作品简介

本项目拟根据用于在地下进行矿物采掘并实现远程控制的矿物采掘机器设备，设计了一款矿物采掘机器人，包含行走机构、传动机构、采掘机构、传输机构、控制系统五个模块，实现高灵活性、高稳定性的全自动智能采矿作业。

本项目设计的行走机构是根据非结构化地面的不确定性，设计了履带式运行机构，同时设计了相关的减震装置，确保运行的稳定性。行走机构包含一个直流无刷电机、一个步进电机、两条履带和减震装置组成，减震装置可以避免非结构化地面的影响，实现运行稳定性的效果；本装置所设计的传动机构依靠步进电机转动，通过控制步进电机运动，然后控制直流无刷电机停转，实现履带的匀速运行，如果需要实现差速转弯，则控制直流无刷电机运转，实现两条履带的不同的运行速度，达到转弯效果；采掘机构为滚筒式圆锥形采掘刀，转矩大，工作效率高；传输机构采用椭圆形环形导轨，将采掘好的矿物装入箱中运输到外面，实现自动化流水线；对于控制系统，分为视觉模块、无线通信技术模块以及对电机的驱动控制三个模块。

矿物采掘机器人在国外发展得已经特别成熟了，本团队设计的矿物采掘机器人致力于解决在采矿过程中的安全问题、工作效率问题，可极大提高我国的自动化水平和智能化

设计方案
  行走机构设计：行走机构决定机器人的移动，为应对场地多变及复杂等因素，采取履带式运行系统作为行走机构的设计方法。行走机构主要由两条履带、减震装置组成。减震装置上装有弹簧，以保证整体机器人的运行稳定性。
   传动机构设计：传动机构采用的是双差速器结构，依靠步进电机转动，通过控制步进电机运动，然后控制直流无刷电机停转，实现履带的匀速运行，如果需要实现差速转弯，则控制直流无刷电机运转，实现两条履带的不同的运行速度，达到转弯效果，同时该结构可提高较高的牵引力、增强机器人的通过性和降低驱动系统的损耗。
   采掘机构设计：本装置所设计的采掘机构为滚筒式圆锥形采掘刀，转矩大，工作效率高，滚筒内装有电动机，可提高充沛的动力，滚筒外套有三组圆锥性采掘刀，刀是独立的零部件，有特定的镶嵌机构，只需将刀镶嵌进去再用螺丝螺母固定。
   传输机构设计：传输机构采用椭圆形环形导轨，将采掘好的矿物装入箱中运输到外面，实现自动化流水线，椭圆形环形导轨在结构上更加稳定，能够更好地分散和吸收运行过程中的冲击和震动，相较于圆形导轨，它具有较高的承重能力。

数字化设计方法

   差速器结构设计：采用的是大功率步进电机提高动力，通过传动比1：1的两个圆锥齿轮将一个旋转轴传递到另外一个旋转轴，同时将旋转运动的方向转换为与输入轴垂直的输出轴，输出轴上两边各有一个行星轮系。
   减震装置的设计：采用正斜双向减震装置。正向减震装置主要应对履带底下经过的崎岖不平路段，确保其稳定性；斜向本装置安装在履带拐角处，可确保在行进过程中稳定应对巨大的冲击力，以及更好地消除对整体车身的影响，装置安装在履带拐角处，可确保在行进过程中稳定应对巨大的冲击力，以及更好地消除对整体车身的影响。
   滚筒的设计：由于滚筒具有减少摩擦，承受大载荷等优点，所以可在滚筒内置大功率的三相异步电机，提供大转矩，高转速，左右两边各有轴承进行支撑定位，安装方便，同时轴承通过提供润滑方式减少机械部件之间的摩擦，减小磨损，提高机械部件寿命。
   镶嵌结构以及采掘刀的设计:镶嵌结构采用的是圆筒式的装刀库，材料选择的是合金钢，装载刀具更加稳定，同时极强。

创新点及应用

1.选用履带作为直接与地面接触的部分，能够更好的适应复杂的地形，与地面接触面积大，拥有更好的承载能力。

2.采用刀片式滚筒采掘机构，拥有更好的稳定性以及挖掘能力，在转速的控制下可以实现对不同矿物的挖掘。

3.采用斜齿轮传动机构，巧妙利用斜齿轮转动改变轴线传动方向，实现履带向前或向后的运行，同时斜齿轮还拥有传动平稳、能够传递大转矩以及传动效率高的特点。

参考文献

[1]胡荣华.智能矿用机器人研究现状及发展趋势[J].黄金,2023,44(9).[2]孙恒，陈作模，葛文杰。 机械原理(第八版) [M]. 北京:高等教育出版社,2013.
[3]戴娟，杨文敏，邱显焱.机械原理课程设计指导书(第2版) [M]. 北京:高等教育出版社,2011.
[4]朱理.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2008.
[5]董甲武.采矿设备自动化的应用分析[J].内蒙古煤炭经济,2020(6).  [6]刘扬.机械设计(第二版)[M].北京：清华大学出版社,2016,9.