巡检机器人定位装置及定位总成的制作方法

1.本实用新型涉及井下定位技术领域，具体涉及一种巡检机器人定位装置及定位总成。


背景技术：

2.煤矿机械化综采工作面，主要设备是采煤机、刮板运输机和液压支架。随着技术的发展，综合机械化采煤已向自动化和无人化发展，综采工作面机器人巡检替代人工巡检必将成为趋势。但由于煤矿综采工作面的特殊地质条件和环境，在无gps和北斗卫星导航的情况下，煤矿井下巡检机器人的准确定位与地面巡检机器人定位有本质的差别，且综采工作面是连续推进采煤的，环境条件也随时变化，与固定隧道巡检机器人的定位也有较大差异。
3.因此，需提出一种适用于煤矿综采工作面的巡检机器人定位装置及定位总成。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提出一种巡检机器人定位装置及定位总成，借助磁感应传感器与磁铁的感应，输出脉冲信号至控制器，控制器根据脉冲信号改变巡检机器人对应的液压支架编号，从而依据液压支架编号确定巡检机器人的位置。
5.本实用新型提供的巡检机器人定位装置包括：相对设置的两条轨道组，每条所述轨道组均包括间隔设置的多段轨道，每段所述轨道均沿延伸方向贯穿开设有连通孔，同一所述轨道组的相邻所述轨道之间连接有轨道连接组件；驱动单元；巡检机器人，所述巡检机器人上安装有与两条所述轨道组匹配的行走轮，所述行走轮与所述驱动单元驱动连接；多块磁铁，多块所述磁铁间隔设置于两条所述轨道组之间；磁感应传感器，所述磁感应传感器安装于所述巡检机器人上，与所述磁铁靠近产生感应，输出脉冲信号；根据所述脉冲信号判断所述巡检机器人位置的控制器，所述控制器的输入端分别与所述磁感应传感器的输出端以及所述驱动单元的控制端通信连接。
6.可选地，所述巡检机器人定位装置还包括编码器，所述编码器与所述驱动单元驱动连接，所述编码器的输出端与所述控制器的输入端通信连接。
7.可选地，所述巡检机器人定位装置还包括显示屏，所述显示屏的输入端与所述控制器的输出端通信连接。
8.可选地，所述磁感应传感器设置为干簧管传感器或霍尔传感器。
9.可选地，所述磁铁设置为钕铁锰磁铁。
10.可选地，所述轨道连接组件包括相对设置的两个连接件和弹性件，其中，所述弹性件的相对两端分别与两个所述连接件的相对一端连接；两个所述连接件背向所述弹性件的一端分别与相邻两段所述轨道的相对一端连接。
11.可选地，每一所述连接件均包括依次连接的防落段、连接段和阻落段，其中，所述弹性件的相对两端分别套设于相对设置的两个所述防落段，并分别与两个所述连接段连接；两个所述连接段背向所述弹性件的一端分别与相邻两段所述轨道的相对一端连接；两
个所述阻落段分别插入相邻两段所述轨道的连通孔内。
12.可选地，所述轨道连接组件还包括连接绳，所述连接绳依次贯穿两个所述连接件及所述弹性件。
13.可选地，所述轨道连接组件还包括两个固定件，两个所述固定件分别与所述连接绳露出两个所述连接件的一端连接。
14.本实用新型还提供一种定位总成，包括刮板运输机和液压支架，还包括上述任一项所述的巡检机器人定位装置，所述巡检机器人定位装置的两条轨道组通过安装板与所述刮板运输机的电缆槽连接。
15.本实用新型提供的以上技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
16.采用本实用新型巡检机器人定位装置，借助磁感应传感器与磁铁的感应，输出脉冲信号至控制器，控制器根据脉冲信号改变内部存储的巡检机器人所处位置对应的液压支架编号，从而依据液压支架编号确定巡检机器人的位置，实现了综采工作面巡检机器人的准确定位。
附图说明
17.图1为本实用新型一个实施例所述的巡检机器人定位装置的示意图；
18.图2为图1所示巡检机器人定位装置的轨道连接组件与轨道的连接关系示意图。
19.附图标记：
20.1：轨道；2：连通孔；3：轨道连接组件；31：连接件；311：防落段；312：连接段；313：阻落段；32：弹性件；33：连接绳；34：固定件；4：巡检机器人；41：行走轮；5：磁铁；6：磁感应传感器；7：刮板运输机；8：安装板；9：电缆槽；10：液压支架。
具体实施方式
21.下面将结合附图进一步说明本实用新型实施例。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
22.图1为本实用新型一个实施例所述的巡检机器人定位装置的示意图；
23.图2为图1所示巡检机器人定位装置的轨道连接组件与轨道的连接关系示意图。如图1和图2所示，所述巡检机器人定位装置包括相对设置的两条轨道组、驱动单元(未示出)、巡检机器人4、多块磁铁5、磁感应传感器6和控制器。
24.每条所述轨道组均包括间隔设置的多段轨道1，每段所述轨道1均沿延伸方向贯穿开设有连通孔2，同一所述轨道组的相邻所述轨道1之间连接有轨道连接组件3；所述巡检机器人4上安装有与两条所述轨道组匹配的行走轮41，所述行走轮与所述驱动单元驱动连接；多块所述磁铁5间隔设置于两条所述轨道组之间；所述磁感应传感器6安装于所述巡检机器人4上，与所述磁铁5靠近产生感应，输出脉冲信号；所述控制器根据所述脉冲信号判断所述巡检机器人4的位置，所述控制器的输入端分别与所述磁感应传感器6的输出端以及所述驱
动单元的控制端通信连接。
25.由于采煤工艺和地质条件的限制，刮板运输机7的电缆槽9分节设置，每节电缆槽9对应一台液压支架10，每台液压支架10顺序编号，且对应唯一编号。使用时，将两条所述轨道组通过安装板连接于刮板运输机7的电缆槽9的侧壁，并沿刮板运输机7的延伸方向铺设，在两条所述轨道组之间，每对应一台液压支架10的位置，放置一块所述磁铁5，所述巡检机器人4上安装所述磁感应传感器6，在初始位置，人为输入初始位置时所述巡检机器人4所对应的液压支架编号，所述巡检机器人4的所述行走轮41在所述驱动单元的驱动下转动，带动所述巡检机器人4沿所述轨道组移动，移动过程中，每经过一块所述磁铁5，所述磁感应传感器6与该处的所述磁铁5发生一次感应，并输出脉冲信号至所述控制器，所述控制器接收所述脉冲信号，控制内部存储的所述巡检机器人4所处位置对应的液压支架编号增加一或减小一。所述驱动单元的控制端与所述控制器的输入端通信连接，当所述驱动单元驱动所述行走轮41正转，带动所述巡检机器人4朝向大号液压支架方向移动时，所述驱动单元的控制端输出正转信号至所述控制器，则所述控制器每接收一次脉冲信号，使所述巡检机器人4所处位置对应的液压支架编号增加一；当所述驱动单元驱动所述行走轮41反转，带动所述巡检机器人4朝向小号液压支架方向移动时，所述驱动单元的控制端输出反转信号至所述控制器，则所述控制器每接收一次脉冲信号，使所述巡检机器人4所处位置对应的液压支架编号减小一，从而根据所述巡检机器人4对应的液压支架编号确定所述巡检机器人4位于哪个液压支架附近，也即确定了所述巡检机器人4的位置。
26.采用本实用新型巡检机器人定位装置，借助所述磁感应传感器6与所述磁铁5的感应，输出脉冲信号至所述控制器，所述控制器根据脉冲信号改变内部存储的所述巡检机器人4所处位置对应的液压支架编号，从而依据液压支架编号确定所述巡检机器人4的位置，实现了综采工作面巡检机器人的准确定位。
27.如图1所示，在本实施例中，每条所述轨道组中的所述轨道1之间间隔相同距离设置，相邻所述轨道1之间均连接有所述轨道连接组件3，两条所述轨道组中的所述轨道1一一对应设置，每节所述电缆槽9的中部安装两条所述轨道组中的一段所述轨道1，相对设置的两段所述轨道1的中心位置通过机械固定或者自吸方式均安装一块所述磁铁5，所述磁铁5为永久磁铁，每块所述磁铁5对应一台液压支架10的中心位置，所述驱动单元设置为电机。在本实施例中，所述巡检机器人4的初始位置位于二号液压支架的左端，朝向图1中右侧的大号液压支架方向移动，人为输入初始编号1.1，代表所述巡检机器人4位于一号液压支架与二号液压支架之间，启动所述电机，所述电机的控制端输出正转信号至所述控制器，所述行走轮41在所述电机的驱动下转动，带动所述巡检机器人4朝向图1中右侧的大号液压支架方向移动，经过相邻的三号液压支架对应的所述磁铁5时，设置于所述巡检机器人4上的所述磁感应传感器6产生感应，输出一次脉冲信号至所述控制器，所述控制器接收所述脉冲信号，控制内部存储的所述巡检机器人4所对应的液压支架编号增加一，变为2.1，代表所述巡检机器人4位于二号液压支架与三号液压支架之间，依此类推。当所述巡检机器人4移动至九号液压支架与十号液压支架之间时，所述巡检机器人4所对应的液压支架编号为9.1，此时，所述电机反转，所述电机的控制端输出反转信号至所述控制器，所述行走轮41在所述电机的驱动下向相反方向转动，带动所述巡检机器人4朝向图1中左侧的小号液压支架方向移动，经过邻近的九号液压支架对应的所述磁铁5时，设置于所述巡检机器人4上的所述磁感
应传感器6产生感应，输出一次脉冲信号至所述控制器，所述控制器接收所述脉冲信号，控制内部存储的所述巡检机器人4所对应的液压支架编号减小一，变为8.1，代表所述巡检机器人4位于八号液压支架与九号液压支架之间，依此类推，直至所述巡检机器人4移动至目标位置。根据实际应用情况，所述驱动单元也可设置为电机以外的其他驱动结构，所述巡检机器人4可以采用现有成熟的适用于井下环境的任意型号的机器人，所述磁感应传感器6可以采用能够与所述磁铁5产生感应的任意传感器，例如干簧管传感器、霍尔传感器等。所述控制器根据脉冲信号及所述驱动单元的正转或反转信号，控制内部存储的所述巡检机器人4所对应的液压支架编号增加或减小的控制逻辑，根据现有的成熟算法即可实现。
28.可选地，所述巡检机器人定位装置还包括编码器(未示出)，所述编码器与所述驱动单元驱动连接，所述编码器的输出端与所述控制器的输入端通信连接。此种设置，当所述磁感应传感器6与所述磁铁5产生感应后，获取所述编码器转动的圈数，结合所述行走轮41的周长，即可得到所述巡检机器人4经过所述磁铁5后移动的具体长度，也即可以得到所述巡检机器人4在相邻两个所述液压支架10之间的具体位置，提高了定位的精度。
29.在本实施例中，所述编码器的输出端与所述控制器的输入端通信连接，所述控制器对所述编码器的旋转圈数进行计数，且在所述磁感应传感器6与所述磁铁5产生感应后，所述控制器对所述编码器的旋转圈数清零，重新开始计数，以保证所述编码器的旋转圈数与所述行走轮41的周长结合后，得到的是所述巡检机器人4在相邻两个液压支架10之间的具体位置。当所述驱动单元的控制端输出所述正转信号至所述控制器时，所述编码器每旋转一圈，所述控制器内部存储的所述编码器的旋转圈数增加一；当所述驱动单元的控制端输出所述反转信号至所述控制器时，所述编码器每旋转一圈，所述控制器内部存储的所述编码器的旋转圈数减小一。根据实际应用情况，所述编码器可以采用市售的适用于井下环境的任意型号的编码器。
30.可选地，所述巡检机器人定位装置还包括显示屏(未示出)，所述显示屏的输入端与所述控制器的输出端通信连接。设置所述显示屏，实时显示所述巡检机器人4所处位置对应的液压支架编号，同时显示所述编码器旋转的圈数，还可以结合所述行走轮41的周长，计算并显示旋转圈数所对应的长度，能够直观地获取所述巡检机器人4所处的位置。
31.可选地，所述磁感应传感器6设置为干簧管传感器或霍尔传感器。此种设置，简化了装置的整体结构，且易于获取。
32.在本实施例中，所述干簧管传感器或所述霍尔传感器安装于所述巡检机器人4的中部，移动至所述磁铁5正上方或距所述磁铁5设定距离时，所述干簧管传感器或所述霍尔传感器与所述磁铁5感应吸合，输出一个所述脉冲信号至所述控制器。所述干簧管传感器和所述霍尔传感器均为成熟的现有技术，其具体工作原理在此不再赘述。根据实际应用情况，所述干簧管传感器或所述霍尔传感器在所述巡检机器人4上的安装位置可以调整，与所述磁铁5产生感应的距离也可以调整。
33.可选地，所述磁铁5设置为钕铁锰磁铁。此种设置，使所述磁铁5的吸力更强，使用寿命更长。
34.在本实施例中，每块所述磁铁5均固定于两条所述轨道组之间的中间位置，且每块所述磁铁5对应一台液压支架10的中心设置。根据实际应用情况，所述磁铁5的规格尺寸，以及所述磁铁5的具体固定位置均可以调整，只要满足能够与所述磁感应传感器6产生感应，
且感应范围位于对应的液压支架长度范围内即可。
35.可选地，所述轨道连接组件3包括相对设置的两个连接件31和弹性件32，其中，所述弹性件32的相对两端分别与两个所述连接件31的相对一端连接；两个所述连接件31背向所述弹性件32的一端分别与相邻两段所述轨道1的相对一端连接。由于采煤工艺和地质条件的限制，运输机每节中部槽与中部槽之间留有活动空间，以适应工作面底板不平，以及在液压支架推溜过程中产生的伸长或压缩变形，因此，每节电缆槽与电缆槽之间也是断开的，中间留有空隙，作为巡检机器人行走的轨道，在综采工作面特殊条件和工艺下，也必须做成和电缆槽相适应的短节，不能采用钢性连接。所述轨道连接组件3的此种设置，简化了所述轨道组的整体结构，同时保持轨道的连续性，保证巡检机器人平稳行走。
36.如图1、图2所示，在本实施例中，每一所述轨道连接组件3均包括左右两个所述连接件31，所述弹性件32设置为弹簧，弹簧设置于两个所述连接件31之间，两端分别与两个所述连接件31连接，所述连接件31背向所述弹簧的一端与邻近的所述轨道1连接。弹簧由弹簧钢机械加工成型，节距满足相邻所述轨道1之间的空隙发生变化时，弹簧需要随之伸长或压缩的变形量，弹簧的强度满足巡检机器人4在上面行走时，弹簧不会受巡检机器人4的重力影响发生弯曲变形。根据实际应用情况，所述弹性件32的设置长度可以调整，也可以设置为弹簧以外的其他弹性结构，两个所述连接件31可以设置为任意形式，只要能够分别与相邻的两段轨道1连接，且所述弹性件32的相对两端分别连接两个所述连接件31，在相邻两段所述轨道1之间的空隙产生变化时，所述弹性件32能够借助自身的伸长或压缩变形，始终充填相邻两段所述轨道4之间的空隙，能够保证轨道整体的连续性，保证巡检机器人4在轨道上始终正常平稳行走即可。
37.可选地，每一所述连接件31均包括依次连接的防落段311、连接段312和阻落段313，其中，所述弹性件32的相对两端分别套设于相对设置的两个所述防落段311，并分别与两个所述连接段312连接；两个所述连接段312背向所述弹性件32的一端分别与相邻两段所述轨道1的相对一端连接；两个所述阻落段313分别插入相邻两段所述轨道1的连通孔2内。此种设置，简化了所述连接件31的结构，便于组装，且能够在相邻所述轨道1之间的空隙增大时，防止所述弹性件32从所述连接件31上脱落。
38.在本实施例中，所述防落段311、所述连接段312和所述阻落段313均设置为圆柱体，且同心设置，所述连接段312的横截面直径大于所述阻落段313的横截面直径，所述阻落段313的横截面直径大于所述防落段311的横截面直径。所述弹性件32的相对两端分别套设于两个所述防落段311，并与两个所述连接段312连接，当相邻两段所述轨道1之间的空隙增大时，所述弹性件32被拉伸伸长，进而弥补轨道1之间空隙的增大量，相邻两段所述轨道1之间的空隙减小时，所述弹性件32被压缩缩短，进而弥补轨道1之间空隙的减小量，从而所述弹性件32始终填充相邻两段所述轨道1之间的空隙，保证巡检机器人4连续行走的稳定性。
39.所述弹性件32与所述连接段312之间可以采用抵接的连接方式，所述连接段312与邻近轨道1之间也可以采用抵接的连接方式，只需要在相邻轨道1之间的空隙未发生变化的初始阶段时，使所述弹性件32处于预压缩状态，则在相邻两段所述轨道1之间的空隙增大时，所述弹性件32释放一部分压缩能量，减小部分压缩变形量，并在长度伸长的同时推动与所述弹性件32抵接的所述连接段312朝向邻近的所述轨道1移动，结合位于所述连通孔2内的所述阻落段313对所述连接段312的限位作用，使所述连接段312始终紧密贴合邻近轨道
1，所述弹性件32释放一部分压缩量后，还能够填充相邻两段所述轨道1之间的空隙；当相邻两段所述轨道1之间的空隙减小时，两个所述连接段312相向移动，进一步挤压与各自抵接的所述弹性件32的相对两端，使所述弹性件32进一步压缩，从而填充相邻两段所述轨道1之间的空隙。
40.根据实际应用情况，所述防落段311、所述连接段312与所述阻落段313的形状尺寸均可以调整，为了使巡检机器人4能够更加平稳地在所述轨道1与所述轨道连接组件之间过渡行走，优选地，所述连接段312设置为与需要连接的所述轨道1具有相同的形状及尺寸。
41.可选地，所述轨道连接组件3还包括连接绳33，所述连接绳33依次贯穿两个所述连接件31及所述弹性件32。此种设置，借助所述连接绳33将两个所述连接件31及所述弹性件32连接在一起，进一步防止所述弹性件32从所述连接件31上脱落。
42.在本实施例中，两个所述连接件31分别贯穿开设有连接孔，所述连接绳6采用钢丝制作而成，依次贯穿两个所述连接件31和所述弹性件32，所述连接绳33的相对两端分别露出图2中左右两侧的两个所述阻落段313。根据实际应用情况，所述连接绳33也可以采用其他材质制作而成，所述连接绳33的长度随所述连接件31和所述弹性件32的长度变化进行调整。
43.可选地，所述轨道连接组件3还包括两个固定件34，两个所述固定件34分别与所述连接绳33露出两个所述连接件31的一端连接。此种设置，防止所述连接绳33从所述连接件31内滑脱。
44.在本实施例中，两个所述固定件34分别与所述连接绳33在图2中左侧所述阻落段313的左侧及右侧所述阻落段313的右侧连接，所述固定件34的尺寸大于所述连接件31上贯穿开设的所述连接孔的尺寸，从而保证所述固定件34在连接所述连接绳33的同时，不会滑入所述连接孔，进而对所述连接绳33进行限位，防止所述连接绳33经所述连接孔从所述连接件31内滑脱。根据实际应用情况，所述固定件34可以采用任意形式结构件，例如夹子、卡扣等，只要能够对所述连接绳33进行限位，避免所述连接绳33从所述连接件31内滑脱即可。
45.下面进一步介绍所述巡检机器人定位装置的工作过程：
46.使用时，将两条所述轨道组通过安装板连接于刮板运输机7的电缆槽9的侧壁，并沿刮板运输机7的延伸方向铺设，在两条所述轨道组之间，每对应一台液压支架10的位置，放置一块所述磁铁5，所述巡检机器人4上安装所述磁感应传感器6，在初始位置，人为输入初始位置时所述巡检机器人4所对应的液压支架编号，所述巡检机器人4的所述行走轮41在所述驱动单元的驱动下转动，带动所述巡检机器人4沿所述轨道组移动，移动过程中，每经过一块所述磁铁5，所述磁感应传感器6与该处的所述磁铁5发生一次感应，并输出脉冲信号至所述控制器，所述控制器接收所述脉冲信号，根据所述驱动单元的控制端输出的正转信号或反转信号，判断所述巡检机器人4朝向大号液压支架方向移动还是朝向小号液压支架方向移动，进而控制内部存储的所述巡检机器人4所处位置对应的液压支架编号增加一或减小一。同时，所述巡检机器人4上设置的所述磁感应传感器6每经过一块所述磁铁5，所述控制器对所述编码器的旋转圈数从零开始进行计数，并根据所述驱动单元的控制端输出的正转信号或反转信号，判断所述巡检机器人4朝向大号液压支架方向移动还是朝向小号液压支架方向移动，进而控制内部存储的旋转圈数增加一或减小一，所述编码器的旋转圈数结合所述行走轮41的周长，即可得到所述巡检机器人4经过一块所述磁铁5后，在相邻两块
所述磁铁5之间，也即相邻两个液压支架10之间行走的距离。最终，根据所述控制器内部存储的所述巡检机器人4所处位置对应的液压支架编号，以及所述编码器旋转圈数对应的行走距离，综合确定所述巡检机器人4所处的具体位置。
47.采用本实用新型巡检机器人定位装置，借助所述磁感应传感器6与所述磁铁5的感应，输出脉冲信号至所述控制器，所述控制器根据脉冲信号改变所述巡检机器人4所处位置对应的液压支架编号，从而依据液压支架编号确定所述巡检机器人4的位置，实现了综采工作面巡检机器人的准确定位。
48.本实用新型还提供一种定位总成，包括刮板运输机7和液压支架10，还包括上述任一实施例所述的巡检机器人定位装置，所述巡检机器人定位装置的两条轨道组通过安装板8与所述刮板运输机7的电缆槽9连接。
49.在本实施例中，所述巡检机器人定位装置的两条所述轨道组中的每段所述轨道1分别相对设置，两条所述轨道组借助安装板8安装于所述电缆槽9的侧壁上，每一节所述电缆槽9的侧壁上均安装有所述安装板8，所述安装板8由垂直连接的水平段与竖直段组成，整体呈“l”型，其中所述竖直段与所述电缆槽9的侧壁连接，所述水平段与两个所述轨道组中相对设置的两段所述轨道1连接，例如通过螺栓连接。每一节所述电缆槽9对应一台所述液压支架10，每一组相对设置的两段所述轨道1对应一台所述液压支架10，每块所述磁铁5固定于相对设置的两段所述轨道1之间，并对应液压支架10的中心位置，所述巡检机器人4上安装所述磁感应传感器6，在所述轨道组上行走。
50.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。