CN105643612A - 一种用于更换螺旋衬板的机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于更换螺旋衬板的机器人，包括移动车体、起重臂和机械手，机械手安装在起重臂上，移动车体设有支撑装置，所述的机械手包括俯仰关节、螺旋曲面贴合关节、安装孔定位关节以及联接工装，俯仰关节的端部设有连接起重臂的连接臂，螺旋曲面贴合关节设置在俯仰关节和安装孔定位关节之间，联接工装由底板、侧板和盖板组成，并具有设置安装孔定位关节的空间，在底板的两端分别倾斜设置具有弧面的连接器，螺旋衬板与联接工装把合后，连接器的弧面和螺旋衬板的螺旋曲面呈线性接触。本发明通过起重臂与各个关节之间的配合，对螺旋衬板进行定位，使其能够与立式搅拌磨上的螺旋托板贴合并对齐相应的安装孔，从而提高螺旋衬板更换的机械化程度与效率。

Description

一种用于更换螺旋衬板的机器人

技术领域

本发明属于立式搅拌磨技术领域，尤其涉及一种用于更换螺旋衬板的机器人。

背景技术

在矿山设备领域，磨机的衬板属于消耗品，需要定期更换，随着矿山设备技术的发展，磨机衬板的重量、尺寸规格越来越大，一块衬板的重量一般在1吨以上，甚至3-4吨，靠人工进行拆装更换会显著增加设备停机维护时间，并且存在很大的安全隐患。

传统的工业机器人负载一般在几十公斤左右，要求速度快，定位精确，由于负载不大，多为电机驱动。在技术上，负载越大，工业机器人的定位精度、强度、刚度保证起来越困难。因此，如果利用工业机器人进行磨机衬板的拆装更换，就首先要解决机器人负载和定位精度之间的矛盾。

通常一台大型立式搅拌磨的衬板重约2～3吨，外形复杂（为螺旋曲面结构），体积、重量大，现场安装极为不方便。因此，立式搅拌磨都是人工更换衬板，工人通过车间航车、手动葫芦、铰链、撬杠等将衬板放入磨体，费时费力，劳动强度极大，安全性很差。

目前在世界范围内的换衬板机器人只有适用于球磨机的，用于更换立式搅拌磨螺旋衬板的机器人还没有，而更换球磨机衬板的机器人并不能用于螺旋衬板的更换，这是因为，球磨机的衬板形状规则，机械手容易进行定位、把合，而立式搅拌磨的衬板外形为螺旋曲面，现有的更换球磨机机衬板的械手不能与螺旋衬板贴合，并不能完成对螺旋衬板的定位和拆装。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于更换螺旋衬板的机器人，该机器人具有能够与螺旋衬板相贴合的机械手，并通过机械手上的俯仰关节、螺旋曲面贴合关节以及安装孔定位关节对固定在机械手上的螺旋衬板进行定位，使其能够与立式搅拌磨上的螺旋托板贴合并对齐相应的安装孔，从而提高螺旋衬板更换的机械化程度与效率。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于更换螺旋衬板的机器人，包括移动车体、起重臂和机械手，机械手安装在起重臂上，移动车体设有支撑装置，所述的机械手包括俯仰关节、螺旋曲面贴合关节、安装孔定位关节以及联接工装，俯仰关节的端部设有连接起重臂的连接臂，螺旋曲面贴合关节设置在俯仰关节和安装孔定位关节之间，联接工装由底板、侧板和盖板组成，并具有设置安装孔定位关节的空间，在底板的两端分别倾斜设置具有弧面的连接器，待更换的螺旋衬板与联接工装把合后，连接器的弧面和螺旋衬板的螺旋曲面呈线性接触，并由螺旋曲面贴合关节调整联接工装上的螺旋衬板与地面的夹角，使螺旋衬板和立式搅拌磨螺旋托板相贴合，由安装孔定位关节带动联接工装和螺旋衬板在水平面内转动，以对齐螺旋衬板和螺旋托板上的安装孔。

优选的，所述的俯仰关节由俯仰连接板、支架以及直线液压缸组成，所述的连接臂设置在俯仰连接板的一端，支架转动连接在俯仰连接板的另一端，直线液压缸设置在俯仰连接板和支架之间，驱动支架转动以完成俯仰动作，以保持联接工装与地面平行；

所述的螺旋曲面贴合关节包括工装连接机构和摆动液压缸Ⅰ，摆动液压缸Ⅰ水平安装在所述支架下表面，其输出法兰连接在工装连接机构上，驱动螺旋曲面贴合关节转动；

所述的安装孔定位关节由竖直设置在联接工装上的摆动液压缸Ⅱ组成，摆动液压缸Ⅱ的底脚与所述的工装连接机构连接，摆动液压缸Ⅱ的输出法兰分别连接在联接工装的盖板和底板上，以驱动联接工装在水平面内转动。

优选的，所述直线液压缸、摆动液压缸Ⅰ以及摆动液压缸Ⅱ的液压油路上均设有平衡阀。

优选的，所述螺旋曲面贴合关节和安装孔定位关节的活动轴线的延长线均通过固定在联接工装上的螺旋衬板。

优选的，所述的侧板和底板设置为一体，并在侧板上设有垂直于底板的加强肋条。

优选的，所述的连接器为圆柱体结构，并在圆柱面上包覆橡胶板。

优选的，所述的机械手上设有倾角传感器和距离传感器，以限制机械手的工作行程。

优选的，所述的移动车体上设有电动机、液压泵、油站和蓄能器。

优选的，所述的联接工装与机械手相连接的一端宽度大于另一端的宽度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

第一，本发明中的机械手通过三个关节的协调完成机械手的俯仰、水平面以及竖直面的往复转动，进而实现对螺旋衬板姿态的逐步调整，使得螺旋衬板最终能够和立式搅拌磨螺旋托板贴合良好并对安装孔进行定位，极大地提高了螺旋衬板更换的机械化、自动化程度，降低了劳动强度，也可以避免人工作业中的安全隐患。

第二、本发明通过联接工装实现与螺旋衬板的连接，而联接工装的底板设有与螺旋衬板的螺旋曲面相匹配的连接器，连接器倾斜设置可以形成一定的夹角，并且其倾斜度和螺旋衬板的螺旋曲面参数相匹配，再加之连接器上的弧面设计，使得连接器和螺旋曲面之间为线性接触，这样能够保持和螺旋衬板之间良好的贴合程度，避免其在转移的过程中出现松动、偏移，保证连接的安全可靠。

第三，各个关节的驱动均由液压机构完成，结构简单紧凑，并使得驱动扭矩更大、运行更加平稳，而且摆动液压缸可以在极小的速度下运行，无爬升现象，零泄漏，定位精度高。

第四，在液压油路上设置平衡阀，可以使关节停在任意位置，便于对螺旋衬板的姿态进行调整以实现精确定位，并且，当停电或管路出现问题时，由于平衡阀的作用，可以将液压油缸锁死在当前位置，提高整个设备的安全性，无需再使用外部机械抱闸。

附图说明

图1是本发明的使用状态图。

图2是机械手的结构示意图。

图3是机械手的侧视图。

图4是联接工装与螺旋衬板把合后的结构示意图。

图5是联接工装的结构示意图。

图中标记：1、立式搅拌磨，2、螺旋衬板，3、机械手，301、俯仰连接板，302、直线液压缸，303、摆动液压缸Ⅱ，304、盖板，305、工装连接机构，306、支架，307、摆动液压缸Ⅰ，308、连接器，309、侧板，310、底板，311、吊环，312、加强肋条，313、螺栓孔，4、起重臂，5、移动车体。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体的实施方式对本发明作进一步的说明。

如图所示，一种用于更换螺旋衬板的机器人，包括移动车体5、起重臂4和机械手3，移动车体5四角设有支撑装置，并通过地脚螺栓与大地连接，避免倾覆，起重臂4安装在移动车体5上，可以完成转动、俯仰以及伸缩动作，机械手3安装在起重臂4上，包括联接工装、俯仰关节、螺旋曲面贴合关节以及安装孔定位关节，待更换的螺旋衬板把合在联接工装上，通过各个关节的逐步调整、配合，实现螺旋衬板2姿态的调整与定位，使得螺旋衬板2能够与立式搅拌磨1的螺旋托板相贴合，并且螺旋衬板2的安装孔与螺旋托板的安装孔对齐，从而实现螺旋衬板2的安装。

在机械手3的组成结构中，联接工装包括底座和盖板304，底座由底板310和侧板309组成，底板310和侧板309为一体结构，底板310的平面呈梯形，侧板309设有两个，并相对设置在底板310的同一侧，两侧板309形成一个喇叭口，盖板304通过螺栓安装在两个侧板309的端部，盖板304、侧板309和底板310形成容纳安装孔定位关节的安装空间，在底板310上设有两个连接器308，分别安装在底板310的两端，该连接器308为圆柱体结构，并根据螺旋衬板2曲面的参数倾斜设置，使其圆柱面可以和螺旋衬板2的曲面相接触，并相切于螺旋衬板2曲面，保证连接器308和螺旋衬板2曲面的线性接触，而且，在连接器308上还设有螺栓孔313，在把合螺旋衬板2的过程中，用高强度螺栓穿过连接器308上的螺栓孔313和螺旋衬板2上的起吊孔将螺旋衬板2连接在联接工装上，在底板310的一侧还设有半圆形的吊环311；

俯仰关节由俯仰连接板301和支架306通过销轴转动连接组成，并在俯仰连接板301和支架306之间设置直线液压缸302，由直线液压缸302的伸缩实现俯仰关节的俯仰动作，调整机械手3始终与地面保持平行，以保证另外两个关节定位的准确性；

螺旋曲面贴合关节包括工装连接机构305和摆动液压缸Ⅰ307，工装连接机构305具有一个安装摆动液压缸Ⅰ307的U形空间，摆动液压缸Ⅰ307水平设置在该U形空间内，并且其输出法兰的轴向朝向联接工装上固定的螺旋衬板2，摆动液压缸Ⅰ307的底脚安装在所述支架306的下表面，其输出法兰分别连接在该U形空间的两端，进而驱动联接工装以摆动液压缸Ⅰ307的输出法兰为轴心转动，以调整联接工装上的螺旋衬板2与水平面的夹角，使其和螺旋托板贴合；

安装孔定位关节由安装在联接工装上的摆动液压缸Ⅱ303组成，摆动液压缸Ⅱ303竖直设置在联接工装上相应的安装空间内，其底脚与工装连接机构（305）上的连接板相连接，两端的输出法兰分别连接在联接工装的盖板304和底板310上，以驱动联接工装在水平面内左右摆动，对螺旋衬板2和螺旋托板上的安装孔对齐。

所述的移动车体5上设有电动机、液压泵、油站、蓄能器等设备，并且在本机器人上设有多个监控装置和遥控装置，通过监控视频对各个关节进行监测，以便利用遥控装置对机械手3的姿态实时调整，此外，该机器人还设有不同颜色的指示灯和急停按钮，通过指示灯对系统运行情况以不同颜色的灯光进行显示和预警，并由急停按钮控制整个装置的停止。

优选的，所述的螺旋曲面贴合关节和安装孔定位关节的活动轴线的延长线均通过固定在联接工装上的螺旋衬板2。

优选的，所述的机械手3上设有倾角传感器、距离传感器等多种传感器，以限制机械手3的工作行程。

优选的，在各个液压油缸的液压油路上设置平衡阀，使得各个关节能够停在任意角度上，以应对突发事件。

所述的移动车体可以设置为自行行走或者由其他牵引车辆牵引行走。

利用本装置进行立式搅拌磨螺旋衬板更换的具体步骤如下：

1、牵引移动车体5，使得起重臂4靠近立式搅拌磨1，通过地脚螺栓将移动车体5上的支撑装置固定在地上；

2、用机械手3抓取待安装的螺旋衬板2，即通过高强度螺栓穿过连接器308上的螺栓孔313和螺旋衬板2上的起吊孔将螺旋衬板2和机械手3上的联接工装把合在一起；

3、经过起重臂4的转动、俯仰、伸缩以及机械手3各个关节的转动，并配合各种传感器，对螺旋衬板2进行定位，对齐螺旋衬板2与螺旋托板上的安装孔后，用螺栓穿过安装孔将螺旋衬板2固定在螺旋托板上；

4、卸下连接器308和衬板起吊孔上的高强度螺栓，移开机械手3；

5、转动螺旋搅拌器慢驱装置转动一个角度，将下一个待安装衬板的螺旋托板旋转至安装位置，并固定螺旋搅拌器；

6、重复上述步骤进行下一块衬板的安装。

Claims (9)

1.一种用于更换螺旋衬板的机器人，包括移动车体（5）、起重臂（4）和机械手（3），机械手（3）安装在起重臂（4）上，移动车体（5）设有支撑装置，其特征在于：所述的机械手（3）包括俯仰关节、螺旋曲面贴合关节、安装孔定位关节以及联接工装，俯仰关节的端部设有连接起重臂（4）的连接臂，螺旋曲面贴合关节设置在俯仰关节和安装孔定位关节之间，联接工装由底板（310）、侧板（309）和盖板（304）组成，并具有设置安装孔定位关节的空间，在底板（310）的两端分别倾斜设置具有弧面的连接器（308），待更换的螺旋衬板（2）与联接工装把合后，连接器（308）的弧面和螺旋衬板（2）的螺旋曲面呈线性接触，并由螺旋曲面贴合关节调整联接工装上的螺旋衬板（2）与地面的夹角，使螺旋衬板（2）和立式搅拌磨（1）的螺旋托板相贴合，由安装孔定位关节带动联接工装和螺旋衬板（2）在水平面内转动，以对齐螺旋衬板（2）和螺旋托板上的安装孔。

2.根据权利要求1所述的一种用于更换螺旋衬板的机器人，其特征在于：所述的俯仰关节由俯仰连接板（301）、支架（306）以及直线液压缸（302）组成，所述的连接臂设置在俯仰连接板（301）的一端，支架（306）转动连接在俯仰连接板（301）的另一端，直线液压缸（302）设置在俯仰连接板（301）和支架（306）之间，驱动支架（306）转动完成俯仰动作，以保持联接工装与地面平行；

所述的螺旋曲面贴合关节包括工装连接机构（305）和摆动液压缸Ⅰ（307），摆动液压缸Ⅰ（307）水平安装在所述支架（306）下表面，其输出法兰连接在工装连接机构（305）上，驱动螺旋曲面贴合关节转动；

所述的安装孔定位关节由竖直设置在联接工装上的摆动液压缸Ⅱ（303）组成，摆动液压缸Ⅱ（303）的底脚与所述的工装连接机构（305）连接，摆动液压缸Ⅱ（303）的输出法兰分别连接在联接工装的盖板（304）和底板（310）上，以驱动联接工装在水平面内转动。

3.根据权利要求2所述的一种用于更换螺旋衬板的机器人，其特征在于：所述直线液压缸（302）、摆动液压缸Ⅰ（307）以及摆动液压缸Ⅱ（303）的液压油路上均设有平衡阀。

4.根据权利要求1所述的一种用于更换螺旋衬板的机器人，其特征在于：所述螺旋曲面贴合关节和安装孔定位关节的活动轴线的延长线均通过固定在联接工装上的螺旋衬板（2）。

5.根据权利要求1所述的一种用于更换螺旋衬板的机器人，其特征在于：所述的侧板（309）和底板（310）设置为一体，并在侧板（309）上设有垂直于底板（310）的加强肋条（312）。

6.根据权利要求1所述的一种用于更换螺旋衬板的机器人，其特征在于：所述的连接器（308）为圆柱体结构，并在圆柱面上包覆橡胶板。

7.根据权利要求1所述的一种用于更换螺旋衬板的机器人，其特征在于：所述的机械手（3）上设有倾角传感器和距离传感器，以限制机械手（3）的工作行程。

8.根据权利要求1所述的一种用于更换螺旋衬板的机器人，其特征在于：所述的移动车体（5）上设有电动机、液压泵、油站以及蓄能器。

9.根据权利要求1所述的一种用于更换螺旋衬板的机器人，其特征在于：所述的联接工装与机械手（3）相连接的一端宽度大于另一端的宽度。