CN105905593A - 一种全方位水利钢管安装机器人用执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全方位水利钢管安装机器人用执行器，包括混联机构和夹持装置；所述的混联机构位于夹持装置正上方，且混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、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，其移动底架采用一平移的串联结构，四自由度并联机构采用4‑UPS形式的并联机构，可实现一平移三转动共四个自由度方向的运动，通过混联机构带动整个夹持装置在空间内可进行两平移三转动共五个自由度方向的运动，混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。

Description

一种全方位水利钢管安装机器人用执行器

技术领域

本发明涉及水利水电工程机械领域，具体的说是一种全方位水利钢管安装机器人用执行器。

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，本发明提供了一种全方位水利钢管安装机器人用执行器。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种全方位水利钢管安装机器人用执行器。

本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。

一种全方位水利钢管安装机器人用执行器，包括混联机构和夹持装置；所述的混联机构位于夹持装置正上方，且混联机构下端与夹持装置相连接。

作为本发明的进一步改进，所述的混联机构包括移动底架和四自由度并联机构，移动底架位于四自由度并联机构上方，且移动底架与四自由度并联机构固连；所述的移动底架包括底板、移动滑轨、滑块、限位弹簧和锁紧柱，且移动滑轨和滑块的数量均为四，限位弹簧数量为十六，锁紧柱的数量为三十二；所述的底板固定在四自由度并联机构上，移动滑轨沿底板的纵向中心轴线分别对称布置，移动滑轨两端分别设置有挡板，滑块安装在移动滑轨上，限位弹簧位于滑块与移动滑轨的挡板之间，且限位弹簧一端通过锁紧柱与移动滑轨的挡板相连接，限位弹簧另一端通过锁紧柱与滑块相连接，且移动滑轨的挡板内侧面和滑块的前后端面上均开设有安装螺纹孔，锁紧柱一端设置有用于固定限位弹簧的锁紧扣，锁紧柱另一端设置有与安装螺纹孔相配合的外螺纹；移动底架采用一平移的串联结构，移动底架可进行前后移动，通过移动底架可带动四自由度并联机构的上下移动；所述的四自由度并联机构包括定平台、虎克铰、伸缩杆、球铰链和动平台，且虎克铰、伸缩杆和球铰链的数量均为四；所述的定平台和动平台均为圆盘状结构，且动平台位于定平台正下方，定平台上端部分和动平台下端部分均分别设置有安装螺纹，伸缩杆底端通过虎克铰与滑块相连接，伸缩杆顶端通过球铰链与动平台相连接；四自由度并联机构采用4-UPS形式的并联机构，可实现一平移三转动共四个自由度方向的运动，运动效果好，运动自由度多，结构紧凑且承载能力强；在本发明中，通过混联机构带动整个夹持装置在空间内可进行两平移三转动共五个自由度方向的运动，混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)本发明的移动底架采用一平移的串联结构，四自由度并联机构采用4-UPS形式的并联机构，可实现一平移三转动共四个自由度方向的运动，运动效果好，运动自由度多，结构紧凑且承载能力强，通过混联机构带动整个夹持装置在空间内可进行两平移三转动共五个自由度方向的运动，混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。

(3)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是本发明混联机构的立体结构示意图；

图3是本发明夹持装置的立体结构示意图；

图4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4所示，一种全方位水利钢管安装机器人用执行器，包括混联机构4和夹持装置5；所述的混联机构4位于夹持装置5正上方，且混联机构4下端与夹持装置5相连接。

如图1和图2所示，所述的混联机构4包括移动底架41和四自由度并联机构42，移动底架41位于四自由度并联机构42上方，且移动底架41与四自由度并联机构42固连；所述的移动底架41包括底板411、移动滑轨412、滑块413、限位弹簧414和锁紧柱415，且移动滑轨412和滑块413的数量均为四，限位弹簧414数量为十六，锁紧柱415的数量为三十二；所述的底板411固定在四自由度并联机构42上，移动滑轨412沿底板411的纵向中心轴线分别对称布置，移动滑轨412两端分别设置有挡板，滑块413安装在移动滑轨412上，限位弹簧414位于滑块413与移动滑轨412的挡板之间，且限位弹簧414一端通过锁紧柱415与移动滑轨412的挡板相连接，限位弹簧414另一端通过锁紧柱415与滑块413相连接，且移动滑轨412的挡板内侧面和滑块413的前后端面上均开设有安装螺纹孔，锁紧柱415一端设置有用于固定限位弹簧414的锁紧扣，锁紧柱415另一端设置有与安装螺纹孔相配合的外螺纹；移动底架41采用一平移的串联结构，移动底架41可进行前后移动，通过移动底架41可带动四自由度并联机构4的上下移动；所述的四自由度并联机构42包括定平台421、虎克铰422、伸缩杆423、球铰链424和动平台425，且虎克铰422、伸缩杆423和球铰链424的数量均为四；所述的定平台421和动平台425均为圆盘状结构，且动平台425位于定平台421正下方，定平台421上端部分和动平台425下端部分均分别设置有安装螺纹，伸缩杆423底端通过虎克铰422与滑块413相连接，伸缩杆423顶端通过球铰链422与动平台425相连接；四自由度并联机构42采用4-UPS形式的并联机构，可实现一平移三转动共四个自由度方向的运动，运动效果好，运动自由度多，结构紧凑且承载能力强；在本发明中，通过混联机构4带动整个夹持装置5在空间内可进行两平移三转动共五个自由度方向的运动，混联机构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3和图4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 (1)

1.一种全方位水利钢管安装机器人用执行器，其特征在于：包括混联机构和夹持装置；所述的混联机构位于夹持装置正上方，且混联机构下端与夹持装置相连接；其中：

所述的混联机构包括移动底架和四自由度并联机构，移动底架位于四自由度并联机构上方，且移动底架与四自由度并联机构固连；

所述的移动底架包括底板、移动滑轨、滑块、限位弹簧和锁紧柱，且移动滑轨和滑块的数量均为四，限位弹簧数量为十六，锁紧柱的数量为三十二；所述的底板固定在四自由度并联机构上，移动滑轨沿底板的纵向中心轴线分别对称布置，移动滑轨两端分别设置有挡板，滑块安装在移动滑轨上，限位弹簧位于滑块与移动滑轨的挡板之间，且限位弹簧一端通过锁紧柱与移动滑轨的挡板相连接，限位弹簧另一端通过锁紧柱与滑块相连接，且移动滑轨的挡板内侧面和滑块的前后端面上均开设有安装螺纹孔，锁紧柱一端设置有用于固定限位弹簧的锁紧扣，锁紧柱另一端设置有与安装螺纹孔相配合的外螺纹；

所述的四自由度并联机构包括定平台、虎克铰、伸缩杆、球铰链和动平台，且虎克铰、伸缩杆和球铰链的数量均为四；所述的定平台和动平台均为圆盘状结构，且动平台位于定平台正下方，定平台上端部分和动平台下端部分均分别设置有安装螺纹，伸缩杆底端通过虎克铰与滑块相连接，伸缩杆顶端通过球铰链与动平台相连接；

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。