CN109848949A - 一种大型杆类部件安装装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型杆类部件安装装置，包括车体底座、车体转动座、X轴转动单元、Y轴转动单元、Z轴转动单元和夹取单元；车体底座上通过第一转轴与车体转动座底部相连；X轴转动单元包括第一吊臂和第一伸缩杆，第一吊臂的底端与车体转动座相连，第一伸缩杆的两端分别与吊臂和车体转动座相连；Y轴转动单元包括下支撑板和上支撑板，下支撑板与吊臂顶端固定连接，上支撑板通过第二伸缩杆、第三伸缩杆与下支撑板相连；Z轴转动单元包括第二转动装置、第二转轴，第二转动装置安装在下支撑板上，第二转轴与夹取单元相连。本发明使夹取单元在空间的六个自由度方向进行移动和转动，在提高安装效率和准确性的同时又相对传统方式有了更高的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及杆类部件安装领域，具体的涉及一种大型杆类部件安装装置。
背景技术
随着我国交通与电力行业的高速发展，越来越多的大型杆类部件需要安装，如路灯、电线杆、公路标志杆、交通指示牌、高速铁路接触网混凝土支柱和钢柱等。而传统的安装方法费时费力，因此如何高效安全地抓取安装这些大型杆类部件成了亟待解决的问题。目前，电力行业的从业人员在公路旁进行施工时，常常遇到搬运安装大型杆类部件困难繁琐的问题，而传统绳索捆绑耗时耗力且安全度不高，给工程带来极大的阻碍。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够在空间的六个自由度方向进行移动和转动、并且机械臂的活动范围大、动作准确的大型杆类部件安装装置。
本发明采用的技术方案是：
一种大型杆类部件安装装置，包括：车体底座、车体转动座、X轴转动单元、Y轴转动单元、Z轴转动单元和用于夹取杆类部件的夹取单元；
所述车体底座上设置有第一转动装置、以及由第一转动装置驱动的第一转轴，所述第一转轴与车体转动座底部相连以用于使车体转动座沿Z轴转动；
所述X轴转动单元包括第一吊臂和第一伸缩杆，所述第一吊臂的底端与车体转动座铰链连接，所述第一伸缩杆的两端分别与第一吊臂和车体转动座铰链连接以用于驱动第一吊臂绕X轴转动；
所述Y轴转动单元包括下支撑板和上支撑板，所述下支撑板与第一吊臂顶端固定连接，所述上支撑板通过两个并联的第二伸缩杆、第三伸缩杆与下支撑板相连，以用于使上支撑板绕Y轴转动；
所述Z轴转动单元包括第二转动装置、通过第二转动装置驱动的第二转轴，所述第二转动装置安装在下支撑板上，所述第二转轴与夹取单元相连以用于使夹取单元绕Z轴转动。
进一步的，所述X轴转动单元还包括第二吊臂、第一连杆、第二连杆、第四伸缩杆、第五伸缩杆，所述第二吊臂与第一吊臂的末端铰链连接，所述第四伸缩杆的两端分别连接第一吊臂和第二吊臂以用于驱动第二吊臂绕X轴转动，所述第五伸缩杆的一端与第二吊臂铰链连接，第五伸缩杆的另一端分别与第一连杆、第二连杆的一端铰链连接，所述第一连杆的另一端与第二吊臂末端铰链连接，所述第一连杆、第二连杆远离第五伸缩杆的底部与下支撑板固定连接以用于使下支撑板绕X轴转动。
进一步的，所述第二伸缩杆、第三伸缩杆的一端分别与下支撑板的两个相对侧边固定连接，第二伸缩杆、第三伸缩杆的另一端分别与上支撑板的两个相对侧边铰链连接。
进一步的，所述下支撑板的顶部安装有向上支撑板延伸的侧板，所述侧板上安装有摄像头，以用于使驾驶员在车内观察夹取和安装的情况。
进一步的，所述夹取单元包括机械爪安装底座、机械爪安装支架、第一机械爪臂和第二机械爪臂，所述机械爪安装底座的顶部与第二转轴底部固定连接，所述机械爪安装支架与机械爪安装底座的底部固定连接，所述第一机械爪臂、第二机械爪臂分别与机械爪安装支架铰链连接；所述机械爪安装底座的一侧通过第六伸缩杆与第一机械爪臂的外侧相连，机械爪安装底座的另一侧通过第七伸缩杆与第二机械爪臂的外侧相连，以用于驱动第一机械爪臂、第二机械爪臂对杆类部件的抓取。
进一步的，还包括驾驶室和车轮，所述驾驶室安装于车体转动座上，所述车轮安装于车体底座的底部。
进一步的，所述第一伸缩杆/第二伸缩杆/第三伸缩杆/第四伸缩杆/第五伸缩杆/第六伸缩杆/第七伸缩杆皆采用液压缸。
进一步的，所述第一转动装置/第二转动装置皆采用电机。
本发明的有益效果在于：
本发明通过控制不同伸缩杆的行程以及转动装置所旋转的角度，来调整被夹取的杆类部件在空间中的位置与姿态，能够使夹取单元在空间的六个自由度方向进行移动和转动。机械臂的活动范围大，在提高安装效率和准确性的同时又相对传统方式有了更高的安全性，满足现代工程中的安装需求。
附图说明
图1为本发明大型杆类部件安装装置的结构示意图；
图2为本发明大型杆类部件安装装置绕x轴旋转以及沿y轴、z轴移动的原理图；
图3为本发明大型杆类部件安装装置绕z轴一级旋转以及沿x轴移动的原理图；
图4为本发明大型杆类部件安装装置绕y轴旋转的原理图；
图5为本发明大型杆类部件安装装置绕z轴二级旋转以及机械爪夹取的原理图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。此外需要说明的是，文中实施例涉及的“X轴”、“Y轴”、“Z轴”的描述主要为了便于理解，并不对本发明的结构造成限制。
以下结合设计实例和附图进一步说明本发明的结构和工作原理。
如图1所示车体底座1底部安装有车轮2，通过车轮2行驶于路面上。车体底座1与车体转动座4通过电机驱动的第一转轴3相连，车体转动座4与驾驶室为一个整体，通过第一转轴3可使驾驶室绕z轴旋转。驾驶室通过铰链与第一吊臂6相连，第一伸缩杆5首尾分别铰链连接车体转动座4和第一吊臂6，驱动吊臂6绕x轴的转动。第一吊臂6通过铰链与第二吊臂8相连，第四伸缩杆7首尾分别铰链连接第一吊臂6和第二吊臂8，驱动第二吊臂8绕x轴转动。第二吊臂8与第一连杆10和第二连杆11的一端通过铰链结构连接，第一连杆10和第二连杆11的另一端分别与下支撑板12的两个点固定连接，第五伸缩杆9的一端铰链连接第二吊臂8，另一端铰链连接连杆10和连杆11，这样可以通过第五伸缩杆9的活动来控制下支撑板12绕x轴的转动。通过以上三个转动副可以控制整个机械臂绕x轴的转动和沿z轴、y轴的移动。配合第一转轴3绕z轴的转动可以使整个机械臂沿x轴移动。
两个并联的第一伸缩杆13和第二伸缩杆14通过铰链分别与下支撑板12和上支撑板15相连接，通过两个液压缸的配合运动控制板15绕y轴的转动。同时在板12的侧板上安装摄像头17，以便驾驶员在车内观察夹取和安装的情况。
上支撑板15上固定安装有第二转动装置，即电机16的定子，电机16的转子与机械爪安装底座18固连，使得机械爪安装底座18可以绕z轴进行旋转。
机械爪安装底座18上与第一机械爪臂21、第二机械爪臂22通过铰链相连接，使第一机械爪臂21、第二机械爪臂22有绕y轴旋转的自由度。机械爪安装底座18的外侧和第一机械爪臂21、第二机械爪臂22的外侧设置铰链；第六伸缩杆19和第七伸缩杆20的一端分别连接在机械爪安装底座18的两侧，另一端分别与连接在第一机械爪臂21、第二机械爪臂22的铰链上，通过第六伸缩杆19和第七伸缩杆20的同时同向运动来驱动第一机械爪臂21和第二机械爪臂22对杆类部件的抓取。
如图2所示，第一伸缩杆5的伸缩控制车身驾驶室和吊臂6的夹角；第四伸缩杆7的伸缩控制第一吊臂6和第二吊臂8的夹角；第五伸缩杆9的伸缩控制第二吊臂8和下支撑板12的夹角。第一伸缩杆5、第四伸缩杆7与第五伸缩杆9的运动互不干涉，当第一伸缩杆5收缩，第四伸缩杆7和第五伸缩杆9伸出时，吊臂3，吊臂5，吊臂和板9所受的力分别为F1、F2、F3，并且三者均绕x轴做顺时针旋转。由于绕x轴方向有三个转动副，下支撑板12相对于车体底座1绕x轴的旋转角度可以很大。当第一伸缩杆5收缩，第四伸缩杆7收缩，第五伸缩杆9伸出时，机械臂沿y轴方向移动。当第一伸缩杆5收缩，第四伸缩杆7伸出，第五伸缩杆9收缩时，机械臂沿z轴负方向移动。
如图3所示，车体底座1与驾驶室靠第一转轴3相连，通过第一转轴3给驾驶室提供一个转矩T1，使驾驶室及其上部连带部分绕z轴旋转。转矩使机械臂末端进行圆周运动，其行程为r，若此时第一伸缩杆5和第四伸缩杆7收缩，第五伸缩杆9伸出，机械臂会向y轴方向移动，移动距离为ly，将两个行程合成得到沿x轴方向移动的行程lx。
如图4所示，下支撑板12通过铰链与上支撑板15相连，使得上支撑板15只有一个绕y轴旋转的自由度。同时第二伸缩杆13和第三伸缩杆14的两端通过铰链分别与上支撑板12和下支撑板15相连。第二伸缩杆13和第三伸缩杆14通过相反的运动控制上支撑板15绕y轴旋转的角度。如图4所示，当第二伸缩杆13收缩，第三伸缩杆14伸出时，第三伸缩杆14给板15一个推力F4，同时第二伸缩杆13给板15一个拉力F5，F4＝F5，且液压缸11伸出的位移为L1时，液压缸10收缩的位移为-L1，此时下支撑板12绕y轴做顺时针旋转。同理，当第二伸缩杆13伸出，第三伸缩杆14收缩时，上支撑板15绕y轴做逆时针旋转。
如图5所示，第二转轴16与机械爪安装底座18固连，第二转轴16的电机可以提供一个转矩T2使得机械爪安装底座18可以绕z轴旋转。机械爪安装底座18和第一机械爪臂21、第二机械爪臂22通过铰链连接，使得第一机械爪臂21和第二机械爪臂22有绕y轴旋转的自由度，第一机械爪臂21和第二机械爪臂22内侧采用圆弧形设计，使其更好的贴合杆类部件的柱面。第六伸缩杆19和第七伸缩杆20两端通过铰链连接机械爪安装底座18和第一机械爪臂21、第二机械爪臂22。第六伸缩杆19和第七伸缩杆20通过同向同距运动控制第一机械爪臂21和第二机械爪臂22绕y轴的转角。如图5所示，两液压缸15同时伸出相同的位移L2，给第一机械爪臂21和第二机械爪臂22一个推力F6＝F7，使得第一机械爪臂21绕y轴的逆时针方向旋转，第二机械爪臂22绕y轴的顺时针旋转，从而使第一机械爪臂21和第二机械爪臂22配合夹紧杆件。相反地，第六伸缩杆19和第七伸缩杆20同时收缩相同的位移，则第一机械爪臂21和第二机械爪臂22松开杆件。
优选的，本发明中的伸缩杆皆采用液压缸，当然采用其它类型的伸缩装置，例如伸缩型的电机或汽缸也属于本发明的保护范围。本发明中的转动装置采用电机，也可以采用其它类型的转动装置例如旋转汽缸。
综上所述，本发明提供一种大型杆类部件安装装置，在空间x,y,z三个方向采用液压缸或电机驱动转动副旋转的结构。在绕x转动的方向，使用三个铰链结构和四个液压缸来完成机械臂的绕x轴的旋转，同时这四个液压缸配合还可以使机械臂沿z轴和y轴移动。在绕z轴转动的方向，使用两个电机提供转矩来驱动装置绕z轴旋转，其中一个电机驱动车身驾驶室旋转，另一个电机驱动机械爪旋转，同时车身驾驶室的转动配合机械臂y轴的移动可以进行位移合成，形成机械爪沿x轴方向的移动。在绕y轴转动的方向，使用两个液压缸控制平板绕y轴的旋转，上支撑板12的侧板上安装有摄像头，影像可以实时传输到驾驶室里，方便驾驶员观察夹取和安装的情况。机械爪外侧两端设置铰链结构并安装液压缸与绕z轴旋转的爪座相连，可使液压缸驱动机械爪夹取目标物件，并且机械爪为契合杆类部件的形状，其内侧采用圆弧形设计，使其贴合目标杆类部件。
本发明中的大型杆类部件安装装置可以通过控制液压缸的行程以及电机所旋转的角度，来调整被夹取的杆类部件在空间中的位置与姿态。在提高安装效率和准确性的同时又相对传统方式有了更高的安全性，满足现代工程中的安装需求。具体而言，本发明具有如下的技术效果：
(1)采用液压缸和电机驱动装置上的转动副，来控制被夹取杆件在空间中的位置与姿态。
(2)通过安装在机械臂上的摄像头可以使驾驶室里的驾驶员更加方便地观察夹取和安装的情况。
(3)大型杆类部件安装装置可以给工程的施工带来更高的效率、准确性和安全性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种大型杆类部件安装装置，其特征在于，包括：车体底座(1)、车体转动座(4)、X轴转动单元、Y轴转动单元、Z轴转动单元和用于夹取杆类部件的夹取单元；
所述车体底座(1)上设置有第一转动装置、以及由第一转动装置驱动的第一转轴(3)，所述第一转轴(3)与车体转动座(4)底部相连以用于使车体转动座(4)沿Z轴转动；
所述X轴转动单元包括第一吊臂(6)和第一伸缩杆(5)，所述第一吊臂(6)的底端与车体转动座(4)铰链连接，所述第一伸缩杆(5)的两端分别与第一吊臂(6)和车体转动座(4)铰链连接以用于驱动第一吊臂(6)绕X轴转动；
所述Y轴转动单元包括下支撑板(12)和上支撑板(15)，所述下支撑板(12)与第一吊臂(6)顶端固定连接，所述上支撑板(15)通过两个并联的第二伸缩杆(13)、第三伸缩杆(14)与下支撑板(12)相连，以用于使上支撑板(15)绕Y轴转动；
所述Z轴转动单元包括第二转动装置、通过第二转动装置驱动的第二转轴(16)，所述第二转动装置安装在下支撑板(12)上，所述第二转轴(16)与夹取单元相连以用于使夹取单元绕Z轴转动。
2.根据权利要求1所述的大型杆类部件安装装置，其特征在于：所述X轴转动单元还包括第二吊臂(8)、第一连杆(10)、第二连杆(11)、第四伸缩杆(7)、第五伸缩杆(9)，所述第二吊臂(8)与第一吊臂(6)的末端铰链连接，所述第四伸缩杆(7)的两端分别连接第一吊臂(6)和第二吊臂(8)以用于驱动第二吊臂(8)绕X轴转动，所述第五伸缩杆(9)的一端与第二吊臂(8)铰链连接，第五伸缩杆(9)的另一端分别与第一连杆(10)、第二连杆(11)的一端铰链连接，所述第一连杆(10)的另一端与第二吊臂(8)末端铰链连接，所述第一连杆(10)、第二连杆(11)远离第五伸缩杆(9)的底部与下支撑板(12)固定连接以用于使下支撑板(12)绕X轴转动。
3.根据权利要求1所述的大型杆类部件安装装置，其特征在于：所述第二伸缩杆(13)、第三伸缩杆(14)的一端分别与下支撑板(12)的两个相对侧边固定连接，第二伸缩杆(13)、第三伸缩杆(14)的另一端分别与上支撑板(15)的两个相对侧边铰链连接。
4.根据权利要求1所述的大型杆类部件安装装置，其特征在于：所述下支撑板(12)的顶部安装有向上支撑板(15)延伸的侧板，所述侧板上安装有摄像头(17)，以用于使驾驶员在车内观察夹取和安装的情况。
5.根据权利要求1所述的大型杆类部件安装装置，其特征在于：所述夹取单元包括机械爪安装底座(18)、机械爪安装支架、第一机械爪臂(21)和第二机械爪臂(22)，所述机械爪安装底座(18)的顶部与第二转轴(16)底部固定连接，所述机械爪安装支架与机械爪安装底座(18)的底部固定连接，所述第一机械爪臂(21)、第二机械爪臂(22)分别与机械爪安装支架铰链连接；所述机械爪安装底座(18)的一侧通过第六伸缩杆(19)与第一机械爪臂(21)的外侧相连，机械爪安装底座(18)的另一侧通过第七伸缩杆(20)与第二机械爪臂(22)的外侧相连，以用于驱动第一机械爪臂(21)、第二机械爪臂(22)对杆类部件的抓取。
6.根据权利要求1所述的大型杆类部件安装装置，其特征在于：还包括驾驶室和车轮(2)，所述驾驶室安装于车体转动座(4)上，所述车轮(2)安装于车体底座的底部。
7.根据权利要求1或3任一项所述的大型杆类部件安装装置，其特征在于：所述第一伸缩杆/第二伸缩杆(13)/第三伸缩杆(14)为液压缸。
8.根据权利要求2所述的大型杆类部件安装装置，其特征在于：所述第四伸缩杆(7)/第五伸缩杆(9)为液压缸。
9.根据权利要求5所述的大型杆类部件安装装置，其特征在于：所述第六伸缩杆(19)/第七伸缩杆(20)为液压缸。
10.根据权利要求1所述的大型杆类部件安装装置，其特征在于：所述第一转动装置/第二转动装置为电机。
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|---|
| 杜浩藩等: "一种用于搬运和装配作业的4自由度机器人系统", 《制造业自动化》 * |
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| CN109848949B (zh) | 2022-05-31 |
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