CN112123327A - 机、电、液一体化机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机、电、液一体化机械手，包括：底盘、支撑柱、第一机械臂、第一液压油缸、第二机械臂、第二液压油缸和手爪组件；若干控制阀，其结构包括：舵机、阀门和连接件，连接件的两端分别与舵机轴头和阀门转头固连，舵机轴头的旋转带动阀门转头的旋转；第一液压油缸和第二液压油缸的进油管和出油管的管路上各设有一个控制阀；第一传感器和第二传感器，分别设于第一液压油缸和第二液压油缸上；控制器，分别与第一传感器、第二传感器以及所有舵机电连接。本发明采用液压油缸与电机的混合动力驱动，既能发挥液压出力大的优点，又能减小爪部的体积和负载，控制灵活且精度高。

Description

机、电、液一体化机械手

技术领域

本发明涉及采煤机械手技术领域，尤其涉及一种机、电、液一体化机械手。

背景技术

现有井下采煤主要依靠煤矿工人人工作业，效率低，劳动强度大，并且煤矿工人长期工作在潮湿、充满粉尘的恶劣环境里，长时间、高负荷工作，严重影响到他们的身体健康，甚至有生命危险。

发明内容

本发明实施例提供一种机、电、液一体化机械手，以解决现有井下采煤主要依靠煤矿工人人工作业，效率低，劳动强度大，危险性高的问题。

一种机、电、液一体化机械手，其特征在于，包括：底盘、支撑柱、第一机械臂、第一液压油缸、第二机械臂、第二液压油缸和手爪组件，支撑柱的一端可转动地设置在底盘上；第一机械臂的一端与支撑柱的另一端通过第一销轴连接，第一液压油缸的缸筒端与支撑柱的侧壁轴连，第一液压油缸的活塞杆端与第一机械臂连接，第一液压油缸驱动第一机械臂绕第一销轴转动；第二机械臂的一端与第一机械臂的另一端通过第二销轴连接，第二液压油缸的缸筒端与第一机械臂轴连，第二液压油缸的活塞杆端与第二机械臂的一端连接，第二液压油缸驱动第二机械臂绕第二销轴转动；手爪组件设置在连接杆的两端，第二机械臂的另一端与连接杆的中部转动连接；若干控制阀，其结构包括：舵机、阀门和连接件，连接件的两端分别与舵机轴头和阀门转头固连，舵机轴头的旋转带动阀门转头的旋转；第一液压油缸和第二液压油缸的进油管和出油管的管路上各设有一个控制阀；第一传感器和第二传感器，分别设于第一液压油缸和第二液压油缸上；控制器，分别与第一传感器、第二传感器以及所有舵机电连接。

进一步地，还包括：液压马达、第一齿轮和第二齿轮；所述第一齿轮和所述第二齿轮位于所述底盘上，所述液压马达的输出端上套接有所述第一齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述支撑柱的一端设置在所述第二齿轮上；液压马达的进油管和出油管的管路上各设有一个控制阀；第三齿轮和编码器，所述第三齿轮位于所述底盘上，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第三齿轮上设置所述编码器；编码器与控制器电连接。

进一步地，所述手爪组件包括：第三液压油缸、传动齿条、两个第四齿轮、两个第三转轴和两个手爪部；所述第三液压油缸的活塞杆端与所述传动齿条的一端连接，所述传动齿条的一相对的两个侧面均具有齿部，两个所述第四齿轮对称设置在所述传动齿条的两侧，且每一所述第四齿轮与所述传动齿条的对应一侧的所述齿部啮合，每一所述第三转轴穿过每一所述第四齿轮，且每一所述第三转轴的两端与每一所述手爪部的一端的两侧壁连接，两个所述手爪部相对设置；第三液压油缸的进油管和出油管的管路上各设有一个控制阀，同时各设有一个压力传感器，两个压力传感器分别与控制器电连接。

本发明实施例的机、电、液一体化机械手，其组件可以在多个维度转动，从而便于根据实际需求调整该装置的状态，更高效地搬运管件；且由于采用液压油缸与电机的混合动力驱动，通过液压马达和液压油缸驱动底盘和机械臂的转动，通过电机驱动爪部的动作，既能发挥液压出力大的优点，又能减小爪部的体积和负载，控制灵活且精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的机、电、液一体化机械手的结构示意图；

图2是本发明一优选实施例的控制阀的结构示意图；

图3是本发明实施例的机、电、液一体化机械手的底盘及支撑柱的连接结构的示意图；

图4是本发明实施例的机、电、液一体化机械手的手爪组件的结构示意图。

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作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种机、电、液一体化机械手。如图1和2所示，该机、电、液一体化机械手包括：底盘1、支撑柱2、第一机械臂3、第一液压油缸4、第二机械臂5、第二液压油缸6、手爪组件7、若干控制阀9、第一传感器、第二传感器和控制器。

支撑柱2的一端可转动地设置在底盘1上，使得支撑柱2可以绕支撑柱2的中心轴线转动。应当理解的是，所述的支撑柱2的中心轴线是沿支撑柱2的长度方向延伸的轴线。

第一机械臂3的一端与支撑柱2的另一端通过第一销轴连接。第一液压油缸4的缸筒端与支撑柱2的侧壁轴连。第一液压油缸4的活塞杆端与第一机械臂3连接。应当理解的是，第一液压油缸4的活塞杆端与第一机械臂3的连接位置可根据所需第一机械臂3的转动角度范围、第一机械臂3的选型等等来设置。在本发明一优选的实施例中，第一机械臂3为折线形，第一液压油缸4的活塞杆端与第一机械臂3的中部左右的位置连接。第一液压油缸4驱动第一机械臂3绕第一销轴转动。

第二机械臂5的一端与第一机械臂3的另一端通过第二销轴连接。第二液压油缸6的缸筒端与第一机械臂3轴连。应当理解的是，第二液压油缸6的缸筒端与第一机械臂3的连接位置可根据所需第二机械臂5的转动角度范围、第一机械臂3的选型等等来设置。在本发明一优选的实施例中，第一机械臂3为折线形，第二液压油缸6的缸筒端与第一机械臂3的中部左右的位置连接。第二液压油缸6的活塞杆端与第二机械臂5的一端连接。第二液压油缸6驱动第二机械臂5绕第二销轴转动。手爪组件7设置在连接杆8的两端，第二机械臂5的另一端与连接杆8的中部转动连接。手爪组件7用于夹取物体，优选的，手爪组件7的数量为两个。实施例中连接杆8与第二机械臂5的转动连接为现有技术。

控制阀9的结构包括：舵机91、阀门92和连接件93，连接件93的两端分别与舵机轴头和阀门转头固连，舵机轴头的旋转带动阀门转头的旋转；第一液压油缸4和第二液压油缸6的进油管和出油管的管路上各设有一个控制阀9，具体是阀门92连接在管路上。连接件93的结构类似于联轴器。

第一传感器和第二传感器分别设于第一液压油缸4和第二液压油缸6上；控制器分别与第一传感器、第二传感器以及所有舵机91电连接。第一传感器和第二传感器优选拉线传感器。

上述实施例中，第一传感器对第一液压油缸4的活塞杆伸出和收回的行程进行检测，从而确定第一机械臂3的举升和下落的位置，第一传感器检测的数据传输给控制器，控制器向第一液压油缸4进油管和出油管上的两个控制阀9发出控制指令，通过操控舵机的转动实现对与舵机连接的阀门的开度的控制，控制第一液压油缸4活塞杆的伸出和收回的位置及速度，实现对第一机械臂3的举升、下落位置以及速度的控制。同理，第二传感器对第二液压油缸6的活塞杆伸出和收回的行程进行检测，从而确定第二机械臂5的举升和下落的位置，第二传感器检测的数据传输给控制器，控制器向第二液压油缸6进油管和出油管上的两个控制阀9发出控制指令，通过操控舵机的转动实现对与舵机连接的阀门的开度的控制，控制第二液压油缸6活塞杆的伸出和收回的位置及速度，实现对第二机械臂5的举升、下落位置以及速度的控制。控制器与第一传感器、第二传感器以及所有舵机91之间数据的传输以及指令的发送均为现有技术。

优选的，如图3所示，该机、电、液一体化机械手还包括：液压马达10、第一齿轮11、第二齿轮12以及第三齿轮13和编码器14。第一齿轮11和第二齿轮12位于底盘1上；液压马达10的输出端上套接有第一齿轮11；第一齿轮11与第二齿轮12啮合；液压马达10的进油管和出油管的管路上各设有一个控制阀9。第三齿轮13位于底盘1上，具体的，与底盘1的上表面轴连。第三齿轮13与第二齿轮12啮合；第三齿轮13上设置编码器14；编码器14与控制器电连接。

从功能上说，第一齿轮11为主动轮，第二齿轮12为从动轮。支撑柱2的一端设置在第二齿轮12上。在本发明一优选的实施例中，液压马达10可配合减速机使用，从而可以较小的外形获得较大的扭矩。

液压马达10启动，可驱动第一齿轮11转动，第一齿轮11带动第二齿轮12转动，第二齿轮12带动支撑柱2转动。优选的，液压马达10使支撑柱2可正转和反转180度。

通过该结构设计，第二齿轮12转动时，也会带动第三齿轮13转动，第三齿轮13上的编码器14可采集第三齿轮13转动的角度和方向，以得到第二齿轮12转动的角度和方向，从而可精确地得到支撑柱2转动的角度和方向，以便控制液压马达10的转动速率和方向，最终可控制支撑柱2转动的角度和方向，更精确地调整手爪组件7的位置。

上述实施例中，编码器14对液压马达10的左转和右转角度进行检测，从而确定底盘1的位置，编码器14检测的数据传输给控制器，控制器再给液压马达进油管和出油管上的两个控制阀9发出控制指令，通过操控舵机的转动实现对与舵机连接的阀门的开度的控制，从而控制液压马达左转和右转的位置及速度，实现对液压马达的左转和右转的位置和速度控制。

优选的，如图4所示，手爪组件7包括：第三液压油缸71、传动齿条72、两个第四齿轮73、两个第三转轴和两个手爪部74。第三液压油缸71的活塞杆端与传动齿条72的一端连接。传动齿条72的一相对的两个侧面均具有齿部。两个第四齿轮73对称设置在传动齿条72的两侧，且每一第四齿轮73与传动齿条72的对应一侧的齿部啮合。每一第三转轴穿过每一第四齿轮73，且每一第三转轴的两端与每一手爪部74的一端的两侧壁连接。两个手爪部74相对设置。第三液压油缸71的进油管和出油管的管路上各设有一个控制阀9，同时各设有一个压力传感器，两个压力传感器分别与控制器电连接。

上述实施例中，启动第三液压油缸71，第三液压油缸71推动传动齿条72移动，传动齿条72带动两个第四齿轮73同步转动，两个第四齿轮73分别带动两个第三转轴同步转动，两个第三转轴分别带动两个手爪部74张开或者闭合，完成采煤。具体的，以图4的方向作参考，当传动齿条72向下运动时，两个手爪部74张开；当传动齿条72向上运动时，两个手爪部74闭合。

上述实施例中，两个压力传感器对第三液压油缸71的进出油管的压力进行检测，从而确定手爪部74与被抓件之间的接触情况，压力传感器检测的数据传输给控制器，控制器再给第三液压油缸71进油管和出油管上的两个控制阀9发出控制指令，通过操控舵机的转动实现对与舵机连接的阀门的开度的控制，从而控制手爪部74夹持和松开的位置及速度，实现手爪部74的夹持和松开的位置和速度控制，以实现对不同尺寸和不同材质被抓件的抓取，又不会损伤被抓件表面。

综上，本发明实施例的机、电、液一体化机械手，舵机可以直接接收计算机或可编程逻辑控制器(PLC)等控制器发出的数字脉冲信号，舵机转动对应阀门开度，两个舵机分别控制液压马达或液压油缸进、出油路流量，从而控制液压油缸、液压马达的运动，同时通过各种传感器将速度和位置等信息反馈到计算机或可编程逻辑控制器(PLC)，构成了自动调节的速度闭环和位置闭环，从而将液压油缸的速度和位移精确与舵机的转速和转角一一对应。可替代人工进行装料、卸料等操作，克服人工装、卸料的弊端；同时是一款集电动、液压驱动为一体的混合动力机械装置，本体为液压驱动，爪部采用电机驱动，既能发挥液压出力大的优点，又减小爪部的体积和负载，控制灵活，同时用电控液，这些技术为填补煤矿领域这一空白技术开辟了一种全新的思路。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种机、电、液一体化机械手，其特征在于，包括：

底盘、支撑柱、第一机械臂、第一液压油缸、第二机械臂、第二液压油缸和手爪组件，支撑柱的一端可转动地设置在底盘上；第一机械臂的一端与支撑柱的另一端通过第一销轴连接，第一液压油缸的缸筒端与支撑柱的侧壁轴连，第一液压油缸的活塞杆端与第一机械臂连接，第一液压油缸驱动第一机械臂绕第一销轴转动；第二机械臂的一端与第一机械臂的另一端通过第二销轴连接，第二液压油缸的缸筒端与第一机械臂轴连，第二液压油缸的活塞杆端与第二机械臂的一端连接，第二液压油缸驱动第二机械臂绕第二销轴转动；手爪组件设置在连接杆的两端，第二机械臂的另一端与连接杆的中部转动连接；

若干控制阀，其结构包括：舵机、阀门和连接件，连接件的两端分别与舵机轴头和阀门转头固连，舵机轴头的旋转带动阀门转头的旋转；第一液压油缸和第二液压油缸的进油管和出油管的管路上各设有一个控制阀；

第一传感器和第二传感器，分别设于第一液压油缸和第二液压油缸上；

控制器，分别与第一传感器、第二传感器以及所有舵机电连接。

2.根据权利要求1所述的机、电、液一体化机械手，其特征在于，还包括：

液压马达、第一齿轮和第二齿轮；所述第一齿轮和所述第二齿轮位于所述底盘上，所述液压马达的输出端上套接有所述第一齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述支撑柱的一端设置在所述第二齿轮上；液压马达的进油管和出油管的管路上各设有一个控制阀；

第三齿轮和编码器，所述第三齿轮位于所述底盘上，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合，所述第三齿轮上设置所述编码器；编码器与控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的机、电、液一体化机械手，其特征在于，所述手爪组件包括：

第三液压油缸、传动齿条、两个第四齿轮、两个第三转轴和两个手爪部；所述第三液压油缸的活塞杆端与所述传动齿条的一端连接，所述传动齿条的一相对的两个侧面均具有齿部，两个所述第四齿轮对称设置在所述传动齿条的两侧，且每一所述第四齿轮与所述传动齿条的对应一侧的所述齿部啮合，每一所述第三转轴穿过每一所述第四齿轮，且每一所述第三转轴的两端与每一所述手爪部的一端的两侧壁连接，两个所述手爪部相对设置；

第三液压油缸的进油管和出油管的管路上各设有一个控制阀，同时各设有一个压力传感器，两个压力传感器分别与控制器电连接。

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