行驶速度、行驶方向和行驶时间信息进行规划，主控制器并把路径上规划好的行驶速度信息和行驶时间信息发送给驱动控制器，把行驶方向信息发送给转向控制器；驱动控制器控制驱动电机达到主控制器要求的速度，转向控制器控制转向电机达到主控制器要求的转向角度，多功能重载搬运机器人沿着规划轨迹行驶，一直行驶到此次规划路径的终点；货物装运：多功能重载搬运机器人到达货物搬运位置后，第一深度相机和第二深度相机对货物信息进行采集，并将采集到的货物信息传送给感知信息处理单元，感知信息处理单元对货物信息中的大于1吨的大体重货物信息和小于1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下多功能重载搬运机器人，包括轮式底盘（1）、机械臂搬运装置（2）、铲斗搬运装置（3）、电控箱（4）和装载平台（5）；装载平台（5）设置在轮式底盘（1）中部上方，机械臂搬运装置（2）设置在轮式底盘（1）后部上方，铲斗搬运装置（3）设置在轮式底盘（1）前端，电控箱（4）设置在轮式底盘（1）侧面；其特征在于，轮式底盘（1）包括底盘（101）、驱动轮（102）、驱动电机（103）、转向电机（104）、转向拉杆（116）和制动装置（105），驱动轮（102）设置在底盘（101）下方，驱动电机（103）、转向电机（104）和制动装置（105）安装在底盘（101）内，两个后驱动轮（102）上设有制动装置（105），转向拉杆（116）安装在底盘前端两驱动轮（102）中间，转向拉杆（116）一端与两转向轮连接，另一端与转向电机（104）连接，底盘（101）的前端左右两侧分别设置第一深度相机（106）、第二激光雷达（109）和第二深度相机（107）、第一激光雷达（108）、红外线传感器（115）、井下瓦斯传感器（110），底盘（101）的中部左右两侧面分别设有第一毫米波雷达（111）、第三深度相机（113）和第二毫米波雷达（112）、第四深度相机（114）；机械臂搬运装置（2）包括机械臂大臂（201）、机械臂小臂（202）、机械臂底座（203）、末端保持器（204）、大臂连杆（209）、机械爪（205）、第一防爆电机（206）和第二防爆电机（207）；机械臂大臂（201）底端与机械臂底座（203）连接，机械臂大臂（201）顶端与机械臂小臂（202）前部铰接，第一防爆电机（206）和第二防爆电机（207）设置在机械臂底座（203）上且分别位于机械臂大臂（201）左右两侧；第二防爆电机（207）上装有机械大臂曲柄（208），第一平行四边形连杆（210）的顶端与三角架（211）的一个角铰接，第二平行四边形连杆连接（212）的前端与三角架（211）的一个角铰接，三角架（211）的另一个角与机械臂大臂（201）铰接，第一平行四边形连杆（210）的底端与机械臂底座（203）铰接，第二平行四边形连杆连接（212）后端与机械小臂（202）铰接；大臂连杆（209）顶端与机械臂小臂（202）的前端铰接，大臂连杆（209）底端与第二防爆电机（207）连接；机械臂小臂（202）后端下方设有末端保持器（204），末端保持器（204）下方设有第五深度相机（214）和机械爪电动机（213），机械爪（205）与机械爪电动机（213）连接；铲斗搬运装置（3）包括铲斗大臂（301）、铲斗（302）、第一电动缸（303）、翻转机构中心轴（304）、倾翻机构连杆（305）、倾翻机构杠杆（306）、第二电动缸（307）和第三电动缸（308）；第一电动缸（303）设置在轮式底盘（1）上，翻转机构中心轴（304）设置在轮式底盘（1）前部，铲斗大臂（301）有两个且位于铲斗（302）的左右两端，两个铲斗大臂（301）的前端分别与铲斗（302）后端面铰接，两个铲斗大臂（301）的后端分别与第二电动缸（307）、第三电动缸（308）铰接，倾翻机构杠杆（306）中部与翻转机构中心轴（304）铰接，倾翻机构杠杆（306）的后端、前端分别与第一电动缸（303）、倾翻机构连杆（305）铰接，倾翻机构连杆（305）的另一端与铲斗（302）后端面铰接；驱动电机（103）、转向电机（104）、制动装置（105）、第一电动缸（303）、第二电动缸（307）、第三电动缸（308）、第一深度相机（106）、第二深度相机（107）、井下气体浓度检测传感器（110）、第一毫米波雷达（111）、第二毫米波雷达（112）、第三深度相机（113）、第四深度相机（114）、第五深度相机（214）、红外检测传感器（115）、第一激光雷达（108）、第二激光雷达（109）与电控箱（4）连接。2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下多功能重载搬运机器人，其特征在于，所述电控箱（4）的箱体侧面设置无线信号收发单元（401），箱体内部设有主控制器（402）、驱动控制器
（403）、制动控制器（404）、电动缸控制器（405）、机械臂控制器（406）、整车监测装置（407）、防爆蓄电池（408）、转向控制器（409）、检测预警控制器（410）、惯导（411）、感知信息处理单元（412）和启停控制器（413）；无线信号收发单元（401）、启停控制器（413）、驱动控制器（403）、制动控制器（404）、电动缸控制器（405）、机械臂控制器（406）、感知信息处理单元（412）、转向控制器（409）、检测预警控制器（410）、惯导（411）均与主控制器（402）电连接；第一激光雷达（108）、第二激光雷达（109）、无线信号收发单元（401）、井下气体浓度检测传感器（110）、第一毫米波雷达（111）、第二毫米波雷达（112）、第二深度相机（107）、第三深度相机（113）、第一深度相机（106）、第四深度相机（114）、红外检测传感器（115）、第五深度相机（214）和数据存储单元（414）均与感知信息处理单元（412）连接；驱动电机（103）与驱动控制器（403）连接；转向电机（104）与转向控制器（409）连接；制动装置（105）与制动控制器（404）连接；第一电动缸（303）、第二电动缸（307）和第三电动缸（308）均与电动缸控制器（405）连接；第一防爆电机（206）、第二防爆电机（207）、机械爪电机（213）均与机械臂控制器（406）连接；整车监测装置（407）与检测预警控制器（410）连接。3.根据权利要求2所述的一种煤矿井下多功能重载搬运机器人，其特征在于，所述驱动电机（103）、转向电机（104）、第一深度相机（106）、第二深度相机（107）、井下气体浓度检测传感器（110）、第一毫米波雷达（111）、第二毫米波雷达（112）、第三深度相机（113）、第四深度相机（114）、第五深度相机（214）、红外检测传感器（115）、第一激光雷达（108）、第二激光雷达（109）、数据存储单元（414）、无线信号收发单元（401）、主控制器（402）、驱动控制器（403）、制动控制器（404）、电动缸控制器（405）、转向控制器（409）、机械臂控制器（406）、整车监测装置（407）、检测预警控制器（410）、惯导（411）、感知信息处理单元（412）均与防爆蓄电池（408）电连接。...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍久圣，李芳威，阴妍，艾俊伟，吕玉寒，王祥赛，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：