CN105459129A - 一种基于电磁吸盘的煤矿提升机巡检机器人机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿用提升机巡检爬升机器人的结构，属于煤矿用提升机检测和维修设备。结构包括两个二自由度腕部结构、与两个二自由度腕部结构铰接在一起的爬升机械臂，两个二自由度腕部结构底部分别设有电磁吸盘。腕部结构安装在电磁吸盘上，另一端通过轴与机械臂连接，两机械臂通过轴连接，由电机驱动，实现除工作的吸盘外的其他部位的旋转和，两个吸盘交替移动实现机器人的爬升。利用电磁吸盘通过电磁吸引抓紧提升机支架表面，不会对支架表面的喷漆造成破坏。多自由度之间的调节可以使爬升机器人到达支架结构长度范围内的任何表面，运动灵活，可以横向运动或变换工作平面。其结构简单，自重小，能到达任何空间位置适应复杂工况。

Description

一种基于电磁吸盘的煤矿提升机巡检机器人机构
技术领域
本发明涉及一种机器人机构，尤其是一种适用于煤矿用提升机检测和维修的基于电磁吸盘的煤矿提升机巡检机器人机构，属于煤矿提升机检测装置。
背景技术
矿用提升机主要用于矿井下调度矿车及其它辅助牵引用，亦可用于煤矿、冶金矿山、建筑工地等场合作拖运、提升工作或其他辅助搬运工作，但不得作载人使用。
但是目前矿用提升机的检测和维护方式比较落后，一般采用卷扬机或其他升降设备安装载人台人为检查，因此会增加人工危险。近几年兴起的爬升机器人一般采用电磁驱动摩擦轮压紧是机器人连续爬升或者利用气动元件加紧蠕动爬升或者利用卡爪抓紧桥梁构建实现连续爬升，而后利用其携带的检测和喷漆设备对桥梁进行检查和维护，而这些压紧或抓紧的固定方式并不适用于提升机的检测，无论上述那种固定方式，必定会对提升机揽绳或钢材表面的喷漆或保护层造成破坏。并且这些机器人存在重量大，活动不够灵活，能耗大等缺点。因此此类机器人在检查和维护提升机上并未取得广泛应用。
发明内容
技术问题：本发明的目的要克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、多自由度，活动灵活，能适应复杂环境的基于电磁吸盘的提升机巡检爬升机器人结构。
技术方案：本发明的基于电磁吸盘的矿用提升机巡检爬升机器人结构，包括两个二自由度腕部结构、与两个二自由度腕部结构铰接在一起的爬升机械臂，两个二自由度腕部结构底部分别设有电磁吸盘；
所述的二自由度腕部结构包括：回转驱动齿轮、旋转轴、从动齿轮、电磁吸盘、步进电机、驱动齿轮、连接轴、深沟球轴承、回转从动齿轮、齿轮端套筒、轴端套筒、底部连接件和轴承安装件；所述底部连接件设在电磁吸盘的上表面，所述步进电机和轴承安装件设在底部连接件的上表面，所述回转驱动齿轮设在步进电机的输出轴上，所述回转从动齿轮设在旋转轴上与回转驱动齿轮相啮合，所述旋转轴上设有推力轴承，并设有用于限位的齿轮端套筒和轴端套筒；所述旋转轴的上表面固定有U形槽架，U形槽架上设有与机械臂相连的连接轴和电机，电机输出轴上设有驱动齿轮，连接轴上设有与驱动齿轮相啮合的从动齿轮；
所述的爬升机械臂包括：机构臂一、机构臂二、臂部驱动齿轮、臂部从动齿轮、旋转轴、步进电机、球轴承；所述两个机构臂通过连接轴铰接在一起，球轴承安装在旋转轴上，步进电机设在机构臂一上，臂部驱动齿轮设在步进电机输出轴上，臂部从动齿轮设在旋转轴上并与臂部驱动齿轮相啮合，两个机构臂分别与二自由度腕部结构的从动齿轮铰接在一起。
所述的爬升机械臂以及底部连接件由铝合金材料制成。
所述连接轴两端套装有固定在U形槽架上的深沟球轴承。
有益效果：本发明采用电磁吸盘为固定底盘、二自由度腕部结构和爬升机械臂结构，两个二自由度腕部结构，腕部结构安装在电磁吸盘上，另一端通过轴与机械臂连接，两机械臂通过轴连接，由电机驱动，两机械臂的另外两端分别连接一个二自由度腕部结构，实现除工作的吸盘外的其他部位的旋转和，两个吸盘交替移动实现机器人的爬升。通过两对齿轮副、两步进电机、以及连接件构成。电磁吸盘工作后吸紧钢材，两个电磁吸盘保证机器人始终抓紧提升机支架体，二自由度腕部通过齿轮副实现旋转或或旋转一起动作，使得两电磁吸盘交替上升。吸盘通电后吸紧提升机支架后相当于机械臂基座，未通电吸盘相当于执行端，二自由度腕部转动和及两臂之间的使未通电吸盘动作至目标位置后，未通电吸盘通电，通电吸盘断电，重复上述动作即可实现爬升运动。
由于底部连接件用螺栓固定在吸盘上，步进电机和推力轴承的轴承座同样用螺栓安装在底部连接件上表面，而齿轮副安装在底部连接件内部，两齿轮由锁紧螺母分别固定在电机轴和输出转轴上，两推力轴承同样安装在输出转轴上保证输出轴的自由转动，此种方式实现腕部的第一个自由度。输出轴上端为平面结构，平面上部与轴的安装件固定在一起，小轴中间开键槽，通过键与从动大齿轮连接进行传动，轴两端套深沟球轴承，安装在安装板件上，同样由带减速器的步进电机驱动，从而实现了二自由度腕部与臂之间的自由度。
本发明用电磁吸盘通过电磁吸引抓紧提升机支架表面，不会对支架表面的喷漆造成破坏。多自由度之间的调节可以使爬升机器人到达支架结构长度范围内的任何表面，运动灵活，可以横向运动或变换工作平面。机械臂以及连接件采用铝合金材料制成，在保证强度的同时还能尽量的减轻重量，同时不易被腐蚀。两臂之间通过轴连接，轴中间开槽，通过键与从动大齿轮传动，轴两端套深沟球轴承，安装在两臂连接处的通孔上，同样由带减速器的步进电机驱动小齿轮，实现两臂之间的自由度。其结构简单，自重较小，活动灵活，可适用于各种不同钢构桥的检测和维护。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的二自由度腕部结构图。
图3为本发明的立体结构轴测图。
图中：1-回转驱动齿轮，2-旋转轴，3-推力轴承，4-从动齿轮，5-电磁吸盘，6-步进电机，7-驱动齿轮，8-连接轴，9-深沟球轴承，10-机构臂一，12-臂部从动齿轮，11-臂部驱动齿轮，13-机构臂二，15-回转从动齿轮，16-齿轮端套筒，17-轴端套筒，18-底部连接件，19-轴承安装件，20－旋转轴，21步进电机，22球轴承,23－U形槽架，24－电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的基于电磁吸盘的铁架桥爬升机器人结构，主要由两个二自由度腕部结构、与两个二自由度腕部结构铰接在一起的爬升机械臂，两个二自由度腕部结构底部分别设有电磁吸盘5构成；
所述的二自由度腕部结构包括：回转驱动齿轮1、旋转轴2、从动齿轮4、电磁吸盘5、步进电机6、驱动齿轮7、连接轴8、深沟球轴承9、回转从动齿轮15、齿轮端套筒16、轴端套筒17、底部连接件18和轴承安装件19；所述底部连接件18设在电磁吸盘5的上表面，所述步进电机6和轴承安装件19设在底部连接件18的上表面，所述回转驱动齿轮1设在步进电机6的输出轴上，所述回转从动齿轮15设在旋转轴2上与回转驱动齿轮1相啮合，所述旋转轴2上设有推力轴承3，并设有用于限位的齿轮端套筒16和轴端套筒17；所述旋转轴2的上表面固定有U形槽架23，U形槽架23上设有与机械臂相连的连接轴8和电机24，电机24输出轴上设有驱动齿轮7，连接轴8上设有与驱动齿轮7相啮合的从动齿轮4；所述连接轴8两端套装有固定在U形槽架23上的深沟球轴承9。
所述的爬升机械臂包括：机构臂一10、机构臂二13、臂部驱动齿轮11、臂部从动齿轮12、旋转轴20、步进电机21、球轴承22；所述两个机构臂通过旋转轴20铰接在一起，球轴承22安装在连接轴20上，步进电机21设在机构臂一10上，臂部驱动齿轮11设在步进电机21输出轴上，臂部从动齿轮12设在旋转轴20上并与臂部驱动齿轮11相啮合，两个机构臂分别与二自由度腕部结构的从动齿轮4铰接在一起。所述的爬升机械臂以及底部连接件18均由铝合金材料制成。
如图1-2所示，基于电磁吸盘的提升机巡检爬升机器人结构，包括电磁吸盘5；由回转驱动齿轮1、回转从动齿轮15、推力轴承3、步进电机6、驱动齿轮7、连接轴8、深沟球轴承9、扣紧螺母14、齿轮端套筒16、轴端套筒17组成的二自由度腕部结构；由机构臂一10、机构臂二13、以及臂部驱动齿轮11、臂部从动齿轮12、旋转轴20和步进电机21，深沟球轴承22组成的臂部结构。
如图2所示，底部连接件18通过螺栓安装在电磁吸盘的上表面，步进电机6和轴承安装件19通过螺栓安装在底部连接件18的上表面，回转驱动齿轮1和回转从动齿轮15分别安装在电机轴和旋转轴2上端部用扣紧螺母14固定，旋转轴2上套两个推力轴承3，并用齿轮端套筒16和轴端套筒17限位。旋转轴2上表面与U形槽架23固定，连接轴8两端套深沟球轴承9,中间通过键与从动齿轮4链接并与机构臂一10固定在一起，两端深沟球轴承9和步进电机6安装在U形槽架23上。
如图2所示，步进电机21和球轴承22安装在臂10上，旋转轴20两端套在轴承上，中间以键连接的方式与齿轮12和臂13固定在一起，从而实现两臂之间的。
工作时：两个吸盘5中的一个通电后吸紧提升机支架钢材，两个二自由度腕部通过齿轮副1实现旋转或或旋转一起动作，配合两臂10和13之间的，将未通电的吸盘送至下一步要达到的地方，然后未通电吸盘得电吸紧提升机支架，通电吸盘失电重复之前动作，使得两电磁吸盘交替上升。

Claims (3)

1.一种基于电磁吸盘的铁架桥爬升机器人结构，其特征在于：它包括两个二自由度腕部结构、与两个二自由度腕部结构铰接在一起的爬升机械臂，两个二自由度腕部结构底部分别设有电磁吸盘（5）；
所述的二自由度腕部结构包括：回转驱动齿轮（1）、旋转轴（2）、从动齿轮（4）、电磁吸盘（5）、步进电机（6）、驱动齿轮（7）、连接轴（8）、深沟球轴承（9）、回转从动齿轮（15）、齿轮端套筒（16）、轴端套筒（17）、底部连接件（18）和轴承安装件（19）；所述底部连接件（18）设在电磁吸盘（5）的上表面，所述步进电机（6）和轴承安装件（19）设在底部连接件（18）的上表面，所述回转驱动齿轮（1）设在步进电机（6）的输出轴上，所述回转从动齿轮（15）设在旋转轴（2）上与回转驱动齿轮（1）相啮合，所述旋转轴（2）上设有推力轴承（3），并设有用于限位的齿轮端套筒（16）和轴端套筒（17）；所述旋转轴（2）的上表面固定有U形槽架（23），U形槽架（23）上设有与机械臂相连的连接轴（8）和电机（24），电机（24）输出轴上设有驱动齿轮（7），连接轴（8）上设有与驱动齿轮（7）相啮合的从动齿轮（4）；
所述的爬升机械臂包括：机构臂一（10）、机构臂二（13）、臂部驱动齿轮（11）、臂部从动齿轮（12）、旋转轴（20）、步进电机（21）、球轴承（22）；所述两个机构臂通过连接轴（20）铰接在一起，球轴承（22）安装在旋转轴（20）上，步进电机（21）设在机构臂一（10）上，臂部驱动齿轮（11）设在步进电机（21）输出轴上，臂部从动齿轮（12）设在旋转轴（20）上并与臂部驱动齿轮（11）相啮合，两个机构臂分别与二自由度腕部结构的从动齿轮（4）铰接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种基于电磁吸盘的铁架桥爬升机器人结构，其特征在于：所述的爬升机械臂以及底部连接件由铝合金材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种基于电磁吸盘的铁架桥爬升机器人结构，其特征在于：所述连接轴（8）两端套装有固定在U形槽架（23）上的深沟球轴承（9）。
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