[发明专利]空间四自由度凿岩机钻臂机构综合方法及钻臂机构

说明书

本发明公开了空间四自由度凿岩机钻臂机构综合方法及钻臂机构。凿岩机的工作速度、凿岩精度是凿岩机发展的关键因素。本发明通过筛选拓扑图综合设计出主臂组件，然后在主臂组件基础上构建出空间四自由度凿岩钻机钻臂机构，包括主臂组件、二号液压缸、销轴、三号液压缸、副臂、保持架和滑台；主臂组件包括机体、一号液压缸、主臂、连接构件、四号液压缸、二副构件和三副构件。本发明能设计出更多符合主臂组件要求且更优的新构型；提供的具体钻臂机构，通过四个液压缸的控制，能实现主臂相对机体的仰俯角调节，主臂相对机体的左右摆动调节，副臂相对主臂的左右摆动调节，副臂相对主臂的仰俯角调节，进而调节凿岩机达到工作环境要求后实施凿岩工作。

技术领域

本发明属于凿岩机技术领域，具体涉及一种空间四自由度凿岩机钻臂机构综合方法及钻臂机构。

背景技术

凿岩工作是在露天、地下采矿和掘进中采用爆破法最重要的先行工序。其中凿岩机的工作速度、凿岩精度及如何用一种机构调节使凿岩机到工作环境中的最佳位置，是凿岩机发展的关键因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间四自由度凿岩机钻臂机构综合方法，并提供一种具体的钻臂机构，该机构的结构简单，通过四个控制液压缸的配合调节能够使凿岩机到达不同工作环境下的最佳位置，使得凿岩机在各种环境下进行高效、便捷、高精度的凿岩工作。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

本发明空间四自由度凿岩机钻臂机构综合方法，具体如下：

步骤一、对空间四自由度凿岩钻机钻臂机构的主臂组件进行机构综合，具体如下：

1.1设定主臂组件包括机体、一号液压缸、主臂、连接构件、四号液压缸和其余构件，且主臂组件为9构件2自由度的运动链；其中，一号液压缸的缸体和推杆为两个构件，四号液压缸的缸体和推杆为两个构件，根据主臂组件的运动链构件数N＝9和自由度数M＝2，计算得到运动副数J＝11；由于拓扑图中最长路径包含的顶点数大于或等于N-3，因此，依次以拓扑图中最长路径包含的顶点数N、N-1、N-2和N-3为条件寻找所有可能的邻接矩阵，然后把邻接矩阵转化成对应的拓扑图进行筛选，筛选掉顶点度为1的拓扑图、含有离散点的拓扑图、含有刚性子链的拓扑图以及存在彼此同构的拓扑图。

1.2从步骤1.1得到的拓扑图中找出所有满足结构筛选条件的拓扑图。结构筛选条件如下：

(1)拓扑图中至少含有5个二度点；

(2)若拓扑图中无长度为3的二度点串存在时，至少存在两个长度为2的二度点串；若拓扑图中有长度为3的二度点串存在时，至少存在一个长度为2的二度点串。

1.3在满足结构筛选条件的拓扑图中进行功能优选，得到满足功能优选条件的拓扑图。功能优选条件如下：

(1)拓扑图中连接构件的可选顶点位置为2度顶点位置，机体和主臂的可选顶点位置为顶点度大于或等于2的顶点位置。

(2)拓扑图中连接构件与主臂相连接，主臂与机体相连接，即拓扑图中连接构件与机体之间的最短路径长度为2。

(3)拓扑图中连接构件与机体之间的连通度为2。

(4)当拓扑图中存在长度为3的二度点串时，该二度点串除中间位置二度点外的其它两个二度点中有且仅有一个二度点被选为机体或者连接构件。

(5)选定机体、主臂和连接构件的顶点位置后，拓扑图中其余顶点位置至少存在两个长度为2的二度点串。