一种用于矿道内搬运重物的工业机器人
技术领域
本发明属于工业机器人技术领域,具体涉及一种用于矿道内搬运重物的工业机器人。
背景技术
目前,世界上矿山机械在矿道内搬运重物以及矿难逃生舱之类的重物,在小的矿道内是一道难题,特别是在矿道内地面凸凹不平的情况下,小矿道内搬运重物的难度更大。尤其是我国大力推广保护矿工生命的矿难逃生舱的应用,要求矿难逃生舱紧跟矿工在矿道内作业,一旦矿难发生,矿工应以最近距离进入逃生舱逃生,故矿难逃生舱的搬运也是一大难题。
目前我国开发96小时矿难逃生舱,基本没有移动功能、或需铺导轨才能移动。另外煤矿内的支撑结构较大且笨重,靠矿工体力搬运很困难。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷,目的的是提供一种结构简单紧凑、工作可靠、成本低、功能多、使用寿命长和便于维修的用于矿道内搬运重物的工业机器人。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:所述用于矿道内搬运重物的工业机器人由机架、升降系统和行走系统三部分组成。
机架由上横梁、下横梁、左立柱和右立柱组成。左立柱和右立柱的上端固定有上横梁,左立柱和右立柱的下部固定有下横梁。
左立柱和右立柱结构相同:外方筒内活套有内方筒,外方筒和内方筒的高度比为1︰0.8~0.9,外方筒下部四侧内壁的中间位置处固定有矩形钢板,内方筒上部四侧外壁的中间位置处固定有矩形钢板,矩形钢板的形状相同,厚度为2~4mm。外方筒下部的一侧开有矩形孔,所述矩形孔位于外方筒与下横梁的连接处,内方筒的一侧开有条形孔,所述条形孔与所述矩形孔同侧,所述条形孔的底边与所述矩形孔的底边等高,所述条形孔的顶边靠近内方筒的上端。内方筒内固定装有丝杆,丝杆的下端固定在内方筒的底板中心位置处,丝杆的上端通过螺母固定在内方筒的顶板中心位置处。
上横梁为钢板围成的方筒状,下横梁由截面开口向上的槽形梁和上盖板构成,上盖板由3~4段钢板组成,靠近下横梁两端的下平面处对称地固定有截面为“L”型的挂钩;截面为“L”型的挂钩与行走系统的导轨的凹槽滑动连接。
升降系统包括升降电动机、升降减速机、升降驱动链轮、升降中间链轮组和升降丝杆链轮。靠近左立柱处装有升降减速机,升降减速机安装在下横梁的上盖板上,升降电动机驱动升降减速机,升降减速机输出轴置入机架的下横梁空腔内,升降减速机输出轴装有两个升降驱动链轮,下横梁的空腔内安装有2~3组升降中间链轮组,每个升降中间链轮组均为两个同轴安装的链轮构成。在丝杆的下部同中心地装有升降丝杆链轮,升降丝杆链轮与丝杆螺纹连接;升降驱动链轮、升降中间链轮组和升降丝杆链轮间通过链条链接。
升降丝杆链轮的上、下平面处装有第一轴承,第一轴承的轴承架穿过内方筒的条形孔和外方筒的矩形孔与下横梁的两端固定连接。
行走系统包括行走减速机、行走电动机、行走驱动链轮和两个小车。行走减速机安装在机架下横梁的上盖板上,行走减速机靠近右立柱处,行走电动机驱动行走减速机,行走减速机输出轴上装有行走驱动链轮,行走驱动链轮通过链条与行走过渡链轮链接,行走过渡链轮安装在主动轴上,主动轴两端各装有行走主动齿轮 ,主动轴通过第二轴承安装在下横梁前侧板的下部。
两个小车车架上平面的中间位置处各装有齿条,在靠近齿条的前端各装有前中间齿轮,前中间齿轮安装在前中间轴的两端,在靠近齿条(31)的后端各装有后中间齿轮,后中间齿轮 安装在后中间轴的两端;行走主动齿轮与对应的前中间齿轮啮合、或与对应的后中间齿轮、或与对应的齿条啮合。
在前中间轴的正下方装有前行走轴,前行走轴的两端装有前履带链轮,每个前履带链轮驱动对应的履带,在靠近前履带链轮内侧的前行走轴上装有前行走齿轮,两个前行走齿轮与对应的两个前中间齿轮啮合。
在后中间轴的正下方装有后行走轴,后行走轴的两端装有后履带链轮,在后行走轴上装有两个后行走齿轮,两个后行走齿轮位于对应的后履带链轮的内侧,两个后行走齿轮与对应的两个后中间齿轮啮合。
前中间轴活动地安装在两个小车的车架前部,前行走轴活动地安装前中间轴正下方的车架中,后中间轴活动地安装在两个小车的车架中部,后行走轴活动地安装在后中间轴正下方的车架中。
下横梁两端通过固定架各装有1组前导向轮,每组前导向轮位于下横梁两端的前方,每组前导向轮设置于对应的2条导轨上,下横梁两端的内腔各装有1组后导向轮,每组后导向轮穿过下横梁的底板设置于对应的2条导轨上。每个小车车架上平面的两侧设有导轨,2条导轨均与齿条平行,导轨的截面形状为侧置的“凹”型,每个小车的2条导轨的开口朝外;小车车架的上水平面的前部和上水平面的靠近后部处对应地装有前限位挡块和后限位挡块。
两小车的车架后尾部各装有升降式转向轮,升降式转向轮的结构是:车架后尾处开有安装孔,在安装孔的下孔口处固定有支承套,扇形蜗轮套进支承套,升降螺杆与扇形蜗轮螺纹连接,蜗杆与扇形蜗轮啮合,蜗杆通过轴承安装在小车的车架侧板。
行走系统的导轨的凹槽与机架下横梁的挂钩滑动连接。
所述底板通过螺栓与内方筒的下端固定连接。
所述前中间齿轮的齿顶园与齿条前端的齿顶的间隙为15~25mm,后中间齿轮的齿顶园与齿条后端的齿顶的间隙为15~25mm。
所述导轨的截面形状为侧置的“凹”型,每个小车的2条导轨的开口朝外。
所述扇形蜗轮的扇形角为120~150°。
所述升降螺杆由螺栓头和尾轮螺杆组成,安装时将尾轮螺杆旋入螺栓头中。
由于采用上述技术方案:本发明由机架、升降系统和行走系统三部分组成,结构简单;上盖板由3~4段钢板组成,维修方便,整个升降系统几乎装入机架内,结构紧凑。
当升降电动机开动时,升降减速机的输出轴上的升降驱动链轮、升降中间传动链轮组和升降丝杆链轮同时转动,左、右两边丝杆会同时向上或向下移动,带动内方套沿外方套向上或向下移动。集装箱通过螺栓与机架上的四个安装孔连接,当内方套向下伸出时,小车、机架、外方套和集装箱被顶起提升,即一般箱体或矿难逃生舱是由两台用于矿道内搬运重物的工业机器人配合搬运的。
当行走电动机开动时,行走减速机的输出轴上的行走驱动链轮、行走过渡链轮转动,带动主动轴两端的行走主动齿轮转动,将扭矩传递给与行走主动齿轮啮合的前中间齿轮和前中间轴,前中间齿轮与前行走齿轮啮合并带动前行走轴转动。前行走轴转动时,带动两端的前履带链轮转动,前履带链轮带动履带移动,当履带与地面接触时,小车、机架以及集装箱等重力作用在履带上,履带与地面产生巨大的摩擦力,使履带的反推力将整台机器人及集装箱向前移动。
当行走电机反转时,行走驱动链轮反转,带动主动轴和行走主动齿轮反转,行走主动齿轮脱离与前中间齿轮的啮合,两小车依靠履带与地面摩擦力原地不动,使行走主动齿轮与齿条啮合,迫使机架及集装箱在小车上作反方向移动。当行走主动齿轮走到齿条的后端时,行走主动齿轮与后中间齿轮啮合,这时由于后挡块阻挡,机架停止移动,使行走主动齿轮、后中间齿轮和后行走齿轮反转,后行走轴也反转,带动后履带链轮反转,后履带链轮驱动履带与地面接触,依靠履带的摩擦力迫使工业机器人及集装箱一起向后移动。
当行走主动齿轮运转到齿条的前端时,行走电动机停止,小车原地不动。此时若开动升降电动机,机架升起,挂钩将小车提起。小车离开地面到设定高度(能跨过障碍物的高度)停止起升。行走电机反转,机架不动,小车相对机架向前移动,当行走主动齿轮即将走到齿条后端时,运行电机停止,开动升降电机,使小车下降到地面,停止下降。行走电动机正传,行走主动齿轮与齿条啮合,小车不动,车架相对小车向前移动到最前端,从而工业使机器人及集装箱跨过了障碍物,向前移动了一段距离。
转动小车尾部的升降螺杆,升降式转向轮向下移动,从而使履带脱离地面。升降式转向轮的扇形蜗轮与小车上的蜗杆啮合,通过转动蜗杆使升降式转向轮在90°内转动, 能使用于矿道内搬运重物的工业机器人转向移动。
本发明是一种能前进和后退、亦能横向移动的机械设备;适用于在矿道内搬运重物、矿难逃生舱等,特别适应于矿道内复杂路面情况下移动及因矿道窄小不允许10米多长的逃生舱掉头,亦适用于重物的提升。当搬运集装箱时,将两台用于矿道内搬运重物的工业机器人用螺栓与重物连接,即可从事搬运工作。
因此,本发明具有结构简单紧凑、工作可靠、成本低、功能多、使用寿命长和便于维修的特点。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图;
图2为图1的A-A剖视示意图
图4为图2中Ⅲ的放大示意图;
图5为图2的C-C剖视示意图;
图6为图1中Ⅰ的放大示意图;
图7为图2中Ⅳ的放大示意图;
图8为图1中的B-B断面图;
图9为图7中的升降螺杆36的螺栓头47的结构放大示意图;
图10为图7中的升降螺杆36的尾轮螺杆48的结构放大示意图;
图11为本发明中的机架8在小车34上移动的示意图;
图12为本发明的一种应用示意图。
具体实施方案
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述,并非对其保护范围的限制。
实施例1
一种用于矿道内搬运重物的工业机器人。如图1和图2所示,所述用于矿道内搬运重物的工业机器人由机架、升降系统和行走系统三部分组成。为叙述方便起见,假定图2中的右边为前,左边为后。
机架8由上横梁13、下横梁28、左立柱和右立柱组成。左立柱和右立柱的上端固定有上横梁13,左立柱和右立柱的下部固定有下横梁28。
左立柱和右立柱结构相同:如图1和图8所示,外方筒3内活套有内方筒2,外方筒3和内方筒2的高度比为1︰0.8~0.85,外方筒3下部四侧内壁的中间位置处固定有矩形钢板,内方筒2上部四侧外壁的中间位置处固定有矩形钢板,矩形钢板的形状相同,厚度为2~4mm。外方筒3下部的一侧开有矩形孔,所述矩形孔位于外方筒3与下横梁28的连接处,内方筒2的一侧开有条形孔,所述条形孔与所述矩形孔同侧,所述条形孔的底边与所述矩形孔的底边等高,所述条形孔的顶边靠近内方筒2的上端。内方筒2内固定装有丝杆6,丝杆6的下端固定在内方筒2的底板1中心位置处,丝杆6的上端通过螺母7固定在内方筒2的顶板中心位置处。
如图1所示,上横梁13为钢板围成的方筒状,下横梁28由截面开口向上的槽形梁和上盖板11构成,上盖板11由3段钢板组成,靠近下横梁28两端的下平面处对称地固定有截面为“L”型的挂钩29;截面为“L”型的挂钩29与行走系统的导轨40的凹槽滑动连接。
如图1所示,升降系统包括升降电动机9、升降减速机10、升降驱动链轮12、升降中间链轮组14和升降丝杆链轮4。靠近左立柱处装有升降减速机10,升降减速机10安装在下横梁28的上盖板11上,升降电动机9驱动升降减速机10。如图3所示,升降减速机10输出轴置入机架8的下横梁28空腔内,升降减速机10的输出轴装有两个升降驱动链轮12,下横梁28的空腔内安装有2~3组升降中间链轮组14,每个升降中间链轮组14均为两个同轴安装的链轮构成。在丝杆6的下部同中心地装有升降丝杆链轮4,升降丝杆链轮4与丝杆6螺纹连接;升降驱动链轮12、升降中间链轮组14和升降丝杆链轮4间通过链条链接。
如图3所示,升降丝杆链轮4的上、下平面处装有第一轴承5,第一轴承5的轴承架穿过内方筒2的条形孔和外方筒3的矩形孔与下横梁28的两端固定连接。
如图1、图2、图4和图6所示,行走系统包括行走减速机16、行走电动机17、行走驱动链轮15和两个小车34。行走减速机16安装在机架8下横梁28的上盖板11上,行走减速机16靠近右立柱处,行走电动机17驱动行走减速机16,行走减速机16的输出轴上装有行走驱动链轮15,行走驱动链轮15通过链条与行走过渡链轮23链接,行走过渡链轮23安装在主动轴24上,主动轴24两端各装有行走主动齿轮19 ,主动轴24通过第二轴承22安装在下横梁28前侧板的下部。
如图5所示,两个小车34车架上平面的中间位置处各装有齿条31,在靠近齿条31的前端各装有前中间齿轮20,前中间齿轮20安装在前中间轴25的两端,在靠近齿条31的后端各装有后中间齿轮43,后中间齿轮43 安装在后中间轴44的两端;行走主动齿轮19与对应的前中间齿轮20啮合、或与对应的后中间齿轮43、或与对应的齿条31啮合。
如图2和图6所示,在前中间轴25的正下方装有前行走轴26,前行走轴26的两端装有前履带链轮18,每个前履带链轮18驱动对应的履带27,在靠近前履带链轮18内侧的前行走轴26上装有前行走齿轮21,两个前行走齿轮21与对应的两个前中间齿轮20啮合。
如图2所示,在后中间轴44的正下方装有后行走轴32,后行走轴32的两端装有后履带链轮42,在后行走轴32上装有两个后行走齿轮33,两个后行走齿轮33位于对应的后履带链轮42的内侧,两个后行走齿轮33与对应的两个后中间齿轮43啮合。
如图2所示,前中间轴25活动地安装在两个小车34的车架前部,前行走轴26活动地安装前中间轴25正下方的车架中,后中间轴44活动地安装在两个小车34的车架中部,后行走轴32活动地安装在后中间轴44正下方的车架中。
如图2、图3和图4所示,下横梁28两端通过固定架各装有1组前导向轮30,每组前导向轮30位于下横梁28两端的前方,每组前导向轮30设置于对应的2条导轨40上,下横梁28两端的内腔各装有1组后导向轮45,每组后导向轮45穿过下横梁28的底板设置于对应的2条导轨40上。每个小车34的车架上平面的两侧设有导轨40,2条导轨40均与齿条31平行,导轨40的截面形状为侧置的“凹”型,每个小车34的2条导轨40的开口朝外;小车34车架的上水平面的前部和上水平面的靠近后部处对应地装有前限位挡块46和后限位挡块41。
如图2和图7所示,两小车34的车架后尾部各装有升降式转向轮35,升降式转向轮35的结构是:车架后尾处开有安装孔,在安装孔的下孔口处固定有支承套39,扇形蜗轮38套进支承套,升降螺杆与扇形蜗轮38螺纹连接,蜗杆37与扇形蜗轮38啮合,蜗杆37通过轴承安装在小车34的车架侧板。
行走系统的导轨40的凹槽与机架8下横梁28的挂钩29滑动连接。
所述底板1通过螺栓与内方筒2的下端固定连接。
所述前中间齿轮20的齿顶园与齿条31前端的齿顶的间隙为15~20mm,后中间齿轮43的齿顶园与齿条31后端的齿顶的间隙为15~20mm。
所述导轨40的截面形状为侧置的“凹”型,每个小车34的2条导轨40的开口朝外。
所述扇形蜗轮38的扇形角为120~140°。
如图7、图9和图10所示,所述升降螺杆36由螺栓头47和尾轮螺杆48组成,安装时将尾轮螺杆48旋入螺栓头47中。
实施例2
一种用于矿道内搬运重物的工业机器人。除下述技术参数外,其余同实施例1。
外方筒3和内方筒2的高度比为1︰0.85~0.9;
上盖板11由4段钢板组成;
所述前中间齿轮20的齿顶园与齿条31前端的齿顶的间隙为20~25mm,后中间齿轮43的齿顶园与齿条31后端的齿顶的间隙为20~25mm。
所述扇形蜗轮38的扇形角为130~150°。
本具体实施方式由机架、升降系统和行走系统三部分组成,结构简单;下横梁28的上盖板由3~4段钢板组成,维修方便,整个升降系统几乎装入机架内,结构紧凑。
当升降电动机9开动时,升降减速机10的输出轴上的升降驱动链轮12、升降中间传动链轮组14和升降丝杆链轮4同时转动,左、右两边丝杆6会同时向上或向下移动,带动内方套2沿外方套3向上或向下移动。集装箱49通过螺栓50与机架8上的四个安装孔连接,当内方套2向下伸出时,小车34、机架8、外方套3和集装箱49被顶起提升,即一般箱体或矿难逃生舱是由两台用于矿道内搬运重物的工业机器人配合搬运的。
当行走电动机17开动时,行走减速机16的输出轴上的行走驱动链轮15、行走过渡链轮23转动,带动主动轴24两端的行走主动齿轮19转动,将扭矩传递给与行走主动齿轮19啮合的前中间齿轮20和前中间轴25,前中间齿轮20与前行走齿轮21啮合并带动前行走轴26转动。前行走轴26带动两端的前履带链轮18转动,前履带链轮18带动履带27移动,当履带27与地面接触时,小车34、机架8以及集装箱49等重力作用在履带27上,履带27与地面产生巨大的摩擦力,使履带的反推力将整台机器人及集装箱49向前移动。
当行走电机17反转时,行走驱动链轮15反转,带动主动轴24和行走主动齿轮19反转,行走主动齿轮19脱离与前中间齿轮20 的啮合,两小车34依靠履带27与地面摩擦力原地不动,使行走主动齿轮19与齿条31啮合,迫使机架8及集装箱49在小车34上作反方向移动。当行走主动齿轮19走到齿条31的后端时,行走主动齿轮19与后中间齿轮43啮合,这时由于后挡块34阻挡,机架8停止移动,使行走主动齿轮19、后中间齿轮43和后行走齿轮33反转,后行走轴32也反转,带动后履带链轮42反转,后履带链轮42驱动履带27与地面接触,依靠履带27的摩擦力迫使工业机器人及集装箱49一起向后移动,如图11所示。
当行走主动齿轮19运转到齿条31的前端时,行走电机17停止,小车34原地不动。此时若开动升降电机9,机架8升起,挂钩29将小车34提起。小车34离开地面到设定高度(能跨过障碍物的高度)停止起升。行走电机17反转,机架8不动,小车34相对机架8向前移动,当行走主动齿轮19即将走到齿条31后端时,运行电机17停止,开动升降电机9,使小车34下降到地面,停止下降。行走电机17正传,行走主动齿轮19与齿条31啮合,小车34不动,车架8相对小车34向前移动到最前端,从而使工业机器人及集装箱49跨过了障碍物,向前移动了一段距离。
转动小车尾部的升降螺杆36,升降式转向轮35向下移动,从而使履带27脱离地面。升降式转向轮35的扇形蜗轮38与小车34上的蜗杆37啮合,通过转动蜗杆37使升降式转向轮35在90°内转动, 能使用于矿道内搬运重物的工业机器人转向移动。
本具体实施方式是一种能前进、后退、作简单横向移动的机械设备,适用于在矿道内搬运重物、矿难逃生舱等,特别适应于矿道内复杂路面情况下移动及因矿道窄小不允许10米多长的逃生舱掉头,亦适用于重物的提升。如图12所示,当搬运集装箱49时,将两台用于矿道内搬运重物的工业机器人用螺栓50与集装箱49连接,即可从事搬运工作。
因此,本具体实施方式具有结构简单紧凑、工作可靠、成本低、功能多、使用寿命长和便于维修的特点。