CN105904432A - 一种水利工程管件码垛工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水利工程管件码垛工业机器人，包括行走装置、可调支架、旋转装置、三自由度并联机构和夹持装置，可调支架位于行走装置后上方，旋转装置位于可调支架前端位置处，且旋转装置与可调支架固连，三自由度并联机构位于旋转装置与夹持装置之间，且三自由度并联机构上端与旋转装置相连接，三自由度并联机构下端与夹持装置相连接。本发明可实现对水利水电管道的抓取、搬运和堆放等一系列作业，且自动化程度高、运动平稳灵活，解决了人工搬运作业成本高、效率低和危险性大等问题，且夹持装置水平间距和垂直间距均可调，便于对不同直径大小的水利水电管道进行抓取，且抓取和堆放方便快速，搬运过程中夹持稳定牢固，不易滑脱，安全性好。

Description

一种水利工程管件码垛工业机器人

技术领域

本发明涉及水利水电工程机械领域，具体的说是一种水利工程管件码垛工业机器人。

背景技术

水电属于水利科技名词，意思是指水和电，水力发电等；水电是清洁能源，可再生、无污染、运行费用低，便于进行电力调峰，有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。在地球传统能源日益紧张的情况下，世界各国普遍优先开发水电，大力利用水能资源；中国不论是已探明的水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，都居世界第一位。水电资源是我国的优势资源，开发水电是能源产业发展与结构调整的要求，是国土资源利用与区域经济振兴的要求，是国家环境保护与可持续发展的要求。经过几十年的建设与实践，我国水电技术已居世界前列，足以支撑水电产业的蓬勃发展。国家电力体制的改革与水电投资主体的多元化，将给水电产业的发展注入新的活力。随着经济和社会的进一步发展，环保要求的日益提高，电力结构的优化调整，以及西部大开发战略的全面实施，我国水电产业迎来发展机会增加。

在水利水电工程中涉及到最多的也是最常见的工程就是管道铺设，而且水利水电工程中用到的管道都是重型大直径管道，水利水电工程中施工场地都是崎岖坑洼地带，一般轮式车辆难以进入，而且现在对于水利水电中用到的管道多采用人工抬运或者滚运，这样不仅占用了大量的劳动力，搬运成本高，而且搬运堆放效率低，同时其过程间容易造成一定的危险安全事故。鉴于此，本发明提供了一种水利工程管件码垛工业机器人。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种水利工程管件码垛工业机器人。

本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。

一种水利工程管件码垛工业机器人，包括行走装置、可调支架、旋转装置、三自由度并联机构和夹持装置；所述的可调支架位于行走装置后上方，旋转装置位于可调支架前端位置处，且旋转装置与可调支架固连，三自由度并联机构位于旋转装置与夹持装置之间，且三自由度并联机构上端与旋转装置相连接，三自由度并联机构下端与夹持装置相连接。

作为本发明的进一步改进，所述的行走装置包括底盘、驱动电机、驱动轴、行走带轮、锁紧扣和行走履带，且驱动电机、锁紧扣和行走履带的数量均为二，驱动轴和行走带轮数量为四；所述的底盘呈矩形结构，底盘前后两端分别开设有安装槽，驱动电机分别固定在底盘前后两侧的安装槽内，且驱动电机采用双轴同步输出电机，驱动轴一端与驱动电机输出轴相连接，驱动轴另一端与行走带轮相连接，且驱动轴与行走带轮之间通过锁紧扣进行固定，行走履带两端分别绕套在行走带轮上，且行走履带外侧均匀设置有半圆形防滑条；通过驱动电机的转动带动行走带轮的旋转，从而带动行走履带的运动，行走装置主要用于本发明的行走、移动和转向，且行走装置通过采用履带式结构更加便于不同地势地况的行走，使得本发明的适用性更强。

作为本发明的进一步改进，所述的可调支架包括转盘座、升降杆、伸缩横梁、第一转轴、调节连杆、第二转轴和第三转轴；所述的升降杆底端通过转盘座固定在底盘上端面，伸缩横梁后端通过第一转轴与升降杆顶端相连接，伸缩横梁采用双层可伸缩式结构，且伸缩横梁上层和下层之间采用支撑柱进行连接，伸缩横梁后端设置有第一耳座，伸缩横梁中部下端位置处设置有第二耳座，伸缩横梁前端设置有安装环，调节连杆一端通过第二转轴与伸缩横梁中部下端位置处的第二耳座相连接，调节连杆另一端通过第三转轴安装在升降杆中部位置处，且调节连杆呈工字型结构；升降杆可实现调节支架的整体旋转和整体高度调节的功能，伸缩横梁可进行水平横向长度的调节，同时通过调节连杆的伸缩运动可带动伸缩横梁以第一转轴为旋转中心进行局部旋转运动，从而实现了可调支架在垂直面上的整体角度的调节，可调支架在空间内可进行两平移两转动共四个自由度方向的运动，通过调节支架可实现本发明整体方位和角度的调整，且调节快速方便，便于本发明对水利水电管道搬运作业的进行。

作为本发明的进一步改进，所述的旋转装置包括旋转电机、电机座、旋转柱和旋转盘；所述的旋转电机采用低速大扭矩电机，旋转电机垂直倒立位于伸缩横梁前端的安装环内部，且旋转电机与伸缩横梁之间通过电机座进行固定，旋转电机主轴与旋转柱上端之间通过键进行连接，旋转柱下端与旋转盘相连接，旋转盘上端呈圆盘状结构，旋转盘下端沿其中心轴线呈周向方向均匀设置有连接柱，且连接柱呈阶梯状柱体结构；通过旋转装置可带动三自由度并联机构和夹持装置的整体旋转运动。

作为本发明的进一步改进，所述的三自由度并联机构包括定平台、动平台、耳座、转轴、电动推杆、球铰链、连接座和限位弹簧，且耳座、转轴、电动推杆、球铰链、连接座和限位弹簧的数量均为三；所述的定平台和动平台均呈圆形状结构，且动平台位于定平台正下方，耳座位于定平台的上端面上，且耳座之间的安装中心角度为60度，连接座位于动平台下端面上，且耳座与连接座分别一一对应；所述的电动推杆底端通过转轴安装在耳座上，电动推杆顶端与连接座之间通过球铰链进行连接，限位弹簧绕套在电动推杆上端；具体工作时，通过电动推杆的上下往复运动可带动动平台的运动，且通过限位弹簧降低了三自由度并联机构运动时抖动性，增加了三自由度并联机构运动的平稳性，三自由度并联机构与串联机构相比刚度大，运动灵活，结构稳定，承载能力强且微动精度高，三自由度并联机构采用3-RPS的并联机构的形式，通过三自由度并联机构带动整个夹持装置在空间内可进行一平移两转动共三个自由度方向的运动，三自由度并联机构主要用于本发明进行水利水电管道搬运堆放作业时的局部微小尺寸的调整。

作为本发明的进一步改进，所述的夹持装置包括固定板和夹持机构，且夹持机构数量为三；所述的夹持机构位于固定板正下方，且夹持机构沿固定板的横向中心轴线呈直线等间距布置；所述的夹持机构包括导向滑轨、第一滑块、上夹持爪、下夹持爪、拉伸弹簧、连接螺柱、第二滑块、液压缸、移动耳座、移动转销、气动推杆、固定耳座和固定转销；所述的导向滑轨呈条形状结构，且导向滑轨左右两侧分别设置有挡板，导向滑轨垂直断面呈工字型结构，第一滑块安装在导向滑轨上，且第一滑块沿导向滑轨的中心轴线分别对称布置，上夹持爪上端固定在第一滑块正下方，且上夹持爪呈四分之一圆形柱体结构，下夹持爪位于上夹持爪正下方，下夹持爪也为四分之一圆形柱体结构，拉伸弹簧位于上夹持爪和下夹持爪之间，且拉伸弹簧在上夹持爪和下夹持爪之间并排布置，拉伸弹簧上端通过连接螺柱与上夹持爪下端面相连接，拉伸弹簧下端通过连接螺柱与下夹持爪上端面相连接，第二滑块位于第一滑块外侧，且第二滑块安装在导向滑轨上，液压缸上端固定在第二滑块上，且液压缸采用单作用单级伸缩式液压缸，液压缸下端固定有移动耳座，气动推杆一端与移动耳座之间采用移动转销进行连接，气动推杆另一端通过固定转销与固定耳座相连接，固定耳座固定在下夹持爪外侧壁上，且移动耳座和固定耳座均呈U型结构；具体工作时，首先通过导向滑轨、第一滑块和第二滑块调整夹持装置夹持时的夹持直径；然后将上夹持爪和下夹持爪放置到待搬运的水利水电管道的外侧，其中拉伸弹簧一方面起到了本发明夹持水利水电管道时夹持直径尺寸调整变化的作用，另一方面起到了夹持水利水电管道后复位的作用；再通过气动推杆的伸展运动带动下夹持爪向内侧的挤压运动，更进一步将水利水电管道夹紧，防止水利水电管道在搬运过程中的滑脱；最后当水利水电管道搬运到目的地后，通过气动推杆的收缩运动带动下夹持爪向外侧的扩展运动，使得下夹持爪张开，将水利水电管道进行释放。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明可实现对水利水电管道的抓取、搬运和堆放等一系列作业，且自动化程度高、运动平稳灵活、作业效率高，解决了人工搬运作业成本高、效率低和危险性大等问题。

(2)本发明的行走装置主要用于行走、移动和转向，且行走装置通过采用履带式结构更加便于不同地势地况的行走，使得本发明的适用性更强。

(3)本发明的可调支架在空间内可进行两平移两转动共四个自由度方向的运动，通过调节支架可实现本发明整体方位和角度的调整，且调节快速方便，便于本发明对水利水电管道搬运作业的进行。

(4)本发明的三自由度并联机构与串联机构相比刚度大，运动灵活，结构稳定，承载能力强且微动精度高，三自由度并联机构采用3-RPS的并联机构的形式，通过三自由度并联机构带动整个夹持装置在空间内可进行一平移两转动共三个自由度方向的运动，三自由度并联机构主要用于本发明进行水利水电管道搬运堆放作业时的局部微小尺寸的调整。

(5)本发明的夹持装置水平间距和垂直间距均可调，便于对不同直径大小的水利水电管道进行抓取，且抓取和堆放方便快速，搬运过程中夹持稳定牢固，不易滑脱，安全性好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明行走装置、可调支架和旋转装置配合时的立体结构示意图；

图3是本发明三自由度并联机构和夹持装置配合时的立体结构示意图；

图4是本发明三自由度并联机构的主视图；

图5是本发明夹持装置的立体结构示意图；

图6是本发明夹持机构的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1至图6所示，一种水利工程管件码垛工业机器人，包括行走装置1、可调支架2、旋转装置3、三自由度并联机构4和夹持装置5；所述的可调支架2位于行走装置1后上方，旋转装置3位于可调支架2前端位置处，且旋转装置3与可调支架2固连，三自由度并联机构4位于旋转装置3与夹持装置5之间，且三自由度并联机构4上端与旋转装置3相连接，三自由度并联机构4下端与夹持装置5相连接。

如图2所示，所述的行走装置1包括底盘11、驱动电机12、驱动轴13、行走带轮14、锁紧扣15和行走履带16，且驱动电机12、锁紧扣15和行走履带16的数量均为二，驱动轴13和行走带轮14数量为四；所述的底盘11呈矩形结构，底盘11前后两端分别开设有安装槽，驱动电机12分别固定在底盘11前后两侧的安装槽内，且驱动电机12采用双轴同步输出电机，驱动轴13一端与驱动电机12输出轴相连接，驱动轴13另一端与行走带轮14相连接，且驱动轴13与行走带轮14之间通过锁紧扣15进行固定，行走履带16两端分别绕套在行走带轮14上，且行走履带16外侧均匀设置有半圆形防滑条；通过驱动电机12的转动带动行走带轮14的旋转，从而带动行走履带16的运动，行走装置1主要用于本发明的行走、移动和转向，且行走装置1通过采用履带式结构更加便于不同地势地况的行走，使得本发明的适用性更强。

如图2所示，所述的可调支架2包括转盘座21、升降杆22、伸缩横梁23、第一转轴24、调节连杆25、第二转轴26和第三转轴27；所述的升降杆22底端通过转盘座21固定在底盘11上端面，伸缩横梁23后端通过第一转轴24与升降杆22顶端相连接，伸缩横梁23采用双层可伸缩式结构，且伸缩横梁23上层和下层之间采用支撑柱进行连接，伸缩横梁23后端设置有第一耳座，伸缩横梁23中部下端位置处设置有第二耳座，伸缩横梁23前端设置有安装环，调节连杆25一端通过第二转轴26与伸缩横梁23中部下端位置处的第二耳座相连接，调节连杆25另一端通过第三转轴27安装在升降杆22中部位置处，且调节连杆25呈工字型结构；升降杆22可实现调节支架2的整体旋转和整体高度调节的功能，伸缩横梁23可进行水平横向长度的调节，同时通过调节连杆25的伸缩运动可带动伸缩横梁23以第一转轴24为旋转中心进行局部旋转运动，从而实现了可调支架2在垂直面上的整体角度的调节，可调支架2在空间内可进行两平移两转动共四个自由度方向的运动，通过调节支架2可实现本发明整体方位和角度的调整，且调节快速方便，便于本发明对水利水电管道搬运作业的进行。

如图2所示，所述的旋转装置3包括旋转电机31、电机座32、旋转柱33和旋转盘34；所述的旋转电机31采用低速大扭矩电机，旋转电机31垂直倒立位于伸缩横梁23前端的安装环内部，且旋转电机31与伸缩横梁23之间通过电机座32进行固定，旋转电机31主轴与旋转柱33上端之间通过键进行连接，旋转柱33下端与旋转盘34相连接，旋转盘34上端呈圆盘状结构，旋转盘34下端沿其中心轴线呈周向方向均匀设置有连接柱，且连接柱呈阶梯状柱体结构；通过旋转装置3可带动三自由度并联机构4和夹持装置5的整体旋转运动。

如图3和图4所示，所述的三自由度并联机构4包括定平台41、动平台42、耳座43、转轴44、电动推杆45、球铰链46、连接座47和限位弹簧48，且耳座43、转轴44、电动推杆45、球铰链46、连接座47和限位弹簧48的数量均为三；所述的定平台41和动平台42均呈圆形状结构，且动平台42位于定平台41正下方，耳座43位于定平台41的上端面上，且耳座43之间的安装中心角度为60度，连接座47位于动平台42下端面上，且耳座43与连接座47分别一一对应；所述的电动推杆45底端通过转轴44安装在耳座43上，电动推杆45顶端与连接座47之间通过球铰链46进行连接，限位弹簧48绕套在电动推杆45上端；具体工作时，通过电动推杆45的上下往复运动可带动动平台42的运动，且通过限位弹簧48降低了三自由度并联机构4运动时抖动性，增加了三自由度并联机构4运动的平稳性，三自由度并联机构4与串联机构相比刚度大，运动灵活，结构稳定，承载能力强且微动精度高，三自由度并联机构4采用3-RPS的并联机构的形式，通过三自由度并联机构4带动整个夹持装置5在空间内可进行一平移两转动共三个自由度方向的运动，三自由度并联机构4主要用于本发明进行水利水电管道搬运堆放作业时的局部微小尺寸的调整。

如图5和图6所示，所述的夹持装置5包括固定板51和夹持机构52，且夹持机构52数量为三；所述的夹持机构52位于固定板51正下方，且夹持机构52沿固定板51的横向中心轴线呈直线等间距布置；所述的夹持机构52包括导向滑轨521、第一滑块522、上夹持爪523、下夹持爪524、拉伸弹簧525、连接螺柱526、第二滑块527、液压缸528、移动耳座529、移动转销5210、气动推杆5211、固定耳座5212和固定转销5213；所述的导向滑轨521呈条形状结构，且导向滑轨521左右两侧分别设置有挡板，导向滑轨521垂直断面呈工字型结构，第一滑块522安装在导向滑轨521上，且第一滑块522沿导向滑轨521的中心轴线分别对称布置，上夹持爪523上端固定在第一滑块522正下方，且上夹持爪523呈四分之一圆形柱体结构，下夹持爪524位于上夹持爪523正下方，下夹持爪524也为四分之一圆形柱体结构，拉伸弹簧525位于上夹持爪523和下夹持爪524之间，且拉伸弹簧525在上夹持爪523和下夹持爪524之间并排布置，拉伸弹簧525上端通过连接螺柱526与上夹持爪523下端面相连接，拉伸弹簧525下端通过连接螺柱526与下夹持爪524上端面相连接，第二滑块527位于第一滑块522外侧，且第二滑块527安装在导向滑轨521上，液压缸528上端固定在第二滑块527上，且液压缸528采用单作用单级伸缩式液压缸，液压缸528下端固定有移动耳座529，气动推杆5211一端与移动耳座529之间采用移动转销5210进行连接，气动推杆5211另一端通过固定转销5213与固定耳座5212相连接，固定耳座5212固定在下夹持爪5247外侧壁上，且移动耳座529和固定耳座5212均呈U型结构；具体工作时，首先通过导向滑轨521、第一滑块522和第二滑块527调整夹持装置夹持时的夹持直径；然后将上夹持爪523和下夹持爪524放置到待搬运的水利水电管道的外侧，其中拉伸弹簧525一方面起到了本发明夹持水利水电管道时夹持直径尺寸调整变化的作用，另一方面起到了夹持水利水电管道后复位的作用；再通过气动推杆5211的伸展运动带动下夹持爪524向内侧的挤压运动，更进一步将水利水电管道夹紧，防止水利水电管道在搬运过程中的滑脱；最后当水利水电管道搬运到目的地后，通过气动推杆5211的收缩运动带动下夹持524爪向外侧的扩展运动，使得下夹持爪524张开，将水利水电管道进行释放。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种水利工程管件码垛工业机器人，其特征在于：包括行走装置、可调支架、旋转装置、三自由度并联机构和夹持装置；所述的可调支架位于行走装置后上方，旋转装置位于可调支架前端位置处，且旋转装置与可调支架固连，三自由度并联机构位于旋转装置与夹持装置之间，且三自由度并联机构上端与旋转装置相连接，三自由度并联机构下端与夹持装置相连接；其中：

所述的行走装置包括底盘、驱动电机、驱动轴、行走带轮、锁紧扣和行走履带，且驱动电机、锁紧扣和行走履带的数量均为二，驱动轴和行走带轮数量为四；所述的底盘呈矩形结构，底盘前后两端分别开设有安装槽，驱动电机分别固定在底盘前后两侧的安装槽内，且驱动电机采用双轴同步输出电机，驱动轴一端与驱动电机输出轴相连接，驱动轴另一端与行走带轮相连接，且驱动轴与行走带轮之间通过锁紧扣进行固定，行走履带两端分别绕套在行走带轮上，且行走履带外侧均匀设置有半圆形防滑条；

所述的三自由度并联机构包括定平台、动平台、耳座、转轴、电动推杆、球铰链、连接座和限位弹簧，且耳座、转轴、电动推杆、球铰链、连接座和限位弹簧的数量均为三；所述的定平台和动平台均呈圆形状结构，且动平台位于定平台正下方，耳座位于定平台的上端面上，且耳座之间的安装中心角度为60度，连接座位于动平台下端面上，且耳座与连接座分别一一对应；所述的电动推杆底端通过转轴安装在耳座上，电动推杆顶端与连接座之间通过球铰链进行连接，限位弹簧绕套在电动推杆上端；

所述的夹持装置包括固定板和夹持机构，且夹持机构数量为三；所述的夹持机构位于固定板正下方，且夹持机构沿固定板的横向中心轴线呈直线等间距布置；所述的夹持机构包括导向滑轨、第一滑块、上夹持爪、下夹持爪、拉伸弹簧、连接螺柱、第二滑块、液压缸、移动耳座、移动转销、气动推杆、固定耳座和固定转销；所述的导向滑轨呈条形状结构，且导向滑轨左右两侧分别设置有挡板，导向滑轨垂直断面呈工字型结构，第一滑块安装在导向滑轨上，且第一滑块沿导向滑轨的中心轴线分别对称布置，上夹持爪上端固定在第一滑块正下方，且上夹持爪呈四分之一圆形柱体结构，下夹持爪位于上夹持爪正下方，下夹持爪也为四分之一圆形柱体结构，拉伸弹簧位于上夹持爪和下夹持爪之间，且拉伸弹簧在上夹持爪和下夹持爪之间并排布置，拉伸弹簧上端通过连接螺柱与上夹持爪下端面相连接，拉伸弹簧下端通过连接螺柱与下夹持爪上端面相连接，第二滑块位于第一滑块外侧，且第二滑块安装在导向滑轨上，液压缸上端固定在第二滑块上，且液压缸采用单作用单级伸缩式液压缸，液压缸下端固定有移动耳座，气动推杆一端与移动耳座之间采用移动转销进行连接，气动推杆另一端通过固定转销与固定耳座相连接，固定耳座固定在下夹持爪外侧壁上，且移动耳座和固定耳座均呈U型结构。

2.根据权利要求1所述的一种水利工程管件码垛工业机器人，其特征在于：所述的旋转装置包括旋转电机、电机座、旋转柱和旋转盘；所述的旋转电机采用低速大扭矩电机，旋转电机垂直倒立位于伸缩横梁前端的安装环内部，且旋转电机与伸缩横梁之间通过电机座进行固定，旋转电机主轴与旋转柱上端之间通过键进行连接，旋转柱下端与旋转盘相连接，旋转盘上端呈圆盘状结构，旋转盘下端沿其中心轴线呈周向方向均匀设置有连接柱，且连接柱呈阶梯状柱体结构。

3.根据权利要求1所述的一种水利工程管件码垛工业机器人，其特征在于：所述的可调支架包括转盘座、升降杆、伸缩横梁、第一转轴、调节连杆、第二转轴和第三转轴；所述的升降杆底端通过转盘座固定在底盘上端面，伸缩横梁后端通过第一转轴与升降杆顶端相连接，伸缩横梁采用双层可伸缩式结构，且伸缩横梁上层和下层之间采用支撑柱进行连接，伸缩横梁后端设置有第一耳座，伸缩横梁中部下端位置处设置有第二耳座，伸缩横梁前端设置有安装环，调节连杆一端通过第二转轴与伸缩横梁中部下端位置处的第二耳座相连接，调节连杆另一端通过第三转轴安装在升降杆中部位置处，且调节连杆呈工字型结构。