CN106592353A - 无砟轨道智能装卸螺栓机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无砟轨道智能装卸螺栓机器人，包括机体、用于承载所述机体在轨道内侧沿轨道长度方向行走的行走机构、设置于所述机体并可沿轨道横向往复移动的机械臂；所述机械臂上设有用于拾取并将螺栓拧紧于轨道螺栓座或者将螺栓从轨道螺栓座上卸下的钳手，本发明的机器人能够实现无砟轨道螺栓更换的自动化、其具有劳动强度小、轨道的固定安全可靠的特点，另外，利用本机器人卸载的螺栓可自动回收，适应多路段更换螺栓要求、全场不需人工辅助。

Description

无砟轨道智能装卸螺栓机器人

技术领域

本发明涉及铁路现场自动更换螺栓的智能施工设备领域，具体是一种无砟轨道智能装卸螺栓机器人。

背景技术

高速铁路是现代铁路发展方向的共识，在国家“一带一路”战略的背景下中国高速铁路飞速发展，高铁建设将成为国家规划与工程应用领域至关重要的一环。长期以来，铁轨的换轨主要是依靠人力去实现，这不仅需要大量的人力，而且因为这种气动扳手太过沉重，这还是一项很艰苦的体力劳动。可以预测，未来将更少有人愿意做这项工作，因此无砟轨道智能装卸螺栓机器人应运而生。

高速铁路使用的是无砟轨道，无砟轨道采用混凝土、沥青等浇灌而成，因而无砟轨道具有稳定性高、少维修、轨道内侧平展、寿命长等优点。智能装卸螺栓机器人是在铁道线上用于装卸螺丝的机器，该机器可以自动控制履带在铁轨内侧作业，无砟轨道内侧的平展有利于提高履带行走的平稳性。当然，高铁轨道的固定还是采用螺栓固定，螺栓的装卸还是使用有咋轨道装卸螺栓的方法，现有半自动螺栓装卸机不仅需要人为搬动机器，还需要人为对准螺栓。智能装卸螺栓机器人在装卸螺栓时不需要人为辅助操作，只需要人在控制室监控车的动向。

因此，需要一种能够解决高铁轨道两侧螺栓自动化安装和卸载的问题的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，该机器人能够实现无砟轨道螺栓更换的自动化、其具有劳动强度小、轨道的固定安全可靠的特点，另外，利用本机器人卸载的螺栓可自动回收，适应多路段更换螺栓要求、全场不需人工辅助。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种能够解决高铁轨道两侧螺栓自动化安装和卸载的问题的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，该机器人能够实现无砟轨道螺栓更换的自动化、其具有劳动强度小、轨道的固定安全可靠的特点，另外，利用本机器人卸载的螺栓可自动回收，适应多路段更换螺栓要求、全场不需人工辅助。

本发明的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，包括机体、用于承载所述机体在轨道内侧沿轨道长度方向行走的行走机构、设置于所述机体并可沿轨道横向往复移动的机械臂；所述机械臂上设有用于拾取并将螺栓拧紧于轨道螺栓座或者将螺栓从轨道螺栓座上卸下的钳手；

进一步，所述钳手包括钳座和至少两个夹持块；所述夹持块与钳座之间形成四连杆机构，所述钳座滑动配合有用于驱动所述四连杆机构动作的滑杆，并通过该滑杆的往复滑动控制两所述夹持块夹紧或松弛；

本发明的无砟轨道智能装卸螺栓机器人还包括用于为所述钳手供应螺栓的自动送螺栓机构；所述自动送螺栓机构包括设置于所述机体用于储存螺栓的料槽、可沿机体横向往复滑动用于将螺栓移动至所述钳手正下方的运输槽以及用于将料槽内的螺栓逐一输送至运输槽内的送栓管；

进一步，所述行走机构为履带式底盘；

进一步，所述机械臂上设有用于驱动所述滑杆往复滑动的气缸以及用于驱动所述钳座绕滑杆轴线自转的电机；

进一步，所述夹持块的内侧形成槽型的夹持面，且两所述夹持块夹紧后使两夹持面相互配合形成与螺栓头部适形的六边形夹持口；

进一步，所述机体上沿横向设有用于引导所述运输槽往复移动的运输轨道，所述运输槽沿运输轨道向内滑动至死点位置时与所述送栓管的出口对应以承接来自送栓管的螺栓，运输槽沿运输轨道向外滑动至死点位置时可位于钳手正下方以向钳手供应螺栓；

进一步，所述机体沿横向设有翼板，所述翼板上设有横向导轨，所述机械臂通过该横向导轨沿机体横向往复滑动；所述机体沿竖直方向设有竖直导轨并通过该竖直导轨与所述横向导轨滑动配合使横向导轨可沿竖直方向往复滑动；

本发明的无砟轨道智能装卸螺栓机器人还包括用于控制行走机构、机械臂、钳手和运输槽动作的控制器；所述机体两侧分布有用于监控机体与轨道间距的激光传感器；所述翼板上设有用于监控钳手与螺栓相对位置的摄像机；所述履带式底盘上设有用于检测履带与地面的接触压力的压力传感器；所述激光传感器、摄像机和压力传感器的信号输出端均连接于所述控制器的信号输入端。

本发明的有益效果是：本发明的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，通过行走机构在无砟轨道内侧沿轨道的长度方向行走，设置在机体上的机械臂可沿横向往复移动，从而带动机械臂上的钳手移动，使钳手能够在螺栓供应位置拾取螺栓，并将螺栓移动到轨道内侧或外侧的螺栓座位置，再利用钳手带动螺栓转动，使螺栓能够旋入螺栓座内，实现轨道螺栓的自动安装，轨道螺栓拆卸时，钳手反转将螺栓从螺栓座上卸下，再带动卸下的螺栓向机体侧移动至废栓收集位置，最终实现螺栓的自动拆卸，本机器人能够解决高铁轨道两侧螺栓的自动化安装和卸载问题，使无砟轨道螺栓的更换实现自动化，有效减小工作人员的劳动强度，并且提高了轨道固定的安全性和可靠性，另外，利用本机器人卸载的螺栓可自动回收，适应多路段更换螺栓要求、全场不需人工辅助。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的自动送螺栓机构的示意图；

图3为本发明的钳手的结构示意图；

图4为本发明的夹持块的夹持面示意图；

图5为本发明的履带式底盘的示意图；

图6为本发明的无砟轨道的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明的自动送螺栓机构的示意图；图3为本发明的钳手1的结构示意图；图4为本发明的夹持块16的夹持面21示意图；图5为本发明的履带式底盘的示意图；图6为本发明的无砟轨道26的结构示意图，本实施例的无砟轨道26智能装卸螺栓机器人包括机体8、用于承载所述机体8在轨道26内侧沿轨道26长度方向行走的行走机构、设置于所述机体8并可沿轨道26横向往复移动的机械臂；本机架人进行作业时，其横向与轨道26横向保持一致，所述机械臂上设有用于拾取并将螺栓拧紧于轨道26螺栓座28或者将螺栓从轨道26螺栓座28上卸下的钳手1；本实施例的无砟轨道26智能装卸螺栓机器人，通过行走机构在无砟轨道26内侧沿轨道26的长度方向行走，设置在机体8上的机械臂可沿横向往复移动，从而带动机械臂上的钳手1移动，使钳手1能够在螺栓供应位置拾取螺栓，并将螺栓移动到轨道26内侧或外侧的螺栓座28位置，再利用钳手1带动螺栓转动，使螺栓能够旋入螺栓座28内，实现轨道26螺栓的自动安装，轨道26螺栓拆卸时，钳手1反转将螺栓从螺栓座28上卸下，再带动卸下的螺栓向机体8侧移动至废栓收集位置，最终实现螺栓的自动拆卸，本机器人能够解决高铁轨道26两侧螺栓的自动化安装和卸载问题，使无砟轨道26螺栓的更换实现自动化，有效减小工作人员的劳动强度，并且提高了轨道26固定的安全性和可靠性，另外，利用本机器人卸载的螺栓可自动回收，适应多路段更换螺栓要求、全场不需人工辅助。

本实施例中，所述钳手1包括钳座19和至少两个夹持块16；所述夹持块16与钳座19之间形成四连杆机构，所述钳座19滑动配合有用于驱动所述四连杆机构动作的滑杆2，并通过该滑杆2的往复滑动控制两所述夹持块16夹紧或松弛；本实施例的钳座19包括与滑杆2配合的套筒20和分列固定于套筒20外侧壁并对称设置的两个支架，两支架共同形成具有开口的矩形框结构，每个夹持块16均通过两连杆(第一连杆18和第二连杆17)连接于支架，使二者之间形成四边形连杆机构，其中第一连杆18向滑杆2侧延伸，滑杆2端部通过第三连杆与第一连杆18的延伸端铰接，滑杆2往复滑动时，第一连杆18将绕其与支架的铰接端摆动，使夹持块16夹紧或松弛。

本发明的无砟轨道26智能装卸螺栓机器人还包括用于为所述钳手1供应螺栓的自动送螺栓机构；所述自动送螺栓机构包括设置于所述机体8用于储存螺栓的料槽7、可沿机体8横向往复滑动用于将螺栓移动至所述钳手1正下方的运输槽11以及用于将料槽7内的螺栓逐一输送至运输槽11内的送栓管14；为控制螺栓输送的频率，送栓管14内可设置电磁阀，当运输槽11移动至送栓管14出口下方时，电磁阀开启，使一个螺栓滑落至运输槽11内，然后电磁阀关闭，所述钳手1与运输槽11相配合以便于钳手1夹取螺栓，从螺栓外侧夹取螺栓头与目前市场自动打螺丝机采用的打孔拧紧相比能传递更大的扭矩；提高了铁轨的稳定性及安全性，本实施例的运输槽11的宽度应稍大于螺栓杆部的外径，使螺栓能够以头部朝上的姿态直立在运输槽11内，保证钳手1能够直接夹持其头部，当需要对轨道26螺栓进行拆卸时，可将运输槽11更换为尺寸较大的废栓槽，此时，废栓槽应始终位于运输轨道9的横向外侧，以承接由钳手1卸下的废旧螺栓。

本实施例中，所述行走机构为履带式底盘13，履带式底盘13包括，传动轴系12、履带24、驱动轮25、托带轮、导向轮、支重轮22和动力驱动装置23，其具体结构为现有技术，不再赘述，采用履带式底盘作具有驱动力大，越野性能及稳定性好，爬坡能力大、转弯半径小，灵活性好的优点。

本实施例中，所述机械臂上设有用于驱动所述滑杆2往复滑动的气缸以及用于驱动所述钳座19绕滑杆2轴线自转的电机，本实施例中，滑杆2与气缸的活塞杆一体成型，当需要夹紧螺栓时，气缸的活塞杆向外伸出，使第一连杆18绕其与支架的铰接端转动，两夹持块16相对靠近，实现夹紧动作；当需要安装或拆卸螺栓时，电机驱动钳座19和绕滑杆2轴线转动，夹持块16在第一连杆18和第二连杆17的带动下也将绕滑杆2的轴线转动，从而将螺栓旋入螺栓座28或从螺栓座28拆除。

本实施例中，所述夹持块16的内侧形成槽型的夹持面21，且两所述夹持块16夹紧后使两夹持面21相互配合形成与螺栓头部适形的六边形夹持口，夹持块16上的槽型夹持面21的尺寸应根据螺栓头部的尺寸进行设计，保证两夹持块16夹紧后夹持面21能够与螺栓头部紧密贴合。

本实施例中，所述机体8上沿横向设有用于引导所述运输槽11往复移动的运输轨道9，运输导轨9上滑动配合一滑块10，所述运输槽11固定在该滑块10上，所述运输槽11沿运输轨道9向内滑动至死点位置时与所述送栓管14的出口对应以承接来自送栓管14的螺栓，运输槽11沿运输轨道9向外滑动至死点位置时可位于钳手1正下方以向钳手1供应螺栓；所述定位控制系统包括安装于机翼的纵向导轨用于机械臂的纵向移动，钳手1的横向移动距离和停留时间是由控制系统所控制；本机器人安装螺栓时，运输槽11在只在横向始末两个死点位置停留，开始位置用于接住从送栓管14里滑出的螺栓，末端位置停留让钳手1夹取螺栓；所述钳手1沿横向运行到起始端位置(靠近机体8的一端)的同时，运输槽11运行到末端位置(远离机体8的一端)并位于钳手1的正下方。

本实施例中，所述机体8沿横向设有翼板5，所述翼板5上设有横向导轨4，所述机械臂通过该横向导轨4沿机体8横向往复滑动；所述机体8沿竖直方向设有竖直导轨6并通过该竖直导轨6与所述横向导轨4滑动配合使横向导轨4可沿竖直方向往复滑动，其中，机械臂上端固定于一滑轨座3并通过该滑轨座3与横向导轨配合，机械臂、翼板5和横向导轨4均成对设置并分列在机体8的横向两侧，以同时对机体8两侧的轨道26螺栓进行安装或拆卸作业，本实施例中，机械臂在横向导轨4和竖直导轨6的配合下能够使钳手1移动到竖直平面内的任意一点，以准确的进行螺栓的抓取、安装和拆卸动作。

本实施例的无砟轨道26智能装卸螺栓机器人还包括用于控制行走机构、机械臂、钳手1和运输槽11动作的控制器；所述机体8两侧分布有用于监控机体8与轨道26间距的激光传感器；所述翼板5上设有用于监控钳手1与螺栓相对位置的摄像机；所述履带式底盘上设有用于检测履带与地面的接触压力的压力传感器；所述激光传感器、摄像机和压力传感器的信号输出端均连接于所述控制器的信号输入端，控制器可根据轨道26螺栓均匀分布的规律，计算出机器人在轨道26间准确的行进速度和停留时间，进而根据计算出的行进速度和停留时间对行走机构进行准确控制；另外，为避免履带在行走过程中与铁轨内侧产生摩擦碰撞，机体8两侧分布有激光传感器，以检测机器人周围预定范围内是否有障碍物，并根据检测结构控制行走机构的行走方向，CCD视觉摄像机安装于两侧机翼上，用于检测钳手1对螺栓进行拆装时，其是否对准被拆装的螺栓，并根据采集的信号控制机械臂的横向运动和竖直运动，压力传感器安装于履带机构用于检测履带与地面的接触压力，以此控制钳手1对螺栓施加的压力，进而对机械臂工作室的振动进行调整。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种无砟轨道智能装卸螺栓机器人，其特征在于：包括机体、用于承载所述机体在轨道内侧沿轨道长度方向行走的行走机构、设置于所述机体并可沿轨道横向往复移动的机械臂；所述机械臂上设有用于拾取并将螺栓拧紧于轨道螺栓座或者将螺栓从轨道螺栓座上卸下的钳手。

2.根据权利要求1所述的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，其特征在于：所述钳手包括钳座和至少两个夹持块；所述夹持块与钳座之间形成四连杆机构，所述钳座滑动配合有用于驱动所述四连杆机构动作的滑杆，并通过该滑杆的往复滑动控制两所述夹持块夹紧或松弛。

3.根据权利要求1所述的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，其特征在于：还包括用于为所述钳手供应螺栓的自动送螺栓机构；所述自动送螺栓机构包括设置于所述机体用于储存螺栓的料槽、可沿机体横向往复滑动用于将螺栓移动至所述钳手正下方的运输槽以及用于将料槽内的螺栓逐一输送至运输槽内的送栓管。

4.根据权利要求1所述的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，其特征在于：所述行走机构为履带式底盘。

5.根据权利要求2所述的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，其特征在于：所述机械臂上设有用于驱动所述滑杆往复滑动的气缸以及用于驱动所述钳座绕滑杆轴线自转的电机。

6.根据权利要求2所述的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，其特征在于：所述夹持块的内侧形成槽型的夹持面，且两所述夹持块夹紧后使两夹持面相互配合形成与螺栓头部适形的六边形夹持口。

7.根据权利要求3所述的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，其特征在于：所述机体上沿横向设有用于引导所述运输槽往复移动的运输轨道，所述运输槽沿运输轨道向内滑动至死点位置时与所述送栓管的出口对应以承接来自送栓管的螺栓，运输槽沿运输轨道向外滑动至死点位置时可位于钳手正下方以向钳手供应螺栓。

8.根据权利要求7所述的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，其特征在于：所述机体沿横向设有翼板，所述翼板上设有横向导轨，所述机械臂通过该横向导轨沿机体横向往复滑动；所述机体沿竖直方向设有竖直导轨并通过该竖直导轨与所述横向导轨滑动配合使横向导轨可沿竖直方向往复滑动。根据权利要求1所述的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，

9.根据权利要求3所述的无砟轨道智能装卸螺栓机器人，其特征在于：其特征在于：还包括用于控制行走机构、机械臂、钳手和运输槽动作的控制器；所述机体两侧分布有用于监控机体与轨道间距的激光传感器；所述翼板上设有用于监控钳手与螺栓相对位置的摄像机；所述履带式底盘上设有用于检测履带与地面的接触压力的压力传感器；所述激光传感器、摄像机和压力传感器的信号输出端均连接于所述控制器的信号输入端。