CN108214529A - 一种用于管道堵塞机器人的机械手夹具及其堵塞方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流体管道不停输堵塞技术领域，尤其是一种用于管道堵塞机器人的机械手夹具及其堵塞方法，机械手夹具包括安装在机械手上的下堵连箱以及安装在下堵连箱的空腔内的驱动模组，驱动模组包括固定在空腔内的驱动气缸和滑动安装在空腔内的滑动座，滑动座由驱动气缸驱动，滑动座的外端部安装有外环电磁吸盘，滑动座内设有驱动电机，驱动电机主轴的端部安装有内环电磁吸盘，外环电磁吸盘、内环电磁吸盘、驱动电机、驱动气缸均由PLC控制器控制，PLC控制器安装在工业机器人上。本发明的机械手夹具通过外环电磁吸盘可以抓取堵塞件，然后通过内环电磁吸盘驱动转盘实现堵塞盘由内向外封堵堵塞座，实现机械化下堵工作。
Description
技术领域
本发明涉及流体管道不停输堵塞技术领域，尤其是一种用于管道堵塞机器人的机械手夹具及其堵塞方法。
背景技术
为了输送天然气、煤气等燃气，经常需要在已经铺设好的、正在使用的输气管道上增设支路管，为了不影响输气管道正常输气，就需要在不停止输气的条件下增设支管道。目前的不停止输气条件下增设支管的方法是现在输气管道上焊接一个接线管件，管件上端口有一个堵塞座，在堵塞座上方安装一个起隔离作用的夹板阀，夹板阀的上方安装接切线设备，新接管线与管件侧壁相连通，然后利用接切线设备在输气管道上开孔，开孔完毕后，拆除接切线设备，使用下堵器进行堵塞作业，现有技术中的堵塞作业通常存在以下技术问题：1、现有技术中的堵塞作业通常是由技术人员借助下堵器来完成，而燃气属于易燃易爆品，操作人员存在安全隐患，尤其是在高温环境下；2、现有技术中的机械手夹具无法应用于下堵工作，还没有一种夹具可以实现对堵塞盘进行由内向外式的封堵操作；3、下堵器本身较重，在下堵过程中要多个人配合操作，劳动强度大且效率低；4、在进行堵塞固定时，操作员无法直观地看到堵塞盘的位置和堵漏状况，只能凭经验固定，存在堵塞固定不到位，管道内部气体泄漏的问题；5、在堵塞进行堵漏时，堵塞的位置可能出现偏移，或者下堵器内存在的铁屑等杂质也会阻碍堵塞运动，此时堵塞会被卡住，操作人员无法判断具体是何种原因，在何处出现故障，操作员只能凭经验处理这种情况。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种用于管道堵塞机器人的机械手夹具及其堵塞方法，配合堵塞件实现由内向外式的封堵操作。
为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：
本发明的用于管道堵塞机器人的机械手夹具固定安装在工业机器人的机械手上，所述机械手夹具包括安装在机械手上的下堵连箱以及安装在下堵连箱的空腔内的驱动模组，所述驱动模组包括固定在空腔内的驱动气缸和滑动安装在空腔内的滑动座，所述滑动座由驱动气缸驱动，所述滑动座的外端部安装有外环电磁吸盘，所述滑动座内设有驱动电机，所述驱动电机主轴的端部安装有内环电磁吸盘，所述内环电磁吸盘通过联轴器与所述驱动电机主轴连接。
本发明所述机械手夹具用于夹取堵塞件并下堵到堵塞座内形成密封，所述堵塞件包括堵塞盘、转盘和与转盘铰接的多个限位板，所述堵塞盘的中心位置处设有转盘槽，所述转盘可转动地安装在转盘槽内，所述转盘槽的外周向上设有多个沿堵塞盘径向布置的限位槽，所述限位板滑动安装在限位槽内，所述转盘通过拨叉与所述限位板铰接，所述转盘通过拨叉驱动所述限位板在所述限位槽内伸缩滑动。
本发明所述转盘的中心位置处设有凹槽，所述内环电磁吸盘深入到凹槽内并吸合住转盘，所述限位槽上方还固定有盖板，所述盖板的中心位置设有让内环电磁吸盘通过的通孔，所述盖板和转盘由磁性金属材料制成，所述外环电磁吸盘吸合所述盖板，所述堵塞座的内周面上开设有环形槽，所述驱动气缸通过外环电磁吸盘驱动堵塞盘进入到堵塞座内部之后所述驱动电机通过内环电磁吸盘驱动限位板插入到所述环形槽内形成对堵塞盘的限位固定。
本发明所述外环电磁吸盘、内环电磁吸盘、驱动电机、驱动气缸均由PLC控制器控制，所述PLC控制器安装在所述工业机器人上，所述工业机器人为KUKA机器人，所述KUKA机器人由远程监控终端进行远程控制。
本发明所述下堵连箱内还设有图像采集模块，所述图像采集模块连接于所述远程监控终端，所述图像采集模块包括设置于所述下堵连箱内的摄像头、固定安装所述摄像头的固定座，所述固定座内还安装有无线收发模块，所述摄像头采集到的图像信息通过无线收发模块发送给所述远程监控终端。
本发明所述堵塞盘下侧外圆周面上设有至少一个密封沟槽，所述密封沟槽内安装有密封圈。
本发明所述外环电磁吸盘包括绝缘壳体和位于绝缘壳体内部的隔磁槽，所述隔磁槽内具有绝缘隔层，所述绝缘隔层内设置有线圈，所述隔磁槽的开口朝向所述堵塞盘且开口由隔板密封。
本发明所述外环电磁吸盘内还设有接线盒，所述接线盒内的接线端子与所述线圈电连接。
本发明还提供一种堵塞方法，使用上述的用于管道堵塞机器人的机械手夹具，包括以下步骤：
S01、增设支管道：在输气管道上焊接一个接线管件，接线管件与支管道连通，然后在接线管件的上端口上安装堵塞座，然后提供一种夹板阀，所述夹板阀由伺服电机驱动开启或关闭，在堵塞座上方安装所述夹板阀，夹板阀的上方安装接切线设备，然后利用接切线设备在输气管道上开孔，开孔后输气管道内的气体通过接线管件进入支管道，开孔完毕后，拆除接切线设备，使用机械手夹具进行堵塞作业；
S02、抓取堵塞件：工业机器人根据预输入的编程指令控制下堵连箱运动到指定位置，然后驱动气缸下行推动外环电磁吸盘和内环电磁吸盘朝向指定位置处的堵塞件运动，当内环电磁吸盘进入到转盘中心的凹槽中后完成定位，然后PLC控制器控制外环电磁吸盘和内环电磁吸盘导通，外环电磁吸盘吸合堵塞件，内环电磁吸盘吸合转盘，同时驱动电机驱动转盘旋转使限位板缩入到限位槽中；
S03、下放堵塞件：工业机器人根据预输入的编程指令控制下堵连箱运动到夹板阀的上方，然后驱动气缸驱动堵塞件下行，堵塞件进入到夹板阀的阀口内并密封住阀口，然后伺服电机驱动阀芯偏离阀口打开夹板阀，然后驱动气缸驱动堵塞件继续下行直至堵塞件顶靠到接线管件的上端口处，然后驱动电机驱动限位板插入到堵塞座的环形槽中，至此堵塞件下放定位完成，堵塞件密封住堵塞座；
S04、回收设备：堵塞完成后PLC控制器控制外环电磁吸盘和内环电磁吸盘退磁，然后驱动气缸回程，外环电磁吸盘和内环电磁吸盘缩回到下堵连箱内，然后移开下堵连箱并移除夹板阀，完成下堵工作。
本发明的用于管道堵塞机器人的机械手夹具及其堵塞方法的有益效果是：1.本发明的机械手夹具通过外环电磁吸盘可以抓取堵塞件，然后通过内环电磁吸盘驱动转盘实现堵塞盘由内向外封堵堵塞座，实现机械化下堵工作；2.本发明的机械手夹具可以直接安装在工业机器人的机械手上使用，通用性强，该机械手夹具能够代替人工进行下堵工作，工作效率高且安全可靠；3.远程监控人员可通过图像采集模块观察到堵塞下堵过程的状态，及时发现故障及原因，减少下堵出错率，如果发生故障监控人员可以通过控制工业机器人进行重新定位校准，或者重新进行下堵工作；4.整个下堵工作由一个监控人员便可以完成，监控人员只需要输入相应的指令便可远程控制完成下堵工作，降低了下堵工作对成熟技术人员的依赖，而且人力成本大大降低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本实施例的机械手夹具的结构示意图；
图2是本实施例的机械手夹具的使用状态示意图；
图3是本实施例的堵塞件的结构示意图；
图4是本实施例的工业机器人的使用状态示意图；
图5是本实施例的外环电磁吸盘的结构示意图；
图6是本实施例的下堵状态示意图。
其中：夹板阀1；机械手夹具2，下堵连箱21，驱动气缸22，滑动座23，驱动电机24，外环电磁吸盘25，绝缘壳体251，绝缘隔层252，线圈253，内环电磁吸盘26；堵塞件3，转盘31，拨叉32，限位板33，堵塞盘34；图像采集模块4；工业机器人5；堵塞座6；输气管道7；支管道8；接线管件9。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-5所示，本实施例的用于管道堵塞机器人的机械手夹具，固定安装在工业机器人5的机械手上，其中，工业机器人5为KUKA机器人，KUKA机器人由远程监控终端进行远程控制，其远程控制方法可参见第“CN201210320368.7”号，名称为“工业机器人远程控制方法”的发明专利公开的远程控制方法，通过工业机器人5操动机械手夹具2，机械手夹具2包括安装在机械手上的下堵连箱21以及安装在下堵连箱21的空腔内的驱动模组，驱动模组包括固定在空腔内的驱动气缸22和滑动安装在空腔内的滑动座23，滑动座23由驱动气缸22驱动，可以在空腔内设置导向轨，在滑动座23上用螺栓固定安装具有滑槽的滑块，通过滑块和滑轨实现滑动座23的导向，滑动座23的外端部安装有外环电磁吸盘25，滑动座23内设有驱动电机24，驱动电机24主轴的端部安装有内环电磁吸盘26，内环电磁吸盘26通过联轴器与驱动电机24主轴连接，外环电磁吸盘25、内环电磁吸盘26、驱动电机24和驱动气缸22均由PLC控制器控制，PLC控制器安装在工业机器人5上。
本实施例的外环电磁吸盘25包括绝缘壳体251和位于绝缘壳体251内部的隔磁槽，隔磁槽内具有绝缘隔层252，绝缘隔层252内设置有线圈253，隔磁槽的开口朝向堵塞盘34且开口由隔板密封，外环电磁吸盘25内还设有接线盒，接线盒内的接线端子与线圈253电连接，内环电磁吸盘26的型号为兰达H6012。
机械手夹具2用于夹取堵塞件3并下堵到堵塞座6内形成密封，堵塞件3包括堵塞盘34、转盘31和与转盘31铰接的多个限位板33，堵塞盘34的中心位置处设有转盘槽，转盘31可转动地安装在转盘槽内，转盘槽的外周向上设有多个沿堵塞盘34径向布置的限位槽，多个限位槽均匀布置，限位槽在堵塞盘34的外周面上形成外开口，限位板33滑动安装在限位槽内，转盘31通过拨叉32与限位板33铰接，转盘31通过拨叉32驱动限位板33在限位槽内伸缩滑动，限位板33能够滑出限位口或者收缩在限位槽内，下堵过程中限位板33收纳在限位槽中，封堵时限位板33伸出于外开口，而堵塞座6的内周面上开设有环形槽，限位板33插入到环形槽内后形成对堵塞盘34的限位，本实施例中的拨叉32和限位板33均为三个且一一对应连接，具体地，拨叉32的一端借助螺栓铰接在转盘31上，拨叉32的另外一端借助螺栓铰接在对应的限位板33上，这样在转盘31旋转时能够带动限位板33伸缩移动。
转盘31的中心位置处设有凹槽，内环电磁吸盘26深入到凹槽内并吸合住转盘31，限位槽上方还固定有盖板，盖板的中心位置设有让内环电磁吸盘26通过的通孔，其中，盖板和转盘31由磁性金属材料制成，例如铁、钴、镍等，堵塞盘34、拨叉32和限位板33由非磁性金属材料制成，例如铜、铝等，外环电磁吸盘25吸合盖板，堵塞座6的内周面上开设有环形槽，驱动气缸22通过外环电磁吸盘25驱动堵塞盘34进入到堵塞座6内部之后驱动电机24通过内环电磁吸盘26驱动限位板33插入到环形槽内形成对堵塞盘34的限位固定。
下堵连箱21内还设有图像采集模块4，图像采集模块4连接于远程监控终端，图像采集模块4包括设置于下堵连箱21内的摄像头、固定安装摄像头的固定座，固定座内还安装有无线收发模块，摄像头采集到的图像信息通过无线收发模块发送给远程监控终端，摄像头采集到的图像信息通过无线收发模块发送给远程监控终端，如果堵塞盘34不能正确就位，即远程监控终端显示限位板33的标志涂层没有完全插入到堵塞座6的环形槽内则说明没有正确就位，监控人员修改工业机器人5的编程指令。
优选的，堵塞盘34下侧外圆周面上设有至少一个密封沟槽，密封沟槽内安装有密封圈，堵塞盘34进入到堵塞座6内后密封圈受力变形密封住堵塞盘34和堵塞座6的缝隙，当然根据具体需求还可以设置多个密封沟槽以及对应的密封圈。
为了便于获取堵塞盘34的限位情况，限位板33的外端部朝向所述图像采集模块4的一面还具有标示涂层，当限位板33的标示涂层完全插入到堵塞座6的环形槽内时说明堵塞盘34成功定位。
如图1-6所示，本实施例还提供一种堵塞方法包括以下步骤：
S01、增设支管道8：在输气管道7上焊接一个接线管件9，接线管件9与支管道8连通，然后在接线管件9的上端口上安装堵塞座6，然后提供一种夹板阀1，夹板阀1由伺服电机驱动开启或关闭，在堵塞座6上方安装夹板阀1，夹板阀1的上方安装接切线设备，然后利用接切线设备在输气管道7上开孔，开孔后输气管道7内的气体通过接线管件9进入支管道8，开孔完毕后，拆除接切线设备，使用机械手夹具进行堵塞作业；
S02、抓取堵塞件3：工业机器人5根据预输入的编程指令控制下堵连箱21运动到指定位置，然后驱动气缸22下行推动外环电磁吸盘25和内环电磁吸盘26朝向指定位置处的堵塞件3运动，当内环电磁吸盘26进入到转盘31中心的凹槽中后完成定位，然后PLC控制器控制外环电磁吸盘25和内环电磁吸盘26导通，外环电磁吸盘25吸合堵塞件3，内环电磁吸盘26吸合转盘31，同时驱动电机24驱动转盘31旋转使限位板缩入到限位槽中；
S03、下放堵塞件3：工业机器人5根据预输入的编程指令控制下堵连箱21运动到夹板阀1的上方，然后驱动气缸22驱动堵塞件3下行，堵塞件3进入到夹板阀1的阀口内并密封住阀口，然后伺服电机驱动阀芯偏离阀口打开夹板阀1，然后驱动气缸22驱动堵塞件3继续下行直至堵塞件3顶靠到接线管件9的上端口处，然后驱动电机24驱动限位板33插入到堵塞座6的环形槽中，至此堵塞件3下放定位完成，堵塞件3密封住堵塞座6；
S04、回收设备：堵塞完成后PLC控制器控制外环电磁吸盘25和内环电磁吸盘26退磁，然后驱动气缸22回程，外环电磁吸盘25和内环电磁吸盘26缩回到下堵连箱21内，然后移开下堵连箱21并移除夹板阀1，完成下堵工作。
本实施的夹板阀1的型号为飞虎管道/SV80～SV1600，夹板阀1由伺服电机驱动，具体地，夹板阀1的阀芯连接有驱动杆，伺服电机通过驱动杆驱动阀芯封闭堵塞座6或打开堵塞座6。
在整个下堵过程中可以通过图像采集模块4监控下堵是否出现问题，如果下堵不到位需重新进行下堵工作。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种用于管道堵塞机器人的机械手夹具，固定安装在工业机器人(5)的机械手上，其特征在于：所述机械手夹具(2)包括安装在机械手上的下堵连箱(21)以及安装在下堵连箱(21)的空腔内的驱动模组，所述驱动模组包括固定在空腔内的驱动气缸(22)和滑动安装在空腔内的滑动座(23)，所述滑动座(23)由驱动气缸(22)驱动，所述滑动座(23)的外端部安装有外环电磁吸盘(25)，所述滑动座(23)内设有驱动电机(24)，所述驱动电机(24)主轴的端部安装有内环电磁吸盘(26)，所述内环电磁吸盘(26)通过联轴器与所述驱动电机(24)主轴连接。
2.根据权利要求1所述的用于管道堵塞机器人的机械手夹具，其特征在于：所述机械手夹具(2)用于夹取堵塞件(3)并下堵到堵塞座(6)内形成密封，所述堵塞件(3)包括堵塞盘(34)、转盘(31)和与转盘(31)铰接的多个限位板(33)，所述堵塞盘(34)的中心位置处设有转盘槽，所述转盘(31)可转动地安装在转盘槽内，所述转盘槽的外周向上设有多个沿堵塞盘(34)径向布置的限位槽，所述限位板(33)滑动安装在限位槽内，所述转盘(31)通过拨叉(32)与所述限位板(33)铰接，所述转盘(31)通过拨叉(32)驱动所述限位板(33)在所述限位槽内伸缩滑动。
3.根据权利要求2所述的用于管道堵塞机器人的机械手夹具，其特征在于：所述转盘(31)的中心位置处设有凹槽，所述内环电磁吸盘(26)深入到凹槽内并吸合住转盘(31)，所述限位槽上方还固定有盖板，所述盖板的中心位置设有让内环电磁吸盘(26)通过的通孔，所述盖板和转盘(31)由磁性金属材料制成，所述外环电磁吸盘(25)吸合所述盖板，所述堵塞座(6)的内周面上开设有环形槽，所述驱动气缸(22)通过外环电磁吸盘(25)驱动堵塞盘(34)进入到堵塞座(6)内部之后所述驱动电机(24)通过内环电磁吸盘(26)驱动限位板(33)插入到所述环形槽内形成对堵塞盘(34)的限位固定。
4.根据权利要求3所述的用于管道堵塞机器人的机械手夹具，其特征在于：所述外环电磁吸盘(25)、内环电磁吸盘(26)、驱动电机(24)、驱动气缸(22)均由PLC控制器控制，所述PLC控制器安装在所述工业机器人(5)上，所述工业机器人(5)为KUKA机器人，所述KUKA机器人由远程监控终端进行远程控制。
5.根据权利要求4所述的用于管道堵塞机器人的机械手夹具，其特征在于：所述下堵连箱(21)内还设有图像采集模块(4)，所述图像采集模块(4)连接于所述远程监控终端，所述图像采集模块(4)包括设置于所述下堵连箱(21)内的摄像头、固定安装所述摄像头的固定座，所述固定座内还安装有无线收发模块，所述摄像头采集到的图像信息通过无线收发模块发送给所述远程监控终端。
6.根据权利要求5所述的用于管道堵塞机器人的机械手夹具，其特征在于：所述堵塞盘(34)下侧外圆周面上设有至少一个密封沟槽，所述密封沟槽内安装有密封圈。
7.根据权利要求6所述的用于管道堵塞机器人的机械手夹具，其特征在于：所述外环电磁吸盘(25)包括绝缘壳体(251)和位于绝缘壳体(251)内部的隔磁槽，所述隔磁槽内具有绝缘隔层(252)，所述绝缘隔层(252)内设置有线圈(253)，所述隔磁槽的开口朝向所述堵塞盘(34)且开口由隔板密封。
8.根据权利要求7所述的用于管道堵塞机器人的机械手夹具，其特征在于：所述外环电磁吸盘(25)内还设有接线盒，所述接线盒内的接线端子与所述线圈(253)电连接。
9.一种堵塞方法，使用如权利要求8所述的用于管道堵塞机器人的机械手夹具，其特征在于：包括以下步骤：
S01、增设支管道(8)：在输气管道(7)上焊接一个接线管件(9)，接线管件(9)与支管道(8)连通，然后在接线管件(9)的上端口上安装堵塞座(6)，然后提供一种夹板阀(1)，所述夹板阀(1)由伺服电机驱动开启或关闭，在堵塞座(6)上方安装所述夹板阀(1)，夹板阀(1)的上方安装接切线设备，然后利用接切线设备在输气管道(7)上开孔，开孔后输气管道(7)内的气体通过接线管件(9)进入支管道(8)，开孔完毕后，拆除接切线设备，使用机械手夹具进行堵塞作业；
S02、抓取堵塞件(3)：工业机器人(5)根据预输入的编程指令控制下堵连箱(21)运动到指定位置，然后驱动气缸(22)下行推动外环电磁吸盘(25)和内环电磁吸盘(26)朝向指定位置处的堵塞件(3)运动，当内环电磁吸盘(26)进入到转盘(31)中心的凹槽中后完成定位，然后PLC控制器控制外环电磁吸盘(25)和内环电磁吸盘(26)导通，外环电磁吸盘(25)吸合堵塞件(3)，内环电磁吸盘(26)吸合转盘(31)，同时驱动电机(24)驱动转盘(31)旋转使限位板缩入到限位槽中；
S03、下放堵塞件(3)：工业机器人(5)根据预输入的编程指令控制下堵连箱(21)运动到夹板阀(1)的上方，然后驱动气缸(22)驱动堵塞件(3)下行，堵塞件(3)进入到夹板阀(1)的阀口内并密封住阀口，然后伺服电机驱动阀芯偏离阀口打开夹板阀(1)，然后驱动气缸(22)驱动堵塞件(3)继续下行直至堵塞件(3)顶靠到接线管件(9)的上端口处，然后驱动电机(24)驱动限位板(33)插入到堵塞座(6)的环形槽中，至此堵塞件(3)下放定位完成，堵塞件(3)密封住堵塞座(6)；
S04、回收设备：堵塞完成后PLC控制器控制外环电磁吸盘(25)和内环电磁吸盘(26)退磁，然后驱动气缸(22)回程，外环电磁吸盘(25)和内环电磁吸盘(26)缩回到下堵连箱(21)内，然后移开下堵连箱(21)并移除夹板阀(1)，完成下堵工作。
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