CN110700626A - 一种工程破拆清污多功能组合机械手装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程破拆清污多功能组合机械手装置和方法，包括组合机械手和机械臂总成，组合机械手活动安装于机械臂总成的操作端，组合机械手包括液压破碎锤机械手、移动式水切割机械手、渣土和污水吸附头、视频监控和视觉识别系统，破拆机械手的液压破碎锤独立完成对建筑墙体、隧道洞壁破拆、解体作业；由移动式水切割机械手将破碎的部位与基体割离；渣土和污水吸附头在切割、破碎工作同时将碎石、渣土、污水及时吸走并转运、排出；视频监控和视觉识别系统可实时、动态监控整个工作过程和工作情况，实现远程控制实时调整工作位置。本发明集液压高频破碎、高压水射流切割与清洗、在线吸污转运和视频监控功能于一体，提高现场工作效率。

Description

一种工程破拆清污多功能组合机械手装置和方法

技术领域

本发明涉及工程技术领域，特别涉及一种工程破拆清污多功能组合机械手装置和方法。

背景技术

在消防破拆、灾后救援、抢修重建、反恐排爆、核事故应急救援等高温、高粉尘、放射性下的恶劣、高危作业环境，以及在要求无振动、低噪音、无废气、无扬尘的室内拆改、船体除锈等环保敏感场所和隧道维修改造等特定施工场合，液压破碎锤已成为代替风镐、振动锤、挖掘机等成为主要的破拆设备。但操作的缺点是液压破碎锤功能单一，只有高频破拆功能，在工程施工时还需要配套一台渣土转运设备做辅助工作，在隧道、建筑物等狭窄空间内工作时，两台设备需要一进一退轮流替换工作，生产效率低下。还有在小范围隧道开挖、修复工程施工中，由于破碎挖掘精度不高，需要多挖一部分然后回填，存在较大程度的超挖问题，个别部位的劣化混凝土还需要逐层破碎、特定深度破碎，也需要对各种材料如超硬岩石、塑料、陶瓷及其他复合材料进行现场切割，这些都要借助超高压水切割设备完成，而单独配备高压水切割设备也存在设备转场问题，需要与液压破碎锤承载工具交替工作，存在转场时间长，工作效率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工程破拆清污多功能组合机械手装置和方法，本发明集液压高频破碎、高压水射流切割与清洗、在线吸污转运和视频监控功能于一体，提高现场工作效率，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种工程破拆清污多功能组合机械手装置，包括组合机械手和机械臂总成，所述组合机械手活动安装于机械臂总成的操作端，所述组合机械手包括液压破碎锤机械手、移动式水切割机械手、渣土和污水吸附头、视频监控和视觉识别系统，所述液压破碎锤机械手的侧面安装有移动式水切割机械手，液压破碎锤机械手上与移动式水切割机械手相对的一面安装有渣土和污水吸附头，所述移动式水切割机械手连接视频监控和视觉识别系统。

进一步地，所述液压破碎锤机械手包括液压破碎锤、机械快换装置、转动油缸和安装板，所述安装板活动安装有转动油缸，转动油缸的输出端活动连接在机械快换装置上，所述机械快换装置上可拆卸安装有液压破碎锤。

进一步地，所述移动式水切割机械手包括高压水喷射头、滑移油缸、基座、护罩、快速接头管路组件，所述护罩的底部安装有基座，基座上滑动安装滑移油缸，滑移油缸的一端安装喷口向外的高压水喷射头，高压水喷射头通过快速接头管路组件连接高压泵站。

进一步地，所述渣土和污水吸附头包括吸污管、吸污滑道、位移油缸、吸污滑座、吸污头护罩、渣土及污水处理系统，所述吸污头护罩的底端安装吸污滑座，所述吸污滑座上安装位移油缸，位移油缸的输出端连接于吸污滑道，所述吸污滑道上安装吸污管，所述吸污管通过管路连接于渣土及污水处理系统。

进一步地，所述视频监控和视觉识别系统包括压力传感器、监控摄像头以及连接于压力传感器和监控摄像头的视觉识别模块，压力传感器安装在液压破碎锤的侧面，监控摄像头安装于液压破碎锤上。

本发明提供另一种技术方案：一种工程破拆清污方法，包括如下步骤：

步骤S1：首次破拆、解体，在转动油缸及机械臂总成的驱动下，由破拆机械手的液压破碎锤独立完成对建筑墙体、隧道洞壁等各种建筑的破拆、解体作业；

步骤S2：水切割，先由移动式水切割机械手的滑移油缸将高压水喷射头向前推送，高压泵站通过快速接头管路组件向高压水喷射头输送高压水将破碎的部位与基体割离；

步骤S3：二次破拆，由破拆机械手进行局部破碎；

步骤S4：渣土和污水吸附头可配合破拆机械手、移动式水切割机械手分别工作或三者联合工作，在切割、破碎工作同时将碎石、渣土、污水及时吸走并转运、排出；

步骤S5：视频监控和视觉识别系统可实时、动态监控整个工作过程和工作情况，实现远程控制实时调整工作位置。

进一步地，步骤S4中渣土和污水吸附头的工作过程包括如下步骤：

位移油缸推动吸污滑道将吸污管向前推动，在渣土及污水处理系统的作用下将将碎石、渣土、污水及时吸走并转运、排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明破拆机械手通过法兰连接并固定在机械快换装置上，可由破拆机械手和移动式水切割机械手联合作业进行局部破拆，先由移动式水切割机械手将破碎的部位与基体割离，再由破拆机械手进行局部破碎，渣土和污水吸附头可配合破拆机械手、水切割机械手分别工作或三者联合工作，在切割、破碎工作同时将碎石、渣土、污水等及时吸走并转运、排出。视频监控和视觉识别系统可实时、动态监控整个工作过程和工作情况，实现远程控制实时调整工作位置。本发明集液压高频破碎、高压水射流切割与清洗、在线吸污转运和视频监控功能于一体，提高现场工作效率。

附图说明

图1为本发明工程破拆清污多功能组合机械手装置示意图；

图2为本发明图中1中工程破拆清污多功能组合机械手装置的A向示意图；

图3为本发明液压破碎锤机械手的结构示意图；

图4为本发明移动式水切割机械手的结构示意图；

图5为本发明渣土和污水吸附头的结构示意图。

图中：1、组合机械手；10、液压破碎锤机械手；101、液压破碎锤；102、机械快换装置；103、转动油缸；104、安装板；20、移动式水切割机械手；201、高压水喷射头；202、滑移油缸；203、基座；204、护罩；205、快速接头管路组件；30、渣土和污水吸附头；301、吸污管；302、吸污滑道；303、位移油缸；304、吸污滑座；305、吸污头护罩；306、渣土及污水处理系统；40、视频监控和视觉识别系统；401、压力传感器；402、监控摄像头；2、机械臂总成。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1展示了本发明工程破拆清污多功能组合机械手装置示意图，本实施例一种工程破拆清污多功能组合机械手装置，包括组合机械手1和机械臂总成2，组合机械手1活动安装于机械臂总成2的操作端，机械臂总成2驱动组合机械手1进行破拆。组合机械手1安装在由履带驱动行走的机器人多关节动臂的末端位置(也可以通过机械快换装置、回转支撑、摆动油缸实现液压冲击锤、液压剪、抓斗、液压锯、打磨头等工具的快速切换以组成不同功能、多自由度的机械手)。

图2展示了本发明图中1中工程破拆清污多功能组合机械手装置的A向示意图，组合机械手1包括液压破碎锤机械手10、移动式水切割机械手20、渣土和污水吸附头30、视频监控和视觉识别系统40，液压破碎锤机械手10的侧面安装有移动式水切割机械手20，液压破碎锤机械手10上与移动式水切割机械手20相对的一面安装有渣土和污水吸附头30，移动式水切割机械手20连接视频监控和视觉识别系统40，液压破碎锤机械手10对各种建筑墙体进行破拆后，移动式水切割机械手20对大块的建筑墙体进行切割，渣土和污水吸附头30将建筑垃圾吸走，操作的过程中均由视频监控和视觉识别系统40进行监控。

图3展示了本发明液压破碎锤机械手的结构示意图，液压破碎锤机械手10包括液压破碎锤101、机械快换装置102、转动油缸103和安装板104，安装板104活动安装有转动油缸103，转动油缸103的输出端活动连接在机械快换装置102上，机械快换装置102上可拆卸安装有液压破碎锤101，液压破碎锤101通过机械快换装置102快速安装后，在转动油缸103的驱动下对建筑墙体进行破拆。

图4展示了本发明移动式水切割机械手的结构示意图，移动式水切割机械手20包括高压水喷射头201、滑移油缸202、基座203、护罩204、快速接头管路组件205，护罩204的底部安装有基座203，基座203上滑动安装滑移油缸202，滑移油缸202的一端安装喷口向外的高压水喷射头201，高压水喷射头201通过快速接头管路组件205连接高压泵站，高压泵站安装在单独的拖车平台上，护罩204对各个部件进行保护，滑移油缸202用于高压水喷射头201的拉入和推出，经过高压泵站对水进行加压，通过高压水喷射头201喷出高压水进行水切割。高压水喷射头201在滑移油缸202(油缸活塞杆)带动下沿滑道运动；在工作时推出到喷射位置，工作完成后缩回到护罩204内，移动式水切割机械手20可完成对破碎范围的形状切割，对超硬岩石、混凝土制品、金属、石材、玻璃、陶瓷、塑料及各种新型复合材料的现场切割作业，或对局部劣质混凝土进行有选择的、逐层、任意深度的切割和破碎。

图5展示了本发明渣土和污水吸附头的结构示意图，渣土和污水吸附头30包括吸污管301、吸污滑道302、位移油缸303、吸污滑座304、吸污头护罩305、渣土及污水处理系统306，吸污头护罩305的底端安装吸污滑座304，吸污滑座304上安装位移油缸303，位移油缸303的输出端连接于吸污滑道302，吸污滑道302上安装吸污管301，吸污管301通过管卡和法兰固定在液压锤上，吸污管301通过管路连接于渣土及污水处理系统306，位移油缸303推动吸污滑道302将吸污管301向前推动，在渣土及污水处理系统306的作用下将将碎石、渣土、污水及时吸走并转运、排出。渣土和污水吸附头30具备渣、水分离和储存功能。

视频监控和视觉识别系统40包括压力传感器401、监控摄像头402以及连接于压力传感器401和监控摄像头402的视觉识别模块，压力传感器401安装在液压破碎锤101的侧面，监控摄像头402安装于液压破碎锤101上，压力传感器401检测液压破碎锤101的破碎压力，监控摄像头402对破拆过程实时监控。监控摄像头402安放在机械臂总成2的不同位置上，传回的多角度视频数据经由视频监控及视觉识别模块处理后为远程操控提供依据。

基于上述的工程破拆清污多功能组合机械手装置，现提出一种工程破拆清污方法，包括如下步骤：

步骤S1：首次破拆、解体，在转动油缸103及机械臂总成2的驱动下，由破拆机械手的液压破碎锤101独立完成对建筑墙体、隧道洞壁等各种建筑的破拆、解体作业；

步骤S2：水切割，先由移动式水切割机械手20的滑移油缸202将高压水喷射头201向前推送，高压泵站通过快速接头管路组件205向高压水喷射头201输送高压水将破碎的部位与基体割离；

步骤S3：二次破拆，由破拆机械手进行局部破碎，破拆步骤同S1；

步骤S4：渣土和污水吸附头30可配合破拆机械手、移动式水切割机械手20分别工作或三者联合工作，在切割、破碎工作同时将碎石、渣土、污水及时吸走并转运、排出；

步骤S5：视频监控和视觉识别系统40可实时、动态监控整个工作过程和工作情况，实现远程控制实时调整工作位置。

在移动行走的工程施工机器人机械臂总成2末端安装破拆切割清污多功能组合机械手装置后，通过机械快换装置102、上下摆动油缸及销轴与动臂连接，具体参见附图1。工作时，机械手各动作均由液压驱动，液压系统采用电液比例控制，由便携式遥控器的遥控手柄产生控制信号控制电液比例先导阀输出压力，来控制主换向阀阀芯位置，从而控制各液压工作装置的动作及速度。

以局部破拆并在线吸污转运工作为例：首先将工作面上的一点设定为液压锤破碎空间范围的定位点，并将工作范围参数输入电脑；其次通过各动臂油缸和快换装置摆动油缸的动作将钎杆杆尖中心顶到定位点上，设定机器的定位。定位完成后，吸污泵启动开始工作，此时水切割机械手的滑移油缸202将高压水喷射头201从护罩204里推出到指定工作位置，并以指定压力喷射出超高压水，组合机械手按程序设定好的形状自动进行切割。切割完成后，滑移油缸202将高压水喷射头从工作位置拉回护罩内，移动式水切割机械手20停止工作；液压破碎锤在破碎范围内开始工作；在移动式水切割机械手20和破拆机械手工作的同时，渣土及污水处理系统306的污水泵一直运转，将渣土及污水吸出到污水罐，经过渣水分离后，污水经由污水管排出到指定位置，颗粒物储存在储物罐内定期移走。

工作时，监控中心可根据摄像头传回的实时工作过程和现场情况图像，远程对工程机械发出指令，进行远程操控及控制破拆切割清污多功能组合机械手开展作业。

本发明破拆机械手通过法兰连接并固定在机械快换装置102上，在移动行走的工程施工机器人机械臂总成2末端安装破拆切割清污多功能组合机械手装置后，由破拆机械手独立完成对建筑墙体、隧道洞壁等各种建筑的破拆、解体等作业，移动式水切割机械手20可完成对破碎范围的形状切割，可由破拆机械手和移动式水切割机械手20联合作业进行局部破拆，先由移动式水切割机械手20将破碎的部位与基体割离，再由破拆机械手进行局部破碎，渣土和污水吸附头30可配合破拆机械手、水切割机械手分别工作或三者联合工作，在切割、破碎工作同时将碎石、渣土、污水等及时吸走并转运、排出。视频监控和视觉识别系统可实时、动态监控整个工作过程和工作情况，实现远程控制实时调整工作位置。本发明集液压高频破碎、高压水射流切割与清洗、在线吸污转运和视频监控功能于一体，提高现场工作效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工程破拆清污多功能组合机械手装置，其特征在于，包括组合机械手(1)和机械臂总成(2)，所述组合机械手(1)活动安装于机械臂总成(2)的操作端，所述组合机械手(1)包括液压破碎锤机械手(10)、移动式水切割机械手(20)、渣土和污水吸附头(30)、视频监控和视觉识别系统(40)，所述液压破碎锤机械手(10)的侧面安装有移动式水切割机械手(20)，液压破碎锤机械手(10)上与移动式水切割机械手(20)相对的一面安装有渣土和污水吸附头(30)，所述移动式水切割机械手(20)连接视频监控和视觉识别系统(40)。

2.根据权利要求1所述的工程破拆清污多功能组合机械手装置，其特征在于，所述液压破碎锤机械手(10)包括液压破碎锤(101)、机械快换装置(102)、转动油缸(103)和安装板(104)，所述安装板(104)活动安装有转动油缸(103)，转动油缸(103)的输出端活动连接在机械快换装置(102)上，所述机械快换装置(102)上可拆卸安装有液压破碎锤(101)。

3.根据权利要求1所述的工程破拆清污多功能组合机械手装置，其特征在于，所述移动式水切割机械手(20)包括高压水喷射头(201)、滑移油缸(202)、基座(203)、护罩(204)、快速接头管路组件(205)，所述护罩(204)的底部安装有基座(203)，基座(203)上滑动安装滑移油缸(202)，滑移油缸(202)的一端安装喷口向外的高压水喷射头(201)，高压水喷射头(201)通过快速接头管路组件(205)连接高压泵站。

4.根据权利要求1所述的工程破拆清污多功能组合机械手装置，其特征在于，所述渣土和污水吸附头(30)包括吸污管(301)、吸污滑道(302)、位移油缸(303)、吸污滑座(304)、吸污头护罩(305)、渣土及污水处理系统(306)，所述吸污头护罩(305)的底端安装吸污滑座(304)，所述吸污滑座(304)上安装位移油缸(303)，位移油缸(303)的输出端连接于吸污滑道(302)，所述吸污滑道(302)上安装吸污管(301)，所述吸污管(301)通过管路连接于渣土及污水处理系统(306)。

5.根据权利要求1所述的工程破拆清污多功能组合机械手装置，其特征在于，所述视频监控和视觉识别系统(40)包括压力传感器(401)、监控摄像头(402)以及连接于压力传感器(401)和监控摄像头(402)的视觉识别模块，压力传感器(401)安装在液压破碎锤(101)的侧面，监控摄像头(402)安装于液压破碎锤(101)上。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的工程破拆清污方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：首次破拆、解体，在转动油缸(103)及机械臂总成(2)的驱动下，由破拆机械手的液压破碎锤(101)独立完成对建筑墙体、隧道洞壁等各种建筑的破拆、解体作业；

步骤S2：水切割，先由移动式水切割机械手(20)的滑移油缸(202)将高压水喷射头(201)向前推送，高压泵站通过快速接头管路组件(205)向高压水喷射头(201)输送高压水将破碎的部位与基体割离；

步骤S3：二次破拆，由破拆机械手进行局部破碎；

步骤S4：渣土和污水吸附头(30)可配合破拆机械手、移动式水切割机械手(20)分别工作或三者联合工作，在切割、破碎工作同时将碎石、渣土、污水及时吸走并转运、排出；

步骤S5：视频监控和视觉识别系统(40)可实时、动态监控整个工作过程和工作情况，实现远程控制实时调整工作位置。

7.根据权利要求6所述的一种工程破拆清污方法，其特征在于，步骤S4中渣土和污水吸附头(30)的工作过程包括如下步骤：

位移油缸(303)推动吸污滑道(302)将吸污管(301)向前推动，在渣土及污水处理系统(306)的作用下将将碎石、渣土、污水及时吸走并转运、排出。

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