CN106005084A - 液压爬杆机器人及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压爬杆机器人及其工作方法，包括双作用往复液压缸、缸底夹紧器以及活塞杆夹紧器，双作用往复液压缸的底部安装有一缸底夹紧器，双作用往复液压缸的活塞杆端部安装有一活塞杆夹紧器，在缸底夹紧器、双作用往复液压缸以及活塞杆夹紧器的轴心制有一个贯通的中心孔，用于爬行的杆依次穿过缸底夹紧器、双作用往复液压缸以及活塞杆夹紧器的轴心的中心孔；双作用往复液压缸连接液压动力包。本机器人活塞杆与活塞杆夹紧器一体化设计，缸底与缸底夹紧器一体化设计，螺纹连接结构紧凑，采用楔形接触面使夹紧力成倍增加，夹紧力大。

Description

液压爬杆机器人及其工作方法

技术领域

本发明属于液压领域，尤其是一种液压爬杆机器人及其工作方法。

背景技术

液压爬杆机器人的可用于起重、安装、维修等，例如在建筑领域提升建筑构件，其功能是在一个限定的距离范围内，即杆的长度范围，沿杆的方向双向移动的功能，具有夹紧力大，负载能力强的优点。目前，现有的爬杆机器人，采用的夹紧方式有气缸直接夹紧、弹性卡爪、连杆机构等方式，存在缺点夹紧力小，夹紧部位为点接触为主导致压强大且容易松脱，突然失去动力会造成脱落危险等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种液压爬杆机器人，采用碟簧压紧、液压释放、楔形接触面增力，圆柱面锁紧等技术，增强夹紧力，可靠性强。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种液压爬杆机器人，其特征在于：包括双作用往复液压缸、缸底夹紧器以及活塞杆夹紧器，双作用往复液压缸的底部安装有一缸底夹紧器，双作用往复液压缸的活塞杆端部安装有一活塞杆夹紧器，在缸底夹紧器、双作用往复液压缸以及活塞杆夹紧器的轴心制有一个贯通的中心孔，用于爬行的杆依次穿过缸底夹紧器、双作用往复液压缸以及活塞杆夹紧器的轴心的中心孔；双作用往复液压缸连接液压动力包。

而且，具体连接结构：液压动力包包括了电机、液压马达、油箱、溢流阀、液控单向阀、电磁开关阀，双作用往复液压缸内的两端输入/输出压力油的端口分别通过管路连接液压马达的两端，连接管路上均安装有一单向阀，液压马达依次连接电机、吸油过滤器以及油箱，液压马达与电机之间安装有一联轴器；液压马达还通过两根溢流管路分别连通油箱并在溢流管路上分别安装有溢流阀。

而且，双作用往复液压缸包括液压缸缸体、活塞杆、套筒、活塞，液压缸缸体为一制有轴向腔体的柱体结构，液压缸缸体的轴向一端固装有缸底封闭液压缸缸体的底端；在液压缸缸体的轴向腔体内同轴安装有一活塞杆，该活塞杆的轴向一端部伸出液压缸缸体的轴向另一端，活塞杆的另一端制有活塞，活塞滑动安装在液压缸缸体的轴向腔体内，活塞将液压缸缸体的轴向腔体分隔成互不连通两部分，该两部分的端部分别制有用于输入/输出压力油的端口；

活塞杆内同轴制有一中心孔，在活塞杆的中心孔内同轴密封套装有一套筒，该套筒的上端密封固装在缸底上，缸底的中心制有一中心孔，从而使缸底的中心孔与活塞杆的中心孔同轴连通，并且将中心孔与液压缸内部油路分隔开；缸底、套筒以及液压缸缸体共同组成密封的轴向腔体，活塞杆以及活塞在该轴向腔体内进行轴向移动，该套筒内部导向滑动套装杆。

而且，缸底夹紧器固装在缸底上端，或一体制成在缸底上端，缸底夹紧器制有同轴的中心孔，缸底夹紧器包括夹紧器活塞、碟簧、锁紧套、锥形DU套以及压套，缸底夹紧器的主体为同轴套装在杆外的环形柱体结构，缸底夹紧器内部由下向上依次安装夹紧器活塞、夹紧组件以及碟簧，夹紧组件是由内向外套装在中心孔外的锁紧套、锥形DU套以及压套组成，压套和锁紧套之间制有楔形接触面，将碟簧的压力转变为锁紧套的锁紧力。

一种液压爬杆机器人的工作方法，其特征在于：具体工作过程：

⑴液压爬杆机器人在初始位置时，液压缸完全缩回；四个电磁开关阀均不得电，没有压力油进入缸底夹紧器和活塞杆夹紧器，两个夹紧器的碟簧压迫压套，压套和锁紧套之间的楔形接触面将碟簧的压力转变为锁紧套的锁紧力，锁紧套抱住杆，两个夹紧器均处于锁紧状态；

⑵向上爬行开始时，电机带动液压马达旋转，向液压缸供油，压力油进入缸底夹紧器，推动夹紧器活塞移动；活塞克服碟簧的压力顶开压套，锁紧套失去压力松开，缸底夹紧器处于释放状态；此时活塞杆夹紧器仍处于夹紧状态，活塞杆不动，液压缸缸体带着缸底夹紧器向上移动一个行程的距离；到达行程终点后，缸底夹紧器再次夹紧，电机带动液压马达反向旋转，向液压缸反向供油；同时，活塞杆夹紧器处于释放状态，液压缸缸体不动，活塞杆带着活塞杆夹紧器向上移动一个行程的距离；到达行程终点后，活塞杆夹紧器夹紧，一个行程循环结束，重复这一行程循环，即可实现液压爬杆机器人向上爬行；

⑶向下爬行的过程与向上类似，动作顺序相反；开始时，活塞杆夹紧器处于释放状态；同时向液压缸供油，活塞杆带动活塞杆夹紧器向下伸出；到达行程终点后，活塞杆夹紧器夹紧，电机带动液压马达反向旋转，缸底夹紧器处于释放状态，液压缸缸体带着缸底夹紧器向下移动；到达行程终点后，重新失电，缸底夹紧器夹紧，一个行程循环结束；重复这一个行程循环，实现液压爬杆机器人向下爬行。

本发明的优点和积极效果是：

1、本机器人活塞杆与活塞杆夹紧器一体化设计，缸底与缸底夹紧器一体化设计，螺纹连接结构紧凑，采用楔形接触面使夹紧力成倍增加，夹紧力大。

2、本机器人的锁紧面为圆柱面，夹紧力大，负载能力强。

3、本机器人采用和缸底相连的套筒，套筒外径与活塞杆中心孔内径之间设有密封和导向，将中心孔与液压缸内部油路分隔开，工作可靠、无外泄漏。

4、本机器人的液压缸上带有液压动力包和可充电电池，集成度高，结构紧凑，无需外接动力源。

5、本机器人的夹紧器采用碟簧夹紧、液压释放的方式，夹紧可靠，释放迅速，系统故障失去动力时自动锁紧，安全性好。

附图说明

图1为液压爬杆机器人原理图；

图2为液压爬杆机器人内部结构图；

图3为图2的E部局部放大图。

附图标记表示：1油箱；2吸油过滤器；3液压马达；4电机；5单向阀；6溢流阀；7液控单向阀；8电控开关阀；9活塞杆夹紧器；10双作用往复液压缸；11缸底夹紧器；12杆；13联轴器；14可充电电池；15液压缸缸体；16活塞杆；17套筒；18活塞；19夹紧器活塞；20锥形DU套；21压套；22碟簧；23锁紧套；24缸底；25液压动力包。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种液压爬杆机器人，包括双作用往复液压缸10、缸底夹紧器11以及活塞杆夹紧器9，双作用往复液压缸的底部安装有一缸底夹紧器，双作用往复液压缸的活塞杆端部安装有一活塞杆夹紧器，在缸底夹紧器、双作用往复液压缸以及活塞杆夹紧器的轴心制有一个贯通的中心孔，工作时，用于爬行的杆12依次穿过缸底夹紧器、双作用往复液压缸以及活塞杆夹紧器的轴心的中心孔，双作用往复液压缸连接液压动力包；液压缸的伸出和缩回动作均由液压马达3的控制，夹紧器的夹紧和释放由电控开关阀控制8，液压缸与夹紧器配合动作，实现液压爬杆机器人向上或者向下爬行。

具体连接结构：

液压动力包25包括了电机4、液压马达3、油箱1、溢流阀6、液控单向阀7、电磁开关阀8，具体连接结构参见附图1所示，双作用往复液压缸内的两端A口和B口分别通过管路连接液压马达3的两端，连接管路上均安装有一单向阀5，液压马达依次连接电机、吸油过滤器以及油箱，液压马达与电机之间安装有一联轴器13；液压马达还通过两根溢流管路分别连通油箱并在溢流管路上分别安装有溢流阀6；上述A口和B口分别通过的管路还分别通过一安装有液控单向阀7的管路直接连接油箱。

双作用往复液压缸10包括液压缸缸体15、活塞杆16、套筒17、活塞18，液压缸缸体为一制有轴向腔体的柱体结构，液压缸缸体的轴向一端固装有缸底24封闭液压缸缸体的底端；在液压缸缸体的轴向腔体内同轴安装有一活塞杆，该活塞杆的轴向一端部伸出液压缸缸体的轴向另一端，活塞杆的另一端制有活塞18，活塞滑动安装在液压缸缸体的轴向腔体内，活塞将液压缸缸体的轴向腔体分隔成互不连通两部分，该两部分的端部分别制有用于输入/输出压力油的A口和B口；

活塞杆内同轴制有一中心孔，在活塞杆的中心孔内同轴密封套装有一套筒17，该套筒的上端密封固装在缸底上，缸底的中心制有一中心孔，从而使缸底的中心孔与活塞杆的中心孔同轴连通，并且将中心孔与液压缸内部油路分隔开；缸底、套筒以及液压缸缸体共同组成密封的轴向腔体，活塞杆以及活塞在该轴向腔体内进行轴向移动。

该套筒内部导向滑动套装杆12；液压缸缸体外部还安装有一可充电电池14。

缸底夹紧器11固装在缸底上端，或一体制成在缸底上端，缸底夹紧器制有同轴的中心孔，缸底夹紧器包括夹紧器活塞19、碟簧22、锁紧套23、锥形DU套20以及压套21，缸底夹紧器的主体为同轴套装在杆外的环形柱体结构，缸底夹紧器内部由下向上依次安装夹紧器活塞19、夹紧组件以及碟簧22组成，夹紧组件是由内向外套装在中心孔外的锁紧套23、锥形DU套20以及压套21，压套和锁紧套之间制有楔形接触面，将碟簧的压力转变为锁紧套的锁紧力；而压套和锁紧套之间的锥形DU套，起到润滑的作用。

活塞杆夹紧器9固装在活塞杆的伸出端端部，活塞杆夹紧器的结构与缸底夹紧器相同，安装方向与缸底夹紧器相反。

本机器人爬杆的工作过程：

⑴液压爬杆机器人在初始位置时，液压缸完全缩回；四个电磁开关阀均不得电(电磁阀得电时油路接通，不得电时油路切断)，没有压力油进入夹紧器，夹紧器的碟簧压迫压套，压套和锁紧套之间的楔形接触面将碟簧的压力转变为锁紧套的锁紧力，锁紧套抱住杆，两个夹紧器均处于锁紧状态；

⑵向上爬行开始时，

电机带动液压马达旋转，向液压缸B口供油；同时电磁开关阀3DT得电，电磁开关阀3DT打开，压力油进入缸底夹紧器，推动夹紧器活塞移动；活塞克服碟簧的压力顶开压套，锁紧套失去压力松开，缸底夹紧器处于释放状态；

此时活塞杆夹紧器仍处于夹紧状态，活塞杆不动，液压缸缸体带着缸底夹紧器向上移动一个行程的距离；

到达行程终点后，电磁开关阀3DT重新处于失电状态，缸底夹紧器再次夹紧，电机带动液压马达反向旋转，向液压缸A口供油；

同时，电磁开关阀1DT得电，活塞杆夹紧器处于释放状态，液压缸缸体不动，活塞杆带着活塞杆夹紧器向上移动一个行程的距离；

到达行程终点后，电磁开关阀1DT重新失电，活塞杆夹紧器夹紧，一个行程循环结束。重复这一行程循环，即可实现液压爬杆机器人向上爬行。

⑶向下爬行的过程与向上类似。

开始时，电磁开关阀2DT得电，活塞杆夹紧器处于释放状态；同时向液压缸B口供油，活塞杆带动活塞杆夹紧器向下伸出；到达行程终点后，电磁开关阀2DT失电，活塞杆夹紧器夹紧，电机带动液压马达反向旋转，向液压缸A口供油；电磁开关阀4DT得电，缸底夹紧器处于释放状态，液压缸缸体带着缸底夹紧器向下移动；到达行程终点后，电磁开关阀4DT重新失电，夹紧器11夹紧，一个行程循环结束；

重复这一行程循环，即可实现液压爬杆机器人向下爬行。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种液压爬杆机器人，其特征在于：包括双作用往复液压缸、缸底夹紧器以及活塞杆夹紧器，双作用往复液压缸的底部安装有一缸底夹紧器，双作用往复液压缸的活塞杆端部安装有一活塞杆夹紧器，在缸底夹紧器、双作用往复液压缸以及活塞杆夹紧器的轴心制有一个贯通的中心孔，用于爬行的杆依次穿过缸底夹紧器、双作用往复液压缸以及活塞杆夹紧器的轴心的中心孔；双作用往复液压缸连接液压动力包。

2.根据权利要求1所述的液压爬杆机器人，其特征在于：具体连接结构：液压动力包包括了电机、液压马达、油箱、溢流阀、液控单向阀、电磁开关阀，双作用往复液压缸内的两端输入/输出压力油的端口分别通过管路连接液压马达的两端，连接管路上均安装有一单向阀，液压马达依次连接电机、吸油过滤器以及油箱，液压马达与电机之间安装有一联轴器；液压马达还通过两根溢流管路分别连通油箱并在溢流管路上分别安装有溢流阀。

3.根据权利要求1所述的液压爬杆机器人，其特征在于：双作用往复液压缸包括液压缸缸体、活塞杆、套筒、活塞，液压缸缸体为一制有轴向腔体的柱体结构，液压缸缸体的轴向一端固装有缸底封闭液压缸缸体的底端；在液压缸缸体的轴向腔体内同轴安装有一活塞杆，该活塞杆的轴向一端部伸出液压缸缸体的轴向另一端，活塞杆的另一端制有活塞，活塞滑动安装在液压缸缸体的轴向腔体内，活塞将液压缸缸体的轴向腔体分隔成互不连通两部分，该两部分的端部分别制有用于输入/输出压力油的端口；

活塞杆内同轴制有一中心孔，在活塞杆的中心孔内同轴密封套装有一套筒，该套筒的上端密封固装在缸底上，缸底的中心制有一中心孔，从而使缸底的中心孔与活塞杆的中心孔同轴连通，并且将中心孔与液压缸内部油路分隔开；缸底、套筒以及液压缸缸体共同组成密封的轴向腔体，活塞杆以及活塞在该轴向腔体内进行轴向移动，该套筒内部导向滑动套装杆。

4.根据权利要求1所述的液压爬杆机器人，其特征在于：缸底夹紧器固装在缸底上端，或一体制成在缸底上端，缸底夹紧器制有同轴的中心孔，缸底夹紧器包括夹紧器活塞、碟簧、锁紧套、锥形DU套以及压套，缸底夹紧器的主体为同轴套装在杆外的环形柱体结构，缸底夹紧器内部由下向上依次安装夹紧器活塞、夹紧组件以及碟簧，夹紧组件是由内向外套装在中心孔外的锁紧套、锥形DU套以及压套组成，压套和锁紧套之间制有楔形接触面，将碟簧的压力转变为锁紧套的锁紧力。

5.一种液压爬杆机器人的工作方法，其特征在于：具体工作过程：

⑴液压爬杆机器人在初始位置时，液压缸完全缩回；四个电磁开关阀均不得电，没有压力油进入缸底夹紧器和活塞杆夹紧器，两个夹紧器的碟簧压迫压套，压套和锁紧套之间的楔形接触面将碟簧的压力转变为锁紧套的锁紧力，锁紧套抱住杆，两个夹紧器均处于锁紧状态；

⑵向上爬行开始时，电机带动液压马达旋转，向液压缸供油，压力油进入缸底夹紧器，推动夹紧器活塞移动；活塞克服碟簧的压力顶开压套，锁紧套失去压力松开，缸底夹紧器处于释放状态；此时活塞杆夹紧器仍处于夹紧状态，活塞杆不动，液压缸缸体带着缸底夹紧器向上移动一个行程的距离；到达行程终点后，缸底夹紧器再次夹紧，电机带动液压马达反向旋转，向液压缸反向供油；同时，活塞杆夹紧器处于释放状态，液压缸缸体不动，活塞杆带着活塞杆夹紧器向上移动一个行程的距离；到达行程终点后，活塞杆夹紧器夹紧，一个行程循环结束，重复这一行程循环，即可实现液压爬杆机器人向上爬行；

⑶向下爬行的过程与向上类似，动作顺序相反；开始时，活塞杆夹紧器处于释放状态；同时向液压缸供油，活塞杆带动活塞杆夹紧器向下伸出；到达行程终点后，活塞杆夹紧器夹紧，电机带动液压马达反向旋转，缸底夹紧器处于释放状态，液压缸缸体带着缸底夹紧器向下移动；到达行程终点后，重新失电，缸底夹紧器夹紧，一个行程循环结束；重复这一个行程循环，实现液压爬杆机器人向下爬行。