[发明专利]一种穿石柔性凿岩机器人及其破岩方法

说明书

本发明公开了一种穿石柔性凿岩机器人及其破岩方法，其中机器人包括控制系统、头部和至少一个尾部；头部包括头部壳体、推进转盘、钻孔机构、液压推进系统、第一驱动机构、第二驱动机构；推进转盘包括位于中心的钻头及环设于钻头外的切削转盘；第一驱动机构与钻头连接，第二驱动机构与切削转盘连接；尾部包括尾部壳体、进退式动力系统、固定支撑系统；头部与尾部之间及尾部与尾部之间通过柔性部件连接；液压推进系统、第一驱动机构、第二驱动机构、钻孔机构、进退式动力系统、固定支撑系统均与控制系统电连接。能实现拉剪破岩，提高了破岩效率，并降低了切削转盘的磨损，适用于深部高应力岩体；即可实行水平凿岩掘进，亦可在水平和垂直方向钻孔。

技术领域

本发明涉及矿山地下深部破岩技术领域，尤其涉及一种穿石柔性凿岩机器人及其破岩方法。

背景技术

随着开采进入深部，矿岩坚硬、应力高、矿体分散特征显现，使得硬岩切割难、钻爆回采连续作业难、开采扰动诱发岩爆等灾害显现，且常规凿岩钻孔直径大、设备搬移困难、工人手动控制劳动强度大，制约稀有金属的安全高效回收。

而深部资源开采离不开凿岩钻孔，在凿岩钻孔方面，国内专家学者进行了很多相关研究，如长沙智能制造研究总院与中南大学合作研发的隧道钻孔机器人，针对江苏地铁1号线的34种不同隧道类型和各种安装孔位的自动钻孔需求，研制了一款9自由度隧道管片智能钻孔机器人，其集成一系列终端测控装置，可实现闭环伺服控制。在专利申请方面，专利申请号CN2016103091707，名称为“一种隧道支护钻孔机器人”，其主要用途为钻孔后自动插入锚杆，及时支护；专利申请号CN 951206028，名称为“盾构掘进式隧道钻孔机”，其主要借助刀具辐上的切削钻头提升切削作用，用于施工具有弯曲形状的隧道；专利申请号CN2021104528596，名称为“一种防冲击钻孔机器人及钻杆精确定位方法”，其主要在无人化定位钻孔方面，进行钻孔标定，并实现地压冲击的预防；专利申请号CN2020110844261，名称为“一种隧道钻孔机器人系统及其控制方法、隧道掘进机”，其主要达到智能连续钻孔作业，提高钻孔一致性，缩短施工周期的目标；又如专利申请号CN2020103193321，名称为“一种智能钻孔机器人”，其主要针对加工车厢或者大型平台所需钻孔，研发的一种智能精确定位钻孔机器人，设备操作便捷，大大降低了人工劳动强度，增强了钻孔的精度，保护了生产车间的环境。所举专利研究多以无人化定位、智能支护、新型盾构结构钻孔等方面考虑，设备要么十分庞大，要么适用于地下浅部或车间环境，且破岩方式皆为压剪破岩。设备庞大所带来问题有能耗大、运输不便、维修困难等，给深部资源高效开采带来不便；所述无人化定位，主要以钻孔标定为主，为锚杆支护提供定位导航；此外，对本领域的技术人员可知，岩石抗压强度要远远大于其抗拉、抗剪强度，深部高应力岩体难凿，切削刀具磨损量大，传统压剪破岩方法已经不适用深部高应力岩体。

发明内容

本发明提供了一种穿石柔性凿岩机器人及其破岩方法，以解决现有的凿岩设备无法适用于深部高应力岩体的问题。

第一方面，提供了一种穿石柔性凿岩机器人，包括控制系统、头部和至少一个尾部；

所述头部包括头部壳体，位于所述头部壳体一端的推进转盘，以及设置于所述头部壳体内的钻孔机构、液压推进系统、第一驱动机构、第二驱动机构；所述推进转盘包括位于中心的钻头及环设于所述钻头外的切削转盘；所述第一驱动机构与所述钻头连接，所述第二驱动机构与所述切削转盘连接；所述液压推进系统用于驱使所述第一驱动机构、钻头往返移动，还用于驱使所述第一驱动机构、第二驱动机构、推进转盘一起往返移动；

所述尾部包括尾部壳体及嵌设于所述尾部壳体内的进退式动力系统、固定支撑系统；所述头部与尾部之间及尾部与尾部之间通过柔性部件连接；

所述液压推进系统、第一驱动机构、第二驱动机构、钻孔机构、进退式动力系统、固定支撑系统均与所述控制系统电连接。