本發(fā)明涉及煤炭工程，具體涉及一種巷道封堵砌墻機器人。

背景技術(shù)：

1、將機器人用于工程建設(shè)，代替“繁、危、臟、重”的人工作業(yè)，是科技發(fā)展的大趨勢。

2、煤炭行業(yè)井下條件錯綜復(fù)雜，安全事故一直是全行業(yè)關(guān)注的重點。應(yīng)急救護涉及人身安全和公共財產(chǎn)，是行業(yè)重中之重的工作。

3、煤炭行業(yè)井下巷道封堵施工難度大，施工條件比井上作業(yè)艱苦，施工成本高。

4、需要發(fā)明一種快速封堵井下巷道的砌墻機器人。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為煤炭行業(yè)提供一種巷道封堵砌墻機器人。

2、為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：巷道封堵砌墻機器人由中控系統(tǒng)，機器人本體，供磚系統(tǒng)，供漿系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等組成。

3、中控系統(tǒng)：由中控柜，plc，hmi操作盤，運動控制系統(tǒng)等組成。

4、中控系統(tǒng)通過六軸機器人自帶的控制系統(tǒng)，指令六軸機器人啟停和運行，并在線監(jiān)測六軸機器人的運行。

5、中控系統(tǒng)接收砌墻機器人其它系統(tǒng)(包括供磚系統(tǒng)，供漿系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等的電機，泵，電動閥門及其執(zhí)行機構(gòu)，儀控設(shè)備等)的在線信息，指令其啟停，并在線監(jiān)測其運行狀態(tài)。

6、運動控制系統(tǒng)包括視覺系統(tǒng)和計算中心。

7、視覺系統(tǒng)包括照明裝置和工控機。

8、運動控制系統(tǒng)計算中心儲存有巷道墻體的數(shù)據(jù)模型。通過對墻體大數(shù)據(jù)進行歸納、分析和篩選，建立墻體數(shù)據(jù)模型。

9、運動控制系統(tǒng)接收的墻體設(shè)計是三維數(shù)字化設(shè)計，是機器人能夠識別的工作語言。

10、運動控制系統(tǒng)計算中心根據(jù)墻體設(shè)計，自動匹配最合適的墻體數(shù)據(jù)模型；包括確認頂層墻磚和巷道頂部的間隙，以及墻體和巷道邊墻的間隙，是否滿足干噴封堵的設(shè)計條件。

11、運動控制系統(tǒng)計算中心選擇施工方案和作業(yè)流程。

12、中控系統(tǒng)和機器人本體、以及視覺系統(tǒng)執(zhí)行有線通訊連接；中控系統(tǒng)和供磚系統(tǒng)，供漿系統(tǒng)和電源系統(tǒng)執(zhí)行無線通訊連接。

13、中控系統(tǒng)的電源來自電源系統(tǒng)。

14、電氣控制和保護進入中控系統(tǒng)。

15、機器人本體：由六軸機器人，行走系統(tǒng)，砌筑系統(tǒng)和氣源系統(tǒng)等組成。

16、六軸機器人控制系統(tǒng)由機器人生產(chǎn)廠家設(shè)計和生產(chǎn)。六軸機器人自帶的監(jiān)測系統(tǒng)負責(zé)監(jiān)測機器人本體及其設(shè)備的運行狀態(tài)。

17、行走系統(tǒng)為agv，agv具有升降功能。

18、鑒于井下作業(yè)的特殊性，六軸機器人選擇防爆機器人，電機選擇防爆電機。

19、鑒于井下作業(yè)禁止使用蓄電池，機器人本體從井上到井下作業(yè)面，行走使用防爆無軌膠輪車。

20、砌筑系統(tǒng)包括機械爪，氣缸等。

21、機器人本體共有兩套機械爪(普通型機械爪和頂層墻磚機械爪)，用于抓取和砌筑不同用途的墻磚，適應(yīng)不同施工環(huán)境。機械爪可以一次性夾取和砌筑一塊或多塊墻體磚。

22、氣源系統(tǒng)的壓縮空氣來自空壓機，氣源系統(tǒng)包括空壓機，供氣隔離閥，氣管，空氣壓力傳感器等。

23、機器人本體的電源來自電源系統(tǒng)。

24、六軸機器人、砌筑系統(tǒng)和氣源系統(tǒng)安裝在agv上。

25、供磚系統(tǒng)：由供磚平臺，行走系統(tǒng)，拆垛機器人，輸送系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)等組成。

26、行走系統(tǒng)為agv，agv具有升降功能。

27、鑒于井下作業(yè)的特殊性，電機選擇防爆電機。

28、鑒于井下作業(yè)禁止使用蓄電池，供磚系統(tǒng)從井上到井下作業(yè)面，行走使用防爆無軌膠輪車。

29、拆垛機器人負責(zé)拆垛，抓取磚垛上的墻體磚，放置在輸送系統(tǒng)的輸送帶上。

30、輸送系統(tǒng)設(shè)計為可以移動、可升降的傳輸帶。傳輸帶將墻體磚傳送給砌筑系統(tǒng)的機械爪。

31、監(jiān)測系統(tǒng)負責(zé)監(jiān)測供磚系統(tǒng)及其設(shè)備的運行狀態(tài)。

32、供磚系統(tǒng)的電源來自電源系統(tǒng)。

33、供磚系統(tǒng)由中控系統(tǒng)直接控制，或設(shè)置自己的控制系統(tǒng)，與中控系統(tǒng)執(zhí)行通訊連接。

34、拆垛機器人和輸送系統(tǒng)設(shè)置在供磚平臺上。

35、供漿系統(tǒng)：由行走系統(tǒng)，供漿平臺，砌筑砂漿攪拌系統(tǒng)、水源系統(tǒng)、灌漿系統(tǒng)，封堵砂漿系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)等組成。

36、行走系統(tǒng)為agv，agv具有升降功能。

37、鑒于井下作業(yè)的特殊性，電機選擇防爆電機。

38、鑒于井下作業(yè)禁止使用蓄電池，供漿系統(tǒng)從井上到井下作業(yè)面，行走使用防爆無軌膠輪車。

39、供漿系統(tǒng)的設(shè)備都設(shè)置在供磚平臺上。

40、供漿系統(tǒng)設(shè)置兩套砂漿攪拌系統(tǒng)，分別用于攪拌砌筑砂漿和封堵砂漿。

41、砌筑砂漿選用預(yù)拌干混砂漿。預(yù)拌干混砂漿按最大墻體面積備料，隨供漿系統(tǒng)(砂漿罐內(nèi))進入井下作業(yè)面。

42、封堵砂漿選擇干噴速凝砂漿。干噴速凝砂漿按最大封堵面積備料，隨干噴機進入井下作業(yè)面。

43、砌筑砂漿攪拌系統(tǒng)包括砂漿罐、攪拌機和供漿隔離閥等。

44、砌筑砂漿灌漿系統(tǒng)包括砂漿輸送泵，砂漿管，砂漿電動調(diào)節(jié)閥，卷管器，灌漿嘴電動閥，灌漿嘴和灌漿嘴盒等。

45、根據(jù)砌筑砂漿的材料性質(zhì)，選擇合適的砌筑砂漿輸送泵。

46、砌筑砂漿流量控制選擇電動調(diào)節(jié)閥，也可以根據(jù)實際情況使用砂漿輸送泵變頻調(diào)節(jié)，控制砌筑砂漿流量。

47、水源系統(tǒng)的水源來自儲水罐。水源系統(tǒng)包括儲水罐，水源電動閥，水管等。

48、砌筑砂漿供漿系統(tǒng)之監(jiān)測系統(tǒng)包括砂漿罐液位傳感器，砂漿流量傳感器，砂漿壓力傳感器等。監(jiān)測系統(tǒng)負責(zé)監(jiān)測供漿系統(tǒng)及其設(shè)備的運行狀態(tài)。

49、封堵砂漿灌漿系統(tǒng)選擇成套的干噴機，干噴機包括卷管器，砂漿管，噴漿嘴和噴漿嘴盒等。

50、封堵砂漿灌漿系統(tǒng)可不單設(shè)監(jiān)測系統(tǒng)。

51、供漿系統(tǒng)的電源來自電源系統(tǒng)。

52、供漿系統(tǒng)由中控系統(tǒng)直接控制，與機器人實現(xiàn)一體化控制功能；或設(shè)置自己的控制系統(tǒng)，與中控系統(tǒng)執(zhí)行通訊連接。

53、電源系統(tǒng)：為車載式柴油發(fā)電機組。

54、電源系統(tǒng)可以選擇拖車式柴油發(fā)電機組。

55、柴油發(fā)電機組選擇成套設(shè)備，滿足井下安全運行的規(guī)范要求。

56、柴油發(fā)電機組行走使用防爆無軌膠輪車。

57、電源系統(tǒng)須具備可靠的電氣控制和保護系統(tǒng)，且能夠滿足井下作業(yè)的要求(包括噪音和排放控制要求)。

58、進一步的，中控系統(tǒng)與各子系統(tǒng)的通訊方式執(zhí)行有線或無線連接；中控系統(tǒng)指令各子系統(tǒng)啟動和停止，負責(zé)各子系統(tǒng)的運行狀態(tài)監(jiān)測。

59、運動控制系統(tǒng)根據(jù)工作任務(wù)和視覺系統(tǒng)獲取的施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，確定機器人本體、供磚系統(tǒng)和供漿系統(tǒng)的位置，規(guī)劃6軸機器人及其它系統(tǒng)的路徑，負責(zé)執(zhí)行6軸機器人及其它系統(tǒng)的行走和控制，完成墻體砌筑和灌漿，并核實墻體的累積誤差等。

60、中控系統(tǒng)負責(zé)六軸機器人運行的總體控制，負責(zé)運行模式和砌筑方案的選擇。六軸機器人自帶的控制系統(tǒng)執(zhí)行六軸機器人的運動控制，六軸機器人自帶的控制系統(tǒng)負責(zé)機械爪的運動控制。

61、運動控制系統(tǒng)包括多種巷道墻體數(shù)據(jù)模型。

62、進一步的，

63、6軸機器人控制系統(tǒng)通過使用普通型機械爪抓取墻體磚，砌筑磚墻。

64、6軸機器人控制系統(tǒng)通過使用普通型機械爪抓取頂層墻磚機械爪，砌筑頂層墻磚。

65、6軸機器人控制系統(tǒng)通過使用普通型機械爪機器爪抓取灌漿嘴盒，對墻體灌漿。

66、6軸機器人控制系統(tǒng)通過使用普通型機械爪抓取干噴機噴漿嘴盒，對頂層墻磚和巷道頂部的間隙噴漿，完成封堵。

67、6軸機器人控制系統(tǒng)通過使用普通型機械爪抓取噴漿嘴盒，對墻體和巷道邊墻的間隙噴漿，完成封堵。

68、中控系統(tǒng)根據(jù)供漿系統(tǒng)流量傳感器和壓力傳感器回傳的數(shù)據(jù)，通過電動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)砌筑砂漿的流量和壓力。

69、如果砌筑砂漿的流量或壓力超過設(shè)計值，自動調(diào)節(jié)砂漿電動調(diào)節(jié)閥的開度。

70、如果砂漿輸送流量或壓力超過設(shè)計值，plc通過砂漿電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)砂漿流量或壓力；在設(shè)定時間內(nèi)砂漿的流量或壓力仍然超過設(shè)計值，中控系統(tǒng)報警并指令機器人停止工作。

71、墻體累計誤差超過設(shè)計要求，中控系統(tǒng)指令機器人停止工作。

72、操作人員可以使用急停按鈕，停止整個系統(tǒng)運行。

73、急停按鈕包括：示教器急停按鈕，plc控制柜急停按鈕，機器人急停按鈕，hmi操作盤急停按鈕和柴油發(fā)電機急停按鈕。

74、進一步的，hmi設(shè)計滿足施工作業(yè)的要求。

75、進一步的，系統(tǒng)狀態(tài)包括：

76、停機狀態(tài)：整個系統(tǒng)處于停止狀態(tài)，系統(tǒng)未受電。

77、待機狀態(tài)：整個系統(tǒng)及各子系統(tǒng)具備工作條件，處于待命狀態(tài)。

78、手動狀態(tài)：整個系統(tǒng)已經(jīng)受電；可在hmi操作盤上手動操作各子系統(tǒng)、各設(shè)備等執(zhí)行機構(gòu)，同時可在hmi操作盤上設(shè)置相關(guān)運行/作業(yè)參數(shù)。

79、自動狀態(tài)：整個系統(tǒng)及各子系統(tǒng)處于自動運行狀態(tài)。

80、進一步的，故障報警包括：

81、聲光報警：報警設(shè)置包括聲音和燈光報警。

82、中控柜砌墻機器人狀態(tài)顯示：綠色指示燈表示正?；蜻\行狀態(tài)；紅色指示燈表示異?；蚓鏍顟B(tài)。

83、進一步的，hmi操作盤砌墻機器人狀態(tài)顯示包括：

84、綠色指示燈：表示正?；蜻\行狀態(tài)；

85、紅色指示燈：表示異常或警告狀態(tài)。

86、進一步的，故障設(shè)計原則：

87、一級故障：hmi操作盤顯示輕微故障信息；紅色指示燈閃爍；砌墻機器人可以繼續(xù)工作。

88、二級故障：hmi操作盤顯示故障信息；紅色指示燈閃爍；聲音報警啟動；砌墻機器人停止工作。

89、更進一步的，防爆無軌膠輪車將機器人本體，供磚系統(tǒng)，供漿系統(tǒng)和柴油發(fā)電機組牽引進入井下工作面。中控系統(tǒng)接收墻體設(shè)計；視覺系統(tǒng)掃描工作面；運動控制系統(tǒng)核實工作面是否符合墻體設(shè)計參數(shù)，核實工作面是否具備作業(yè)條件，選擇合適的墻體數(shù)據(jù)模型，規(guī)劃施工方案和作業(yè)流程。

90、操作人員在hmi操作盤上選擇自動模式，6軸機器人開始工作：普通型機械爪從供磚平臺抓取墻體轉(zhuǎn)，砌筑在墻體的設(shè)計位置上；完成第一層墻體砌筑；第一層墻體砌筑完畢后，普通型機械爪抓取灌漿盒，灌漿嘴一來一回在墻磚表面澆灌砂漿；灌漿完成后，繼續(xù)砌筑上一層墻體并澆灌砂漿，直至完成除頂層墻體外的墻體砌筑和灌漿。

91、普通型機械爪抓取頂層墻磚機械爪；頂層磚機械爪通過孔位夾持將頂層墻磚砌筑在設(shè)計位置。

92、中控系統(tǒng)指令干噴機啟動；普通型機械爪抓取干噴機噴漿嘴盒；干噴機按中控系統(tǒng)指令，向頂層墻磚和巷道頂部的間隙噴射干噴速凝砂漿；完成封堵頂層墻磚和巷道頂部的間隙。

93、普通型機械爪抓取噴漿嘴盒；干噴機按中控系統(tǒng)指令，向墻體和巷道邊墻的間隙噴射干噴速凝砂漿；完成封堵墻體和巷道邊墻的間隙。

94、本發(fā)明歸納起來，具有以下有益效果：

95、一、本發(fā)明技術(shù)評估

96、1.本發(fā)明技術(shù)方案可靠、可行。

97、二、本發(fā)明經(jīng)濟評估

98、1.本發(fā)明運用場景廣泛，經(jīng)濟效益明顯。

99、三、本發(fā)明環(huán)保安全評估

100、1.本發(fā)明無環(huán)保危害。

101、2.本發(fā)明滿足井下安全作業(yè)標準要求。

102、四、本發(fā)明社會效益評估

103、1.使用本發(fā)明，在半小時以內(nèi)就能夠完成井下巷道封堵(4米長x5米高)。有利于井下應(yīng)急救護，保障井下人員、設(shè)備和財產(chǎn)安全。

104、2.井下墻體工程建設(shè)使用本發(fā)明，代替“繁、危、臟、重”的人工作業(yè)，社會效益顯著。