CN105401512A - 路面切割机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路面切割机器人，它包括底座；所述底座顶部设有回转臂；所述回转臂前端连接伸缩臂；所述伸缩臂前端设有垂直滑台；所述垂直滑台底端连接钻铣刀；所述路面切割机器人还包括总控制盒。路面切割机器人解决了现有机器的弊端，并且可以将路面修补坑槽切割，和路面窨井盖圆周切割合二为一，达到一机多用的效果。并且路面切割机人具有智能化，自动化的优点，进行切割时，完全自主完成，不需要人工干预，节省人力与工作时间，并且在切割时，切割缝边缘圆滑美观。

Description

路面切割机器人

技术领域

本发明属于路面养护机械设备领域，具体涉及一种路面切割机器人。

背景技术

目前在我国道路养护市场，在路面修补切割路面窨井盖圆周多采用锯片形式。然而，锯片形式切割有很多弊端。

比如，在路面修补切割时，开槽修补坑槽根据交通部文件，要求圆洞方补，斜洞正补的原则，所以需要切割出矩形的修补坑槽。但是传统的路面切割机由于使用锯片切割的限制，只能切直线，并且在切割时无法转弯，所以在切割时，切割出的矩形必然是一个“井”字形，因为圆形锯片进行直线切割形成矩形图案时，只有切出矩形的边才能和与切割线垂直的那一边进行交汇，所以形成一个“井”字形图案，而且矩形的4个角均为尖角。在修补完以后，由于车辆的反复碾压摩擦，热胀冷缩等因素，在这4个尖角处将会产生应力集中的现象，形成新的裂缝，造成了新的路面损伤。而且传统的的路面切割机采取人工手持推行的方式进行切割，由于人工的误差，经常会将修补槽切歪，切斜，造成修补槽不是正规的矩形，这样不但不美观而且使得应力集中效应加大。

又比如，在路面窨井盖圆周切割时，传统的窨井盖圆周切割机同样采用锯片切割的方式，由于锯片是平面旋转，切割与其平面垂直的路面时，在切割缝内会不断的研磨和弯曲锯片，使得锯片切割寿命短。并且由于其工作调节装置的限制，造成切割大小只能局限于700mm~1800mm直径的圆形。并且传统的窨井盖圆周切割机进行圆心定位时极不方便，需要人工打入定位钉，切完以后还需要将定位钉取出，费时费力。

因此，开发一种新型的路面切割器械设备显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种路面切割机器人。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述路面切割机器人包括底座；所述底座顶部设有回转臂；所述回转臂前端连接伸缩臂；所述伸缩臂前端设有垂直滑台；所述垂直滑台底端连接钻铣刀；所述路面切割机器人还包括总控制盒。

其中，所述回转臂通过承载及减速装置与底座顶部连接。

所述伸缩臂包括依次连接的一级臂、二级臂和三级臂；所述一级臂与回转臂前端固定连接，二级臂套装在一级臂内且与一级臂滑动连接，三级臂套装在二级臂内且与二级臂滑动连接。

所述一级臂内腔底部设有一级臂滑台底座，所述一级臂滑台底座上设有一级臂滑轨，一级臂滑轨上装有一级臂滑台；所述一级臂滑台底座一端设有一级臂电机，一级臂电机通过一级臂精密减速箱与固定在一级臂滑台底座另一端的一级臂滚珠丝杆连接；所述一级臂滚珠丝杆通过丝杆螺母与一级臂滑台连接；所述二级臂固定在一级臂滑台上，所述二级臂内腔底部设有二级臂滑台底座，所述二级臂滑台底座上设有二级臂滑轨，二级臂滑轨上装有二级臂滑台；所述二级臂滑台底座一端设有二级臂电机，二级臂电机通过二级臂精密减速箱与固定在二级臂滑台底座另一端的二级臂滚珠丝杆连接；所述二级臂滚珠丝杆通过丝杆螺母与二级臂滑台连接；所述三级臂固定在二级臂滑台上。所述一级臂电机和二级臂电机为伺服电机或者步进电机，优选为伺服电机。

所述一级臂内腔顶部和二级臂内腔顶部均设有顶部滚轮；所述一级臂滑台底座和二级臂滑台底座上均设有位置感应器。

所述三级臂前端设有垂直滑台固定板，所述垂直滑台安装在垂直滑台固定板上；所述垂直滑台顶部设有垂直运动伺服电机；所述垂直滑台底端连接主轴电机，主轴电机底端连接钻铣刀刀夹，钻铣刀刀夹底端连接钻铣刀。

所述回转臂后端设有平衡梁，所述平衡梁上设有激光发射器；所述总控制盒安装在回转臂内腔中。

所述底座底面设有可通过升降液压缸升降的移动脚轮，升降液压缸安装在底座内腔；所述底座顶面环设有支撑圆盘滑轨，支撑圆盘滑轨上设有用于支撑伸缩臂的支撑滑块；所述底座内腔设有支撑架，底座内腔装有发电机；所述底座顶部中心装有回转臂伺服电机，所述承载及减速装置安装在回转臂伺服电机的安装座上，所述承载及减速装置通过转接法兰与回转臂连接；所述底座内腔还装有推杆电机，所述推杆电机与可伸出底座顶面的限位柱连接，所述伸缩臂底部装有可与限位柱接触的接触感应器。所述限位柱穿过设于底座顶面的圆柱直线轴承。

所述承载及减速装置为谐波减速器、涡轮蜗杆减速箱、RV减速机、行星减速箱或传动齿轮等。

所述发电机为汽油发电机或柴油发电机。

下面对本发明作进一步说明：

本发明中，回转臂搭载的一级臂，二级臂，三级臂以及垂直模块（垂直滑台等）绕底座的中心轴线进行旋转，并且回转臂内有伺服电机配合精密减速箱驱动回转驱动齿轮，使回转臂绕中心轴线进行旋转。一级臂固定在回转臂上，内部安装有滑台机构，二级臂安装于滑台上，可以达到自由伸缩的目的二级臂固定在一级臂滑台上，内部安装有滑台机构，三级臂安装于滑台上，可以达到自由伸缩的目的。三级臂固定在二级臂滑台上，顶端用于固定垂直滑台。

一级臂滑台用于承载二级臂，一级臂滑台通过滑块或滑轮等在一级臂滑轨上自由滑动。二级臂固定在一级臂滑台上并随一级臂滑台移动。二级臂滑台用于承载三级臂，二级臂滑台通过滑块或滑轮等在二级臂滑轨上自由滑动。三级臂固定在二级臂滑台上并随二级臂滑台移动。

一级臂伺服电机用于驱动一级臂滚珠丝杆转动，推动一级臂滑台在滑轨上运动；二级臂伺服电机用于驱动二级臂滚珠丝杆转动，推动二级臂滑台在滑轨上运动。即，一级臂伺服电机用于控制二级臂的直线伸缩运动；二级臂伺服电机用于控制三级臂直线伸缩运动。垂直运动伺服电机用于控制钻铣刀的垂直运动；回转臂伺服电机用于控制整个回转臂绕中心轴旋转；二级臂和三级臂的水平运动为同时同步的叠加直线运动。使用丝杆伸缩臂比其他的优点在于：液压方式响应速度缓慢，难以精确控制；齿轮齿条方式定位难以精确；蜗杆方式效率低下；关节机械臂方式则成本高。

顶部滚轮用于约束二级臂工作时在垂直方向上的跳动。位置感应器用于感应滑台运动的起始位置。

总控制盒是控制中心，可以安装在回转臂内腔，也可以安装在底座内腔等其他地方。其内部安装有伺服电机运动控制器，PLC模块，继电器，无线接收器等电气元件，并且有相应程序驱动整个机器按照用户输入的图形进行铣切；总控制盒通过电缆与其控制的各个部件电连接。平衡梁用于备用配重，在带有坡度的路面施工时，可以安放配重块，以平衡加载在谐波减速器上的力矩，同时平衡梁自重也能平衡一部分力矩。

发电机用于为整个路面切割机器人系统提供能源。

支撑圆盘滑轨与回转臂的旋转中心轴同心，支撑滑块在滑轨平面上滑动，用于支撑上部旋转机构的部分重量。支撑滑块安装在一级臂底部，在外支撑圆盘滑轨内围绕轴心滑动，用于支撑整个旋转机构的部分重量。底座内腔的支撑架支撑整个上部构造的重量。

升降液压缸用于将移动脚轮升起和放下，在工作的时候，液压缸收回，整个结构底面着地。不工作的时候液压缸放出，脚轮着地，使结构可以在地面上自由移动。移动脚轮安装在液压缸上，在机器人不工作的时候，可以着地，使其可以在地面自由移动。

垂直运动伺服电机用于驱动垂直滑台做垂直运动。垂直滑台上固定有主轴电机，可以随垂直滑台做垂直运动。主轴电机是钻铣刀旋转切铣的动力来源。

钻铣刀刀夹用于夹持钻铣刀。钻铣刀用于切铣路面。

激光发射器向台面上固定的激光接收器发射激光，用于回转臂在旋转过程中的位置定位，同时对起始位置确定其辅助作用。接触感应器为主要的起始位置确定装置可以是将一块金属导体材料固定在一块绝缘板上，金属材料上接有一根导线。限位柱则可以是金属体导体圆柱，上面接有一根导线。限位柱

与对应接触感应器接触时，刚好为旋转臂0位置。推杆电机顶端固定限位柱，可以使限位柱上升下降。圆柱直线轴承则可以为限位柱提供精确导向，直线轴承顶面高度比接触感应器底面要低。

由限位柱等构成的限位装置是用于旋转臂工作完成后，准确回归到0位置的一种装置，也防止运输过程中由于震动时旋转臂产生角度位移。当旋转臂工作时，限位柱由推杆电机带动下降到直线轴承内，接触感应器可以在其上方自由通过，不受阻挡。当旋转臂完成工作，向0位置回归时，限位柱将会由推杆电机推动下升起。（旋转臂以顺时针方向回归0位置时，右侧限位柱升起；逆时针方向回归0位置时，左侧限位柱升起）当接触感应器触碰到限位柱时，在接触感应器上的导线与限位柱上的导线处于导通状态，此时，运动控制器发出停止信号，使旋转臂回转电机停止运动。之后，另一侧限位柱也升起，两个限位柱一起约束了旋转臂的左右旋转运动。

承载及减速装置优选为谐波减速器。谐波减速器用于增大扭矩，并且精确带动回转臂转动，同时承载部分上部结构重量。承载及减速装置也可以由涡轮蜗杆减速箱、RV减速机或传动齿轮等替代，但是涡轮蜗杆减速箱效率低下，有齿隙，传动齿轮不精确，有齿轮间隙，因此，优选为谐波减速器。

路面切割机器人采用圆柱坐标运动形式，为一台圆柱坐标运动机器人，其结构由支撑台，伸缩臂，切割主轴等部分组成。切割机器人伸缩臂围绕旋转轴进行旋转，伸缩臂进行水平伸缩，垂直滑台可以搭载主轴电机上下移动，在圆柱坐标运动方式下，切割主轴上的钻铣刀可以在路面铣切出圆形，矩形等各种图形，由于是采用钻铣刀切割，所以切割出的线性平整光滑，并且切割矩形时，可以根据程序设定，在矩形四角切割出合适大小的圆角，而且切割出的缝隙是完全闭合的，不会切出。路面切割机器人只需人工输入需要切出的矩形长宽数据，机器将全自动进行切割，不需要人工干预。在进行路面窨井盖圆周切割时，由于路面切割机器人使用圆柱坐标方式切割，伸缩臂最大可伸至2048mm长，所以切割圆周大小最小为0mm，最大可达4096mm，并且在圆周切割进行圆心定位时，路面切割机器人采取电控定位，不需要钉入定位钉，省去了打入定位钉和拔出定位钉人力和时间。

本发明所述的路面切割机器人是用于路面切割的一种圆柱坐标方式运动的机器人。可以用于道路养护坑洞修补时切割出修补坑槽；同时也可以用于路面窨井盖孔的圆周切割。用户使用手持触控屏控制器，将要切割图形的数据输入触控屏控制器，控制器通过无线或有线方式将图形数据发送至总控制盒内部的运动控制器以及PLC控制模块(如果是切割矩形图案，控制器会先根据用户输入的矩形长宽数据，计算出最合适的圆角半径，再将倒好圆角的矩形图案数据发送至运动控制器和PLC控制模块）。由运动控制器和PLC控制模块运算切铣路径数据并驱动路面切割机器人上的4台伺服电机相互配合运动，使主轴电机上的钻铣刀沿用户输入的图形路径进行路面切铣切割。

通过路面切割机器人切割出来的修补坑槽，槽壁表面光滑圆润，外观整齐美观，并且在矩形图案的四个角的位置为圆角，这样就避免了修补后坑槽四角位置产生应力集中现象，防止修补的坑洞再次裂开的危险。

使用路面切割机器人切割窨井盖槽，可以在0mm—4096mm之间任意旋转切割直径，可以适应不同的切割要求，满足不同井盖的需求。并且除了通过垂直滑台可以调节钻铣的深度以外，通过更换刀杆更长的钻铣刀可以达到更深的铣切深度。

总之，本发明所述的路面切割机器人很好的解决了现有机器的弊端，可以将路面修补坑槽切割，和路面窨井盖圆周切割合二为一，达到一机多用的效果。并且路面切割机人具有智能化，自动化的优点，进行切割时，完全自主完成，不需要人工干预，节省人力与工作时间，并且在切割时，切割缝周边圆滑美观。

附图说明

图1为路面切割机器人结构后视示意图；

图2为路面切割机器人结构前视示意图；

图3为伸缩臂内部结构示意图；

图4为一级臂内部结构示意图；

图5为回转臂内部结构示意图。

图中：1、底座；2、回转臂；3、垂直滑台；4、钻铣刀；5、承载及减速装置；6、一级臂；7、二级臂；8、三级臂；9、一级臂滑台底座；10、一级臂滑轨；11、一级臂滑台；12、一级臂电机；13、一级臂滚珠丝杆；14、二级臂滑台底座；15、二级臂滑轨；16、二级臂滑台；17、二级臂电机；18、二级臂滚珠丝杆；19、顶部滚轮；20、位置感应器；21、垂直滑台固定板；22、垂直运动伺服电机；23、主轴电机；24、钻铣刀刀夹；25、升降液压缸；26、移动脚轮；27、支撑圆盘滑轨；28、支撑滑块；29、支撑架；30、平衡梁；31、激光发射器；32、总控制盒；33、发电机；34、回转臂伺服电机；35、安装座；36、转接法兰；37、推杆电机；38、限位柱；39、接触感应器；40、圆柱直线轴承；41、一级臂精密减速箱；42、二级臂精密减速箱；43、丝杆螺母。

具体实施方式

实施例1

参见图1至图5，所述路面切割机器人包括底座1；所述底座1顶部设有回转臂2；所述回转臂2前端连接伸缩臂；所述伸缩臂前端设有垂直滑台3；所述垂直滑台3底端连接钻铣刀4；所述路面切割机器人还包括总控制盒32。

其中，所述回转臂2通过承载及减速装置5与底座1顶部连接。所述伸缩臂包括依次连接的一级臂6、二级臂7和三级臂8；所述一级臂6与回转臂2前端固定连接，二级臂7套装在一级臂6内且与一级臂6滑动连接，三级臂8套装在二级臂7内且与二级臂7滑动连接。所述一级臂6内腔底部设有一级臂滑台底座9，所述一级臂滑台底座9上设有一级臂滑轨10，一级臂滑轨10上装有一级臂滑台11；所述一级臂滑台底座9一端设有一级臂电机12，一级臂电机12通过一级臂精密减速箱41与固定在一级臂滑台底座9另一端的一级臂滚珠丝杆13连接；所述一级臂滚珠丝杆13通过丝杆螺母43与一级臂滑台11连接；所述二级臂7固定在一级臂滑台11上，所述二级臂7内腔底部设有二级臂滑台底座14，所述二级臂滑台底座14上设有二级臂滑轨15，二级臂滑轨15上装有二级臂滑台16；所述二级臂滑台底座14一端设有二级臂电机17，二级臂电机17通过二级臂精密减速箱42与固定在二级臂滑台底座14另一端的二级臂滚珠丝杆18连接；所述二级臂滚珠丝杆18通过丝杆螺母43与二级臂滑台16连接；所述三级臂8固定在二级臂滑台16上；所述一级臂电机12和二级臂电机17为伺服电机。所述一级臂6内腔顶部和二级臂7内腔顶部均设有顶部滚轮19；所述一级臂滑台底座9和二级臂滑台底座14上均设有位置感应器20。所述三级臂8前端设有垂直滑台固定板21，所述垂直滑台3安装在垂直滑台固定板21上；所述垂直滑台3顶部设有垂直运动伺服电机22；所述垂直滑台3底端连接主轴电机23，主轴电机23底端连接钻铣刀刀夹24，钻铣刀刀夹24底端连接钻铣刀4。所述回转臂2后端设有平衡梁30，所述平衡梁30上设有激光发射器31；所述总控制盒32安装在回转臂2内腔中。所述底座1底面设有可通过升降液压缸25升降的移动脚轮26，升降液压缸25安装在底座1内腔；所述底座1顶面环设有支撑圆盘滑轨27，支撑圆盘滑轨27上设有用于支撑伸缩臂的支撑滑块28；所述底座1内腔设有支撑架29，底座1内腔装有发电机33；所述底座1顶部中心装有回转臂伺服电机34，所述承载及减速装置5安装在回转臂伺服电机34的安装座35上，所述承载及减速装置5通过转接法兰36与回转臂2连接；所述底座1内腔还装有推杆电机37，所述推杆电机37与可伸出底座1顶面的限位柱38连接，所述伸缩臂底部装有可与限位柱38接触的接触感应器39。所述限位柱38穿过设于底座1顶面的圆柱直线轴承40。所述承载及减速装置5为谐波减速器。所述发电机33为汽油发电机。

Claims (10)

1.一种路面切割机器人，其特征在于，所述路面切割机器人包括底座（1）；所述底座（1）顶部设有回转臂（2）；所述回转臂（2）前端连接伸缩臂；所述伸缩臂前端设有垂直滑台（3）；所述垂直滑台（3）底端连接钻铣刀（4）；所述路面切割机器人还包括总控制盒（32）。

2.如权利要求1所述的路面切割机器人，其特征在于，所述回转臂（2）通过承载及减速装置（5）与底座（1）顶部连接。

3.如权利要求1所述的路面切割机器人，其特征在于，所述伸缩臂包括依次连接的一级臂（6）、二级臂（7）和三级臂（8）；所述一级臂（6）与回转臂（2）前端固定连接，二级臂（7）套装在一级臂（6）内且与一级臂（6）滑动连接，三级臂（8）套装在二级臂（7）内且与二级臂（7）滑动连接。

4.如权利要求3所述的路面切割机器人，其特征在于，所述一级臂（6）内腔底部设有一级臂滑台底座（9），所述一级臂滑台底座（9）上设有一级臂滑轨（10），一级臂滑轨（10）上装有一级臂滑台（11）；所述一级臂滑台底座（9）一端设有一级臂电机（12），一级臂电机（12）通过一级臂精密减速箱（41）与固定在一级臂滑台底座（9）另一端的一级臂滚珠丝杆（13）连接；所述一级臂滚珠丝杆（13）通过丝杆螺母（43）与一级臂滑台（11）连接；所述二级臂（7）固定在一级臂滑台（11）上，所述二级臂（7）内腔底部设有二级臂滑台底座（14），所述二级臂滑台底座（14）上设有二级臂滑轨（15），二级臂滑轨（15）上装有二级臂滑台（16）；所述二级臂滑台底座（14）一端设有二级臂电机（17），二级臂电机（17）通过二级臂精密减速箱（42）与固定在二级臂滑台底座（14）另一端的二级臂滚珠丝杆（18）连接；所述二级臂滚珠丝杆（18）通过丝杆螺母（43）与二级臂滑台（16）连接；所述三级臂（8）固定在二级臂滑台（16）上；所述一级臂电机（12）和二级臂电机（17）为伺服电机或者步进电机。

5.如权利要求4所述的路面切割机器人，其特征在于，所述一级臂（6）内腔顶部和二级臂（7）内腔顶部均设有顶部滚轮（19）；所述一级臂滑台底座（9）和二级臂滑台底座（14）上均设有位置感应器（20）。

6.如权利要求3所述的路面切割机器人，其特征在于，所述三级臂（8）前端设有垂直滑台固定板（21），所述垂直滑台（3）安装在垂直滑台固定板（21）上；所述垂直滑台（3）顶部设有垂直运动伺服电机（22）；所述垂直滑台（3）底端连接主轴电机（23），主轴电机（23）底端连接钻铣刀刀夹（24），钻铣刀刀夹（24）底端连接钻铣刀（4）。

7.如权利要求1所述的路面切割机器人，其特征在于，所述回转臂（2）后端设有平衡梁（30），所述平衡梁（30）上设有激光发射器（31）；所述总控制盒（32）安装在回转臂（2）内腔中。

8.如权利要求1所述的路面切割机器人，其特征在于，所述底座（1）底面设有可通过升降液压缸（25）升降的移动脚轮（26），升降液压缸（25）安装在底座（1）内腔；所述底座（1）顶面环设有支撑圆盘滑轨（27），支撑圆盘滑轨（27）上设有用于支撑伸缩臂的支撑滑块（28）；所述底座（1）内腔设有支撑架（29），底座（1）内腔装有发电机（33）；所述底座（1）顶部中心装有回转臂伺服电机（34），所述承载及减速装置（5）安装在回转臂伺服电机（34）的安装座（35）上，所述承载及减速装置（5）通过转接法兰（36）与回转臂（2）连接；所述底座（1）内腔还装有推杆电机（37），所述推杆电机（37）与可伸出底座（1）顶面的限位柱（38）连接，所述伸缩臂底部装有可与限位柱（38）接触的接触感应器（39）。

9.如权利要求8所述的路面切割机器人，其特征在于，所述限位柱（38）穿过设于底座（1）顶面的圆柱直线轴承（40）。

10.如权利要求8所述的路面切割机器人，其特征在于，所述承载及减速装置（5）为谐波减速器、涡轮蜗杆减速箱、RV减速机、行星减速箱或传动齿轮。