[发明专利]一种高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人及掘进方法

权利要求书

1.一种高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，包括行走机构(1)以及设置在行走机构(1)上的机器人本体(2)，机器人本体(2)至少包括电力系统和控制系统，其特征在于，所述机器人本体(2)上设有全方位支撑机构(3)、环境感知系统(4)、钻孔及胀拉破岩系统(5)、碎岩及耙拉系统(6)和岩渣收集运输系统(7)，所述控制系统包括掘进参数智能动态分析模块(8)、通信模块和智能导航模块。

2.如权利要求1所述的高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，其特征在于：所述全方位支撑机构(3)包括上液压伸缩支撑腿(31)、下液压伸缩支撑腿(32)、左液压伸缩支撑腿(33)和右液压伸缩支撑腿(34)。

3.如权利要求1所述的高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，其特征在于：所述环境感知系统(4)设置在所述机器人本体(2)的前端，所述环境感应系统包括：形貌扫描机构(41)和岩体高应力区域识别机构(42)。

4.如权利要求3所述的高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，其特征在于：所述形貌扫描机构(41)为摄像机。

5.如权利要求3所述的高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，其特征在于：所述岩体高应力区域识别机构(42)包括伸缩臂以及设置在所述伸缩臂上的可变震源和多频感知单元。

6.如权利要求1-5中任一项所述的高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，其特征在于：所述钻孔及胀拉破岩系统(5)包括第一机器手臂(51)、安装座(52)、钻孔组件(53)和胀拉组件(54)，所述第一机器手臂(51)设置在所述机器人本体(2)上，所述安装座(52)设置在所述第一机器手臂(51)上，所述钻孔组件(53)和所述胀拉组件(54)设置在所述安装座(52)上。

7.如权利要求6所述的高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，其特征在于：所述胀拉组件(54)包括第一油缸(541)、第二油缸(542)、力传感器(543)和膨胀头(544)，所述第一油缸(541)设置在所述安装座(52)上，所述第二油缸(542)设置在所述第一油缸(541)上，所述第二油缸(542)控制所述膨胀头(544)的膨胀，所述第一油缸(541)控制所述膨胀头(544)的伸缩，所述力传感器(543)与所述膨胀头(544)电连接。

8.如权利要求6所述的高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，其特征在于：所述碎岩及耙拉系统(6)包括：第二机器手臂(61)、凿岩组件(62)和耙拉组件(63)，所述第二机器手臂(61)设置在所述机器人本体(2)上，所述凿岩组件(62)和耙拉组件(63)设置在所述第二机器手臂(61)上。

9.如权利要求6所述的高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，其特征在于：所述岩渣收集运输系统(7)包括铲斗(71)、岩渣输送皮带(72)和出渣斗(73)，所述铲斗(71)设置在所述机器人本体(2)的前端下方，所述岩渣输送皮带(72)设置在所述机器人本体(2)上，所述出渣斗(73)设置在所述机器人本体(2)的后端。

10.一种高强度岩体原位低能耗碎岩掘进方法，其特征在于，基于如权利要求1-9中任一项所述的高强度岩体原位低能耗碎岩采掘机器人，所述掘进方法包括以下步骤：

S1、在通信模块和智能导航模块的配合下，控制系统控制机器人本体(2)通过行走机构(1)移动至掌子面前方合适位置，全方位支撑机构(3)伸长，将机器人本体(2)进行固定；

S2、控制系统控制环境感知系统(4)作业，环境感知系统(4)中的形貌扫描机构(41)对掌子面的形貌进行实时动态扫描识别，环境感知系统(4)中的岩体高应力区域识别机构(42)对掌子面高应力区域进行实时动态识别和定位，并将获取到的掌子面的工程地质条件数据实时传输到掘进参数智能动态分析模块(8)；

S3、掘进参数智能动态分析模块(8)对接收到的掌子面的工程地质条件数据进行实时动态分析，完成待破岩区的区块化识别；

S4、当掌子面岩体较完整时，控制系统控制钻孔及胀拉破岩系统(5)作业，在掌子面上预制出自由面来辅助破岩；当掌子面岩体节理裂隙较发育时，此步骤可忽略；

S5、控制系统控制钻孔及胀拉破岩系统(5)中的钻孔组件(53)沿着所掘进的掌子面轮廓钻进一系列分布在掌子面轮廓线上的控制孔(10)，以控制掌子面断面轮廓，控制孔(10)的钻孔位置由掘进参数智能动态分析模块(8)动态提供；

S6、控制系统控制钻孔组件(53)钻进一系列分布在掌子面上的胀拉孔(11)，胀拉孔(11)具体位置为掌子面上由若干高应力集中区域和区块化待破岩区的中心，胀拉孔(11)的钻孔位置由掘进参数智能动态分析模块(8)动态提供；

S7、控制系统控制钻孔及胀拉破岩系统(5)中的胀拉组件(54)分别在胀拉孔(11)处进行胀裂破岩，破岩顺序为首先在高应力集中区破岩，其次在区块化待破岩区的中心破岩，胀拉组件(54)的破岩顺序由掘进参数智能动态分析模块(8)动态提供；

S8、当掌子面上的岩体达到块度控制的要求时，胀裂破岩工作停止，胀拉组件(54)开始进行张拉破岩，完成对掌子面岩体的破碎或拉出；

S9、碎岩及耙拉系统(6)对较大块岩石进行破碎、对松动岩块进行耙拉，并对岩渣耙拉至岩渣收集运输系统(7)上；

S10、岩渣收集运输系统(7)将岩渣运输至掘进机器人后方，由运输车(9)运离；

S11、掘进机器人可触及掌子面掘进完成后，控制系统控制全方位支撑机构(3)回缩复位，掘进机器人向前移动，开始下一轮作业。