CN112177522B - 打孔放栓机器人末端执行器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种打孔放栓机器人末端执行器及其使用方法，打孔放栓机器人末端执行器包括：机架、定位机构、打孔机构和放栓机构，其中，定位机构包括：顶针，打孔机构包括：第一滑轨和电钻，第一滑轨固装在机架上，电钻固装在第一滑轨的滑块上且电钻的钻头的长度方向与第一滑轨的长度方向平行；放栓机构包括：第二滑轨和螺栓夹，第二滑轨固装在机架上，螺栓夹固装在第二滑轨的滑块上，螺栓夹的壳体上形成有第一通孔，螺栓夹用于储存螺栓并将螺栓从第一通孔内射出；电钻的钻头与顶针的距离和顶针与螺栓夹的第一通孔的距离相同。该打孔放栓机器人末端执行器通过与机器人之间的相互配合，能够实现定位、打孔、除尘、放栓一系列加工过程。

Description

打孔放栓机器人末端执行器及其使用方法

技术领域

本发明属于机器人制造技术领域，具体来说涉及一种打孔放栓机器人末端执行器及其使用方法。

背景技术

在机器人发展日益加快的今天，机器人被越来越多的运用到工业作业中，机器人能够应用于一些危险、繁重、单调的工作，这些特质得到了人们的青睐。在隧道建设中，能够实现打孔放栓的隧道机器人可以避免一些危险，并且精度高、工作效率高、工作可靠。过去，打孔放栓被分成了多个任务，由不同的个体完成，造成了工作效率低下、资源浪费。因此，如何在最小限度利用人力的情况下使得打孔放栓能够一气呵成，成了如今隧道建设的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种打孔放栓机器人末端执行器，该打孔放栓机器人末端执行器通过与机器人之间的相互配合，能够实现定位、打孔、除尘、放栓一系列加工过程。

本发明的另一目的是提供上述打孔放栓机器人末端执行器的使用方法。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种打孔放栓机器人末端执行器，包括：机架、定位机构、打孔机构和放栓机构，所述机架的前面设置有所述定位机构，所述打孔机构和放栓机构设置在所述机架的侧面上，其中，

所述定位机构包括：顶针，所述打孔放栓机器人末端执行器通过所述顶针顶住待加工物体；

所述打孔机构包括：第一滑轨和电钻，所述第一滑轨固装在所述机架上，所述电钻固装在所述第一滑轨的滑块上且电钻的钻头的长度方向与所述第一滑轨的长度方向平行；

所述放栓机构包括：第二滑轨和螺栓夹，第二滑轨固装在所述机架上，所述螺栓夹固装在所述第二滑轨的滑块上，所述螺栓夹的壳体上形成有第一通孔，所述螺栓夹用于储存螺栓并将螺栓从所述第一通孔内射出，其中，所述螺栓夹射出螺栓的方向与所述第二滑轨的长度方向平行，所述第二滑轨的长度方向和所述第一滑轨的长度方向平行；

所述电钻的钻头与所述顶针的距离和所述顶针与螺栓夹的第一通孔的距离相同。

在上述技术方案中，还包括：工业相机，所述工业相机用于对待加工物体拍摄图像。

在上述技术方案中，还包括：除尘机构，所述除尘机构包括：吸尘套、伸缩轴套、吸尘盘和吸尘片，吸尘套和伸缩轴套均为弹性材料制成，所述吸尘盘套在所述电钻的外壳外并与该电钻的外壳固装，所述吸尘片上形成有一第二通孔，所述吸尘片通过所述伸缩轴套与所述吸尘盘固装且所述钻头的端部穿过所述第二通孔，所述吸尘套位于所述吸尘盘和吸尘片之间且两端分别与相应侧的所述吸尘盘或吸尘片固装，所述钻头从所述吸尘套内穿过，吸尘套上连通有一吸尘管，吸尘管与工业吸尘器连接。

在上述技术方案中，所述吸尘套包括：第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分均为一圆台体形的外壳，所述圆台体形的顶面和底面均为敞口，所述第一部分从吸尘盘至吸尘片方向渐缩，所述第二部分从吸尘片至吸尘盘方向渐缩，所述第二部分位于所述第一部分内且第二部分的底面的边缘与所述第一部分的顶面的边缘连接，所述第一部分的高大于所述第二部分的高。

在上述技术方案中，所述工业相机通过相机支架与所述机架固装。

在上述技术方案中，所述螺栓夹包括：所述壳体以及位于该壳体内的托栓板、2个隔板和压簧，2个所述隔板平行间隔设置，螺栓在所述壳体内沿所述螺栓夹的高度方向排列且螺栓的长度方向平行于所述第二滑轨的长度方向，螺栓从2个所述隔板之间穿过且螺栓的头部被2个所述隔板限位在该2个隔板的一侧；所述托栓板位于位置最低螺栓的头部的下方且该托栓板和壳体的底面内壁之间安装有所述压簧；所述壳体在与位于位置最高螺栓的头部相对的位置上形成所述第一通孔，在所述壳体上形成有一进气口，所述进气口与所述第一通孔相对，所述进气口用于接收一通气管的高压气体。

在上述技术方案中，位于所述壳体内螺栓的头部在所述托栓板上从下至上排列。

在上述技术方案中，所述通气管与一气缸连通。

在上述技术方案中，所述螺栓夹通过放栓支架与所述第二滑轨的滑块固装，放栓支架上形成有一安装槽，该安装槽用于放置螺栓夹，在安装槽的侧壁上形成有一第三通孔和与第三通孔相对的螺栓排出口，通气管直接连接在第三通孔上，所述螺栓夹安装在所述放栓支架上后，第一通孔与螺栓排出口相对，所述第三通孔与所述进气口相对。

上述打孔放栓机器人末端执行器的使用方法，包括以下步骤：

1)用顶针顶住待加工物体，以所述顶针为圆心，将所述打孔放栓机器人末端执行器进行旋转，直至将所述钻头与待加工物体的待打孔位置相对，使第一滑轨的滑块滑动，使电钻的钻头与待打孔位置接触，启动所述电钻并持续使所述第一滑轨的滑块向待加工物体移动，直至打孔完成，在待加工物体上形成一加工孔；

2)继续使顶针顶住待加工物体，将所述第一滑轨的滑块向远离待加工物体的方向移动，以所述顶针为圆心，将所述打孔放栓机器人末端执行器进行旋转，直至将所述螺栓夹的第一通孔与所述加工孔相对，使第二滑轨的滑块向待加工物体滑动，螺栓夹将螺栓从所述第一通孔内射出至所述加工孔内。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的打孔放栓机器人末端执行器能够实现定位、打孔、放栓一系列加工过程，具有良好的通用性，工作效率高。

2、除尘机构可在打孔过程中进行除尘。

3、使用工业相机定位和压力传感器调整位姿，当打孔放栓机器人末端执行器工作时，工业相机拍照获取待加工物体的待打孔位置，在顶针碰触岩壁过程，通过压力传感器调整位姿，避免机器人工作时由于岩壁形状导致打孔偏移。

附图说明

图1为本发明打孔放栓机器人末端执行器的结构示意图；

图2为本发明打孔放栓机器人末端执行器的结构示意图；

图3为螺栓夹的正视图；

图4为螺栓夹的侧视图；

图5为放栓支架的结构示意图。

其中，1：第一滑轨，2：机架，3：第二滑轨，4：第二滑轨的滑块，5：螺栓夹，5-1：壳体，5-2：第一通孔，5-3：进气口，5-4：隔板，5-5：托栓板，5-6：压簧，6：放栓支架，6-1：螺栓排出口，6-2：电磁铁，6-3：第三通孔，6-4：安装槽，7：相机支架，8：压力传感器，9：顶针，10：工业相机，11：钻头，12：吸尘套，13：伸缩轴套，14：吸尘盘，15：第一滑轨的滑块，16：螺栓。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

如图1～2所示，一种打孔放栓机器人末端执行器，包括：机架2、定位机构、打孔机构和放栓机构，机架2的前面设置有定位机构，打孔机构和放栓机构设置在机架2的侧面上，作为优选，机架2可以选用铝合金材料制作成空心六面体支架。

定位机构包括：顶针9，打孔放栓机器人末端执行器通过顶针9顶住待加工物体；作为优选，顶针的前端为伞状，用于顶住待加工物体，顶针的后端用于与机架2固装。

打孔机构包括：第一滑轨1和电钻，第一滑轨1固装在机架2上，电钻固装在第一滑轨的滑块15上且电钻的钻头11的长度方向与第一滑轨1的长度方向平行；

放栓机构包括：第二滑轨3和螺栓夹5，第二滑轨3固装在机架2上，螺栓夹5固装在第二滑轨的滑块4上，螺栓夹5的壳体5-1上形成有第一通孔5-2，螺栓夹5用于储存螺栓16并将螺栓16从第一通孔5-2内射出，其中，螺栓夹5射出螺栓16的方向与第二滑轨3的长度方向平行，第二滑轨3的长度方向和第一滑轨1的长度方向平行；作为优选，第二滑轨为气动滑轨。

电钻的钻头11与顶针9的距离和顶针与螺栓夹5的第一通孔5-2的距离相同。作为优选，钻头和第一通孔5-2位于顶针的相对两侧。

本发明打孔放栓机器人末端执行器的使用方法，包括以下步骤：

1)打孔放栓机器人末端执行器与机器人固装，机器人收到打孔坐标，用顶针9顶住待加工物体，以顶针9为圆心，将打孔放栓机器人末端执行器进行旋转，直至将钻头11与待加工物体的待打孔位置相对，使第一滑轨的滑块15滑动，使电钻的钻头11与待打孔位置接触，启动电钻并持续使第一滑轨的滑块15向待加工物体移动，直至打孔完成，在待加工物体上形成一加工孔；

2)继续使顶针9顶住待加工物体，将第一滑轨的滑块15向远离待加工物体的方向移动，以顶针9为圆心，将打孔放栓机器人末端执行器进行旋转，直至将螺栓夹5的第一通孔5-2与加工孔相对，使第二滑轨的滑块4向待加工物体滑动，螺栓夹5将螺栓16从第一通孔5-2内射出至加工孔内。

实施例2

在实施例1的基础上，还包括：除尘机构，除尘机构包括：吸尘套12、伸缩轴套13、吸尘盘14和吸尘片，吸尘盘14套在电钻的外壳外并与该电钻的外壳固装，吸尘片上形成有一第二通孔，吸尘片通过伸缩轴套13与吸尘盘14固装且钻头11的端部穿过第二通孔，伸缩轴套13作为优选可以为伸缩橡胶套，吸尘套12位于吸尘盘14和吸尘片之间且两端分别与相应侧的吸尘盘14或吸尘片固装，钻头11从吸尘套12内穿过。吸尘套12和伸缩轴套13均为弹性材料制成，即能够在打孔放栓机器人末端执行器打孔时，当吸尘片贴至待加工物体挤压待加工物体时，被该待加工物体压缩。吸尘套12上连通有一吸尘管(图中未示出)，吸尘管与工业吸尘器连接，在使用过程中，先在待加工物体上形成一加工孔，再用除尘机构进行除尘，最后再将螺栓16从第一通孔5-2内射出至加工孔内。

进一步解释，吸尘套12包括：第一部分和第二部分，第一部分和第二部分均为一圆台体形的外壳，圆台体形的顶面和底面均为敞口，第一部分从吸尘盘14至吸尘片方向渐缩，第二部分从吸尘片至吸尘盘14方向渐缩，第二部分位于第一部分内且第二部分的底面的边缘与第一部分的顶面的边缘连接(以圆台体形的较小半径圆为顶面，较大半径圆为底面)，第一部分的高大于第二部分的高。钻头依次穿过第一部分的底面、第二部分的顶面、第二部分的底面(第一部分的顶面)和第二通孔，钻头转动时通过吸尘管带动吸尘套12中产生吸力，将灰尘经过吸尘套排出至工业吸尘器。为了产生较大的吸力，钻头和第二通孔之间间隙的距离为5-10厘米。

还包括：工业相机10和压力传感器8，压力传感器8安装在机架2和顶针之间，用于检测顶针9顶住待加工物体时的压力，压力传感器与控制器连接；工业相机10安装在机架2上，用于对待加工物体拍摄图像并与控制器连接。工业相机10通过相机支架7与机架2固装。通过工业相机对待加工物体拍摄图像，对环境标定点进行识别移动，到达目标位置获取顶针处压力传感器的值，通过和压力参考值对比调整打孔放栓机器人末端执行器的姿态，实现定位功能。

作为优选，顶针的前部和后部通过一滑动轴承连接。

实施例3

如图3～4所示，在实施例1或2的基础上，螺栓夹5包括：壳体5-1以及位于该壳体5-1内的托栓板5-5、2个隔板5-4和压簧5-6，2个隔板5-4平行间隔设置，螺栓16在壳体5-1内沿螺栓夹5的高度方向排列且螺栓16的长度方向平行于第二滑轨3的长度方向，螺栓16从2个隔板5-4之间穿过且螺栓16的头部被2个隔板5-4限位在该2个隔板5-4的一侧；

托栓板5-5位于位置最低螺栓16的头部的下方且该托栓板5-5和壳体5-1的底面内壁之间安装有压簧5-6；位于壳体5-1内螺栓16的头部在托栓板5-5上从下至上排列。壳体5-1在与位于位置最高螺栓16的头部相对的位置上形成有前述的第一通孔5-2，在壳体5-1上形成有一进气口5-3，进气口5-3与第一通孔5-2相对，进气口5-3用于接收一通气管排入的高压气体。通气管与一气缸连通。在放栓时，气缸将排出高压气体，气体通过通气管至螺栓夹的进气口5-3，将螺栓夹内与进气口5-3相对的螺栓压入第一通孔5-2内并从第一通孔5-2射出，放栓结束后，螺栓夹底部的压簧将底部的螺栓弹起，方便下一次放栓。

作为优选，螺栓夹5通过放栓支架6与第二滑轨的滑块4固装，如图5所示，放栓支架6上形成有一安装槽6-4，该安装槽用于放置螺栓夹，在安装槽的侧壁上上形成有一第三通孔6-3和与第三通孔相对的螺栓排出口6-1，螺栓夹5安装在放栓支架6上后，第三通孔6-3与进气口5-3相对，通气管直接连接在第三通孔上，第一通孔5-2与螺栓排出口相对。作为优选，在螺栓排出口和螺栓夹5之间以及第三通孔和螺栓夹5之间均安装有用于防止气体泄漏的橡胶垫片(图中未示出)。放栓支架6和螺栓夹5不但可以通过机械卡扣等固装，也可通过电磁铁6-2固装，电磁铁与一继电器电连接。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种打孔放栓机器人末端执行器，其特征在于，包括：机架(2)、定位机构、打孔机构和放栓机构，所述机架(2)的前面设置有所述定位机构，所述打孔机构和放栓机构设置在所述机架(2)的侧面上，其中，

所述定位机构包括：顶针(9)，所述打孔放栓机器人末端执行器通过所述顶针(9)顶住待加工物体；

所述打孔机构包括：第一滑轨(1)和电钻，所述第一滑轨(1)固装在所述机架(2)上，所述电钻固装在所述第一滑轨的滑块(15)上且电钻的钻头(11)的长度方向与所述第一滑轨(1)的长度方向平行；

所述放栓机构包括：第二滑轨(3)和螺栓夹(5)，第二滑轨(3)固装在所述机架(2)上，所述螺栓夹(5)固装在所述第二滑轨的滑块(4)上，所述螺栓夹(5)的壳体(5-1)上形成有第一通孔(5-2)，所述螺栓夹(5)用于储存螺栓(16)并将螺栓(16)从所述第一通孔(5-2)内射出，其中，所述螺栓夹(5)射出螺栓(16)的方向与所述第二滑轨(3)的长度方向平行，所述第二滑轨(3)的长度方向和所述第一滑轨(1)的长度方向平行；

所述电钻的钻头(11)与所述顶针(9)的距离和所述顶针(9)与螺栓夹(5)的第一通孔(5-2)的距离相同。

2.根据权利要求1所述的打孔放栓机器人末端执行器，其特征在于，还包括：工业相机(10)，所述工业相机(10)用于对待加工物体拍摄图像。

3.根据权利要求1所述的打孔放栓机器人末端执行器，其特征在于，还包括：除尘机构，所述除尘机构包括：吸尘套(12)、伸缩轴套(13)、吸尘盘(14)和吸尘片，吸尘套(12)和伸缩轴套(13)均为弹性材料制成，所述吸尘盘(14)套在所述电钻的外壳外并与该电钻的外壳固装，所述吸尘片上形成有一第二通孔，所述吸尘片通过所述伸缩轴套(13)与所述吸尘盘(14)固装且所述钻头(11)的端部穿过所述第二通孔，所述吸尘套(12)位于所述吸尘盘(14)和吸尘片之间且两端分别与相应侧的所述吸尘盘(14)或吸尘片固装，所述钻头(11)从所述吸尘套(12)内穿过，吸尘套(12)上连通有一吸尘管，吸尘管与工业吸尘器连接。

4.根据权利要求3所述的打孔放栓机器人末端执行器，其特征在于，所述吸尘套(12)包括：第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分均为一圆台体形的外壳，所述圆台体形的顶面和底面均为敞口，所述第一部分从吸尘盘(14)至吸尘片方向渐缩，所述第二部分从吸尘片至吸尘盘(14)方向渐缩，所述第二部分位于所述第一部分内且第二部分的底面的边缘与所述第一部分的顶面的边缘连接，所述第一部分的高大于所述第二部分的高。

5.根据权利要求2所述的打孔放栓机器人末端执行器，其特征在于，所述工业相机(10)通过相机支架(7)与所述机架(2)固装。

6.根据权利要求1所述的打孔放栓机器人末端执行器，其特征在于，所述螺栓夹(5)包括：所述壳体(5-1)以及位于该壳体(5-1)内的托栓板(5-5)、2个隔板(5-4)和压簧(5-6)，2个所述隔板(5-4)平行间隔设置，螺栓(16)在所述壳体(5-1)内沿所述螺栓夹(5)的高度方向排列且螺栓(16)的长度方向平行于所述第二滑轨(3)的长度方向，螺栓(16)从2个所述隔板(5-4)之间穿过且螺栓(16)的头部被2个所述隔板(5-4)限位在该2个隔板(5-4)的一侧；所述托栓板(5-5)位于位置最低螺栓(16)的头部的下方且该托栓板(5-5)和壳体(5-1)的底面内壁之间安装有所述压簧(5-6)；所述壳体(5-1)在与位于位置最高螺栓(16)的头部相对的位置上形成所述第一通孔(5-2)，在所述壳体(5-1)上形成有一进气口(5-3)，所述进气口(5-3)与所述第一通孔(5-2)相对，所述进气口(5-3)用于接收一通气管的高压气体。

7.根据权利要求6所述的打孔放栓机器人末端执行器，其特征在于，位于所述壳体(5-1)内螺栓(16)的头部在所述托栓板(5-5)上从下至上排列。

8.根据权利要求6所述的打孔放栓机器人末端执行器，其特征在于，所述通气管与一气缸连通。

9.根据权利要求6所述的打孔放栓机器人末端执行器，其特征在于，所述螺栓夹(5)通过放栓支架(6)与所述第二滑轨的滑块(4)固装，放栓支架(6)上形成有一安装槽(6-4)，该安装槽(6-4)用于放置螺栓夹(5)，在安装槽(6-4)的侧壁上形成有一第三通孔(6-3)和与第三通孔(6-3)相对的螺栓排出口(6-1)，通气管直接连接在第三通孔(6-3)上，所述螺栓夹(5)安装在所述放栓支架(6)上后，第一通孔(5-2)与螺栓排出口(6-1)相对，所述第三通孔(6-3)与所述进气口(5-3)相对。

10.如权利要求1所述打孔放栓机器人末端执行器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)用顶针(9)顶住待加工物体，以所述顶针(9)为圆心，将所述打孔放栓机器人末端执行器进行旋转，直至将所述钻头(11)与待加工物体的待打孔位置相对，使第一滑轨的滑块(15)滑动，使电钻的钻头(11)与待打孔位置接触，启动所述电钻并持续使所述第一滑轨的滑块(15)向待加工物体移动，直至打孔完成，在待加工物体上形成一加工孔；

2)继续使顶针(9)顶住待加工物体，将所述第一滑轨的滑块(15)向远离待加工物体的方向移动，以所述顶针(9)为圆心，将所述打孔放栓机器人末端执行器进行旋转，直至将所述螺栓夹(5)的第一通孔(5-2)与所述加工孔相对，使第二滑轨的滑块(4)向待加工物体滑动，螺栓夹(5)将螺栓(16)从所述第一通孔(5-2)内射出至所述加工孔内。

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