CN105369720A - 路缘石铺砌车载机械手 - Google Patents

Abstract

一种路缘石铺砌车载机械手，它的车体上设置有座椅、操控平台、转向机构以及由电机、动力电源组成的驱动系统，路缘石铺砌抓取机械手，铺砂灰机构、推砂灰机构；路缘石铺砌机械手由路缘石吊装平台、路缘石抓取机构两部分组成。路缘石抓取机构可实现路缘石的自动抓取与夹紧功能。路缘石吊装平台可实现吊装路缘石沿横向X轴、纵向Y轴、竖直Z轴的自由移动，绕竖直Z轴按要求角度的转动及自动微调平衡功能。本发明非燃料动力，低噪声，无污染，绿色环保，可全天施工，实现路缘石由机械化自动安装，提高了路缘石的铺砌效率、铺砌质量，减轻了工人的劳动强度，填补了筑路机械在铺砌已成型路缘石这方面的空白。

Description

路缘石铺砌车载机械手

技术领域

本发明涉及一种代替人工铺砌路缘石的全自动智能纯电动工程筑路车，具体的说是一种路缘石铺砌车载机械手。

背景技术

路缘石作为城市道路工程的基础附属设施之一，路缘石安装质量的好坏对道路两侧的边缘强度、道路整体的平整度、美观度等有直接的影响。目前现有的机械化路缘石安装方式为：路缘石滑模施工，所用滑膜机是针对混凝土摊铺的一种道路工程车，不适合已成型路缘石的安装。目前，已成型路缘石的安装多为人力安装。人工铺砌路缘石具有劳动强度大，铺砌速度慢，铺砌效率低，铺砌质量差等特点。尤其安装铺砌大尺寸、超重量的路缘石时，对于安装工人来说劳动强度更大。

发明内容

本发明的目的是针对现有路缘石铺砌技术的不足，提供一种纯电动路缘石铺砌车载机械手，适用于筑路工程作业中路缘石的铺砌。

实现上述目的采用的技术方案是：

一种路缘石铺砌车载机械手，包括：车体，所述车体上设置有座椅、操控平台、转向机构以及由电机、动力电源组成的驱动系统，其特征在于，还包括分别安装在车体上的路缘石铺砌抓取机械手，铺砂灰机构、推砂灰机构；

1）所述路缘石铺砌机械手主要由路缘石抓取机构和路缘石铺砌吊装平台两部分组成；其中路缘石铺砌吊装平台包括导轨滑轮机构，横向X轴、纵向Y轴、竖直Z轴移动机构，吊装平台旋转机构及微调平衡机构；

a.导轨滑轮机构设置为两组，每组导轨均设有上下两个滑道，导轨相对于车架在下滑道上横向移动，构成可伸缩式导轨机构，路缘石铺砌机械手相对于导轨在上滑道上可横向移动，实现路缘石铺砌吊装平台的横向移动；

b.每条导轨的左右两侧均设有导轨导向装置，导轨的两端设有限制导轨横向左、右极限位置的限位装置；

c.路缘石铺砌吊装平台相对于导轨的横向X轴移动机构主要由横向移动底板、横向移动驱动电机、连接轴、滑轮部分组成，横向移动驱动电机固定在横向移动底板上，电机输出轴两端分别通过联轴器、连接轴与滑轮连接，横向移动驱动电机转动带动滑轮在导轨滑道上横向移动；

d.路缘石铺砌吊装平台竖直Z轴移动机构是吊装平台吊着路缘石沿Z轴上下移动的机构，由内、外套筒，竖直Z轴移动机构驱动电机，联轴器，丝杠，丝杠螺母组成，所述外套筒的上端右侧通过转轴，左侧通过第一微调平衡机构与横向X轴移动机构连接；内套筒下端左侧通过转轴，右侧通过第二微调平衡机构与纵向Y轴移动机构连接；竖直Z轴移动机构的驱动电机与外套筒固定连接，并驱动丝杠转动，内套筒与丝杠螺母固定连接；

e.路缘石铺砌吊装平台纵向Y轴移动机构是利用丝杠螺母、导轨滑块的相对运动关系，使路缘石沿纵向Y轴移动的机构，主要由纵向Y轴驱动电机、联轴器、轴承座、丝杠螺母、丝杠、滑块、光杠、纵向Y轴移动机构顶架、纵向Y轴移动机构底板组成，纵向Y轴移动机构顶架与竖直Z轴移动机构固定连接，纵向Y轴移动机构底板与路缘石抓取机械手固定连接，滑块、纵向Y轴移动驱动电机、联轴器及轴承座固定于纵向Y轴移动机构底板上，光杠及丝杠螺母固定于纵向Y轴移动机构顶架上；

f.路缘石铺砌吊装平台微调平衡机构主要由第一微调平衡机构和第二微调平衡机构组成，第一微调平衡机构驱动电机与竖直Z轴移动机构固定连接，驱动丝杠转动，丝杠螺母与横向X轴移动机构固定连接，调节竖直Z轴移动机构相对于横向X轴移动机构的竖直平衡，第二微调平衡机构调节纵向Y轴移动机构相对于竖直Z轴移动机构的横向平衡，主要包括：角位移传感器、控制器、微调平衡机构驱动电机、丝杠、丝杠螺母等部分组成，角位移传感器检测竖直Z轴与纵向Y轴移动机构的倾角变化，并将倾角变化量传送给控制器，进而控制微调平衡机构驱动电机的运转；第二微调平衡机构驱动电机与横向X轴移动机构固定连接，驱动丝杠转动，丝杠螺母与竖直Z轴移动机构固定连接；

g.吊装平台旋转机构是吊装平台吊着路缘石绕竖直Z轴转动的机构，包括旋转机构套圈、蜗轮、蜗轮蜗杆电机、滚珠，旋转机构套圈通过滚珠与外套筒转动连接，旋转机构套圈与内套筒键连接，蜗轮蜗杆电机与外套筒固定连接；

2）路缘石抓取机构，采用剪式自夹紧机构，通过支板与纵向Y轴移动机构固定连接，剪式自夹紧机构两侧的夹紧钳与固定支板间双铰链连接，两加紧钳间相互半齿轮啮合；

3）铺砂灰机构利用绞龙输送机原理，分别在绞龙输送机筒皮上开砂灰料输入口和砂灰料输出口，砂灰料输入口设置在绞龙筒皮上方，砂灰料输出口设置在绞龙筒皮右下方；

4）推砂灰机构利用绞龙输送原理，位于砂灰料斗底部，把砂灰料斗后端的砂灰推到前端砂灰料输入口处;

5）夹紧钳的两侧沿着路缘石的边缘设有喷嘴装置，在水泵的作用下，水顺着路缘石边缘流出，致预铺砌路缘石下方的砂土上，实现行进湿镶铺砂灰功能。

作为优选，所述车体的底盘前桥通过转轴与车架连接，形成四轮由三点支撑的抗扭矩底盘结构。

作为优选，所述车体左、右两半轴通过链传动，将驱动电机上的动力传递到左、右两后轮上。

作为优选，车体后桥的左右两侧分别设有链轮张紧度调节装置。

作为优选，所述导轨上滑道上方分别选用圆槽滑轮和平槽滑轮，导轨下滑道下方的滑轮均选用圆槽滑轮的滑轮，以保证横向X轴移动机构平稳的横向移动。

与现有技术相比，本发明非燃料动力，整机蓄电池供电，也可由电缆供电，零排放，低噪声，无污染，绿色环保，可全天施工，可以实现路缘石由机械化自动安装，提高了路缘石的铺砌效率、铺砌质量，减轻了工人的劳动强度，填补了筑路机械在铺砌已成型路缘石这方面的空白。

附图说明

图1是本发明路缘石铺砌车载机械手整车结构示意图。

图2是本发明路缘石铺砌车载机械手结构主视图。

图3是本发明路缘石铺砌车载机械手结构俯视图。

图4是本发明路缘石铺砌车载机械手结构侧视图。

图5是本发明路缘石铺砌吊装平台竖直Z轴移动机构图。

图6是本发明路缘石铺砌吊装平台纵向Y轴移动机构图。

图7是本发明路缘石铺砌吊装平台绕Z轴按要求角度旋转机构图（其中图7-1是绕Z轴按要求角度旋转机构剖视图，图7-2是图7-1的侧视图，图7-3是图7-1的B-B向视图）。

图8是本发明铺砂灰及推砂灰机构图。

图9是本发明底盘结构示意图。

图中标记：1-洒水机构，2-驱动系统，3、5电池，4-后车轮，6-座椅，7-操纵控制平台，8-转向机构，9-砂灰料斗，10-推砂灰机构，11-铺砂灰机构，12-干壤水泥砂灰，13-路缘石吊装平台，14-车架，15-路缘石，16-路缘石抓取机构，17-纵向Y轴移动机构，18-转轴，19-吊装平台旋转机构，20-竖直Z轴移动机构，21-滑轮，22-导轨，23-车架纵梁，24-车架横梁，25-导向装置，26-横向X轴移动机构，27-微调平衡机构，28-限位装置，29-竖直Z轴移动驱动电机，30-横向X轴移动驱动电机，31-连接轴，32-轴承座，33-夹紧钳，34-双绞链半齿轮啮合机构，35-滚珠，36-外套筒，37-内套筒，38-丝杠螺母，39-连接轴，40-41-轴承，42-丝杠，43-上顶板（连接板），44-光杠，45-丝杠，46-滑块，47-连接轴，48-轴承座，49-纵向Y轴移动驱动电机，50-纵向Y轴移动机构顶架，51-纵向Y轴移动的机构底板，52-丝杠螺母，53-旋转机构套圈，54-涡轮，55-蜗杆，56-绞龙驱动电机，57-联轴器，58-绞龙输送机，59-砂灰料输入口，60-砂灰料输出口，62-推沙驱动电机，63-后桥，64-链轮，65-张紧装置，66-半轴，67-减速器，68-驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明所公开的这种路缘石铺砌车载机械手，主要应用于筑路工程作业中路缘石的铺砌。包括：车体结构，路缘石铺砌机械手，铺砂灰机构及推砂灰机构。

A．车体机构见图1。

车体机构的车架14上安装有座椅6，操纵控制平台7，转向机构8，砂灰料斗9，推砂灰机构10，铺砂灰机构11，路缘石铺砌吊装平台13等部件。

车体的前桥通过转轴与车架14连接，构成四轮由三点支撑的抗扭矩底盘结构。如图9所示。此底盘结构，消除了车辆在不平路面行驶或前车轮遇坎时，车身发生倾斜产生的不同扭矩，并保持车身及料斗始终处于水平状态。

驱动布置方式采用结构紧凑的链传动系统，如图9所示，半轴66与车架14固定连接，通过链轮64将驱动系统2的减速器67、驱动电机68上的动力传递到左、右两后车轮4上，增加车体的爬坡能力，并且增设链轮张紧度调节装置65，分别固定于后桥63的左右两侧，维持链轮最佳的传动状态。后车轮4及车架的一侧安装有电池3、5。

B.路缘石铺砌机械手

路缘石铺砌机械手由路缘石吊装平台13、路缘石抓取机构16两部分组成。路缘石抓取机构16可实现路缘石的自动抓取与夹紧功能。路缘石吊装平台13可实现吊装路缘石沿横向X轴、纵向Y轴、竖直Z轴的自由移动，绕竖直Z轴按要求角度的转动及自动微调平衡功能。

1.路缘石铺砌吊装平台的结构见图2-图7。

路缘石铺砌吊装平台13是空间移动平台，包括：路缘石铺砌吊装平台横向X轴移动机构26，纵向Y轴移动机构17，竖直Z轴移动机构20，绕竖直Z轴按要求角度的转动机构即吊装平台旋转机构19，及路缘石铺砌吊装平台自动微调平衡机构27。

（1）导轨滑轮机构，见图2。

导轨滑轮机构是可伸缩式导轨滑轮机构，实现路缘石铺砌吊装平台横向X轴移动。可伸缩式导轨滑轮机构设置为两组，每组均设置上下两个滑道，导轨22相对于车架14在下滑道上可横向移动，实现可伸缩式导轨机构，减小车身及作业空间；路缘石铺砌吊装平台13相对于导轨22在上滑道上可横向移动，实现吊装路缘石的横向移动；

每条导轨22的左右两侧均设有导轨导向装置25，导轨的两端设有限制导轨横向左、右极限位置的限位装置28，限位装置采用限位块。具体设置是：在车架14的车架纵梁23上安装有导轨滑轮机构，导轨滑轮机构设置为两组，如图2所示，每组导轨22均设有上下两个滑道，上下两组滑轮21，下滑轮组通过连接轴连接板安装在车架14上，下滑道在下滑轮组上相对于车架横梁24横向移动，同时设有导轨22相对于车架的锁紧装置。由于路缘石铺砌吊装平台X轴移动采用导轨滑轮机构，为了保证横向X轴移动机构26平稳的横向移动，导轨22上滑道上方分别选用圆槽滑轮和平槽滑轮，导轨下滑道下方的滑轮均选用圆槽滑轮的滑轮。以保证横向X轴移动机构平稳的横向移动。上滑轮组安装在横向X轴移动机构26上，实现横向X轴移动机构相对于导轨的横向移动。

（2）路缘石铺砌吊装平台横向X轴移动机构26见图2，图3。

路缘石铺砌吊装平台13是相对于导轨22的横向X轴移动机构，是空间移动平台，主要由横向移动底板、横向X轴移动驱动电机30、连接轴31、滑轮21等部分组成，横向X轴移动驱动电机30固定在横向移动底板上，其输出轴两端分别通过联轴器、连接轴与滑轮21连接，横向X轴移动驱动电机30转动带动滑轮21在导轨22上滑道上横向移动；

(3)路缘石铺砌吊装平台竖直Z轴移动机构20见图2，图5。

竖直Z轴移动机构20是吊装平台吊着路缘石15沿Z轴上下移动的机构，由内套筒37，外套筒36，竖直Z轴移动机构驱动电机29，联轴器39，轴承40、41，丝杠42，丝杠螺母38等部分组成，所述外套筒36的上端右侧通过转轴18，左侧通过第一微调平衡机构27与横向X轴移动机构26连接；内套筒37下端左侧通过转轴18，右侧通过第二微调平衡机构27与纵向Y轴移动机构17连接；竖直Z轴移动机构驱动电机29与外套筒36固定连接，并驱动丝杠42转动，内套筒与丝杠螺母固定连接；利用丝杠螺母原理，实现吊装路缘石沿竖直Z轴的上下移动.

（4）路缘石铺砌吊装平台纵向Y轴移动机构17见图6。

路缘石铺砌吊装平台纵向Y轴移动机构17是利用丝杠、螺母，光杠、滑块的相对运动关系，使吊装路缘石15沿纵向Y轴移动的机构，主要由纵向Y轴移动驱动电机49、连接轴47、轴承座48、丝杠螺母52、丝杠45、滑块46、光杠44、纵向Y轴移动机构顶架50、纵向Y轴移动机构底板51等部分组成，纵向Y轴移动机构顶架50与竖直Z轴移动机构17固定连接，纵向Y轴移动机构底板51与路缘石抓取机构16固定连接，滑块46、纵向Y轴移动驱动电机49、连接轴47及轴承座48固定于纵向Y轴移动机构底板51上，光杠44及丝杠螺母52固定于纵向Y轴移动机构顶架50上。

（5）路缘石铺砌吊装平台自动微调平衡机构27见图2，图5。

微调平衡机构27主要由第一微调平衡机构和第二微调平衡机构组成，第一微调平衡机构驱动电机与竖直Z轴移动机构20固定连接，驱动丝杠转动，丝杠螺母与横向X轴移动机构26固定连接，调节竖直Z轴移动机构20相对于横向X轴移动机构的竖直平衡.第二微调平衡机构驱动电机与横向X轴移动机构26固定连接，驱动丝杠转动，丝杠螺母与竖直Z轴移动机构固定连接，组成第二微调平衡机构，调节纵向Y轴移动机构17相对于竖直Z轴移动机构20的横向平衡；第二微调平衡机构调节纵向Y轴移动机构17相对于竖直Z轴移动机构20的横向平衡，第二微调平衡机构通过上顶板43与转轴18连接。第二微调平衡机构主要包括：角位移传感器、控制器、微调平衡机构驱动电机、丝杠、丝杠螺母等部分组成，角位移传感器检测竖直Z轴与纵向Y轴移动机构17的倾角变化，并将倾角变化量传送给控制器，进而控制微调平衡机构驱动电机的运转。竖直Z轴移动驱动电机29通过轴承40、连接轴39与丝杠42连接。

（6）吊装平台旋转机构19见图5，图7。

吊装平台旋转机构19是吊装平台吊着路缘石15绕竖直方向Z轴转动的机构，包括旋转机构套圈53、蜗轮54、蜗杆55、滚珠35等部分，旋转机构套圈53通过滚珠35与外套筒36转动连接，涡轮54固定在旋转机构套圈53上，蜗轮蜗杆电机与外套筒36固定连接，蜗轮蜗杆电机转动带动旋转机构套圈53相对于外套筒36旋转，旋转机构套圈53与内套筒37键连接，进而实现内套筒37相对于外套筒36绕Z轴按要求角度的转动。

（7）路缘石抓取机构16见图4。

路缘石抓取机构16，利用路缘石自身的重力，采用剪式自夹紧机构，通过支板与纵向Y轴移动机构17固定连接，剪式自夹紧机构两侧的夹紧钳33与固定支板间双铰链半齿轮啮合机构34连接，以增大加紧钳33的刚度要求。两加紧钳33间相互半齿轮啮合，当加紧路缘石15平移刮土时，在沙土的阻碍作用下，仍能竖直平稳的刮土。

（8）铺砂灰机构11见图8。

铺砂灰机构11利用绞龙输送机原理，分别在绞龙输送机筒皮上开砂灰料输入口59和砂灰料输出口60，砂灰料输入口59设置在绞龙筒皮上方，砂灰料输出口60设置在绞龙筒皮右下方，在路缘石铺砌机作业行驶的过程中，绞龙驱动电机56通过绞龙输送机联轴器57与绞龙输送机58连接，带动绞龙输送机58转动，砂灰料斗9内的砂灰从绞龙输送机中间部位的砂灰料输入口59进入到绞龙输送机58内部，在绞龙螺旋叶片的推动下，从绞龙输送机右侧的砂灰料输出口60漏出，实现自动铺砂灰的功能。

（9）推砂灰机构10见图8。

推砂灰机构10利用绞龙输送原理，位于砂灰料斗9底部，在推砂驱动电机62的带动下，把砂灰料斗9后端的砂灰推到前端砂灰料输入口59处。

（10）夹紧钳的两侧沿着路缘石15的边缘设有喷嘴组成洒水机构1，在水泵的作用下，水顺着路缘石15边缘流出，致预铺砌路缘石15下方的干壤水泥砂灰12上，实现行进湿镶铺砂灰功能。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种路缘石铺砌车载机械手，包括：车体，所述车体上设置有座椅、操控平台、转向机构以及由电机、动力电源组成的驱动系统，其特征在于，还包括分别安装在车体上的路缘石铺砌抓取机械手，铺砂灰机构、推砂灰机构；

1）所述路缘石铺砌机械手主要由路缘石抓取机构和路缘石铺砌吊装平台两部分组成；其中路缘石铺砌吊装平台包括导轨滑轮机构，横向X轴、纵向Y轴、竖直Z轴移动机构，吊装平台旋转机构及微调平衡机构；

a.导轨滑轮机构设置为两组，每组导轨均设有上下两个滑道，导轨相对于车架在下滑道上横向移动，构成可伸缩式导轨机构，路缘石铺砌机械手相对于导轨在上滑道上可横向移动，实现路缘石铺砌吊装平台的横向移动；

b.每条导轨的左右两侧均设有导轨导向装置，导轨的两端设有限制导轨横向左、右极限位置的限位装置；

c.路缘石铺砌吊装平台相对于导轨的横向X轴移动机构主要由横向移动底板、横向移动驱动电机、连接轴、滑轮部分组成，横向移动驱动电机固定在横向移动底板上，电机输出轴两端分别通过联轴器、连接轴与滑轮连接，横向移动驱动电机转动带动滑轮在导轨滑道上横向移动；

d.路缘石铺砌吊装平台竖直Z轴移动机构是吊装平台吊着路缘石沿Z轴上下移动的机构，由内、外套筒，竖直Z轴移动机构驱动电机，联轴器，丝杠，丝杠螺母组成，所述外套筒的上端右侧通过转轴，左侧通过第一微调平衡机构与横向X轴移动机构连接；内套筒下端左侧通过转轴，右侧通过第二微调平衡机构与纵向Y轴移动机构连接；竖直Z轴移动机构的驱动电机与外套筒固定连接，并驱动丝杠转动，内套筒与丝杠螺母固定连接；

e.路缘石铺砌吊装平台纵向Y轴移动机构是利用丝杠螺母、导轨滑块的相对运动关系，使路缘石沿纵向Y轴移动的机构，主要由纵向Y轴驱动电机、联轴器、轴承座、丝杠螺母、丝杠、滑块、光杠、纵向Y轴移动机构顶架、纵向Y轴移动机构底板组成，纵向Y轴移动机构顶架与竖直Z轴移动机构固定连接，纵向Y轴移动机构底板与路缘石抓取机械手固定连接，滑块、纵向Y轴移动驱动电机、联轴器及轴承座固定于纵向Y轴移动机构底板上，光杠及丝杠螺母固定于纵向Y轴移动机构顶架上；

f.路缘石铺砌吊装平台微调平衡机构主要由第一微调平衡机构和第二微调平衡机构组成，第一微调平衡机构驱动电机与竖直Z轴移动机构固定连接，驱动丝杠转动，丝杠螺母与横向X轴移动机构固定连接，调节竖直Z轴移动机构相对于横向X轴移动机构的竖直平衡，第二微调平衡机构调节纵向Y轴移动机构相对于竖直Z轴移动机构的横向平衡，主要包括：角位移传感器、控制器、微调平衡机构驱动电机、丝杠、丝杠螺母等部分组成，角位移传感器检测竖直Z轴与纵向Y轴移动机构的倾角变化，并将倾角变化量传送给控制器，进而控制微调平衡机构驱动电机的运转；第二微调平衡机构驱动电机与横向X轴移动机构固定连接，驱动丝杠转动，丝杠螺母与竖直Z轴移动机构固定连接；

g.吊装平台旋转机构是吊装平台吊着路缘石绕竖直Z轴转动的机构，包括旋转机构套圈、蜗轮、蜗轮蜗杆电机、滚珠，旋转机构套圈通过滚珠与外套筒转动连接，旋转机构套圈与内套筒键连接，蜗轮蜗杆电机与外套筒固定连接；

路缘石抓取机构，采用剪式自夹紧机构，通过支板与纵向Y轴移动机构固定连接，剪式自夹紧机构两侧的夹紧钳与固定支板间双铰链连接，两加紧钳间相互半齿轮啮合；

3）铺砂灰机构利用绞龙输送机原理，分别在绞龙输送机筒皮上开砂灰料输入口和砂灰料输出口，砂灰料输入口设置在绞龙筒皮上方，砂灰料输出口设置在绞龙筒皮右下方；

4）推砂灰机构利用绞龙输送原理，位于砂灰料斗底部，把砂灰料斗后端的砂灰推到前端砂灰料输入口处;

5）夹紧钳的两侧沿着路缘石的边缘设有喷嘴装置，在水泵的作用下，水顺着路缘石边缘流出，致预铺砌路缘石下方的砂土上，实现行进湿镶铺砂灰功能。

2.根据权利要求1所述的路缘石铺砌车载机械手，其特征在于，所述车体的底盘前桥通过转轴与车架连接，形成四轮由三点支撑的抗扭矩底盘结构。

3.根据权利要求1或2所述的路缘石铺砌车载机械手，其特征在于，所述车体左、右两半轴通过链传动，将驱动电机上的动力传递到左、右两后轮上。

4.根据权利要求1或2所述的路缘石铺砌车载机械手，其特征在于，车体后桥的左右两侧分别设有链轮张紧度调节装置。

5.根据权利要求1所述的路缘石铺砌车载机械手，其特征在于，所述导轨上滑道上方分别选用圆槽滑轮和平槽滑轮，导轨下滑道下方的滑轮均选用圆槽滑轮的滑轮，以保证横向X轴移动机构平稳的横向移动。