CN112847315A - 一种工程施工机器人用机械臂结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程施工机器人用机械臂结构，所述机械臂结构主要由间距并排布置的第一竖向机械臂和第二竖向机械臂、以及铰接于第一竖向机械臂和第二竖向机械臂之间的横向机械臂组成，所述横向机械臂在第一竖向机械臂上的铰接位能够沿着第一竖向机械臂的高度方向作独立位移调整，所述横向机械臂在第二竖向机械臂上的铰接位能够沿着第二竖向机械臂的高度方向作独立位移调整，所述横向机械臂的至少一端用作连接工程施工机器人的施工器具。本发明以简单结构成型，其施工运行轨迹多样且高度灵活、高度精准，有利于工程施工机器人精巧化成型，所成型的工程施工机器人能够有效地满足于工程施工作业的高灵活性及高精准性技术要求。

Description

一种工程施工机器人用机械臂结构

技术领域

本发明涉及工程施工机器人的组成设备，具体是一种工程施工机器人用的机械臂结构。

背景技术

近年来，各种应用于土建、垃圾处理等工程施工作业的机器人得到了大量推广，这些工程施工机器人具有结构精巧、重量轻、施工灵活、安全性好、成本低等特点，能够很好的补充传统工程车辆的施工作业局限性，甚至在一定程度上能够替代传统工程车辆。

机械臂是机器人完成执行动作的技术关键。目前，常见的工程施工机器人的机械臂主要有两种结构。一种是与流水线等行业机器人的机械臂基本类似的多关节复杂铰接结构，例如中国专利文献公开的“一种用于船体外表面施工的机器人”（公开号CN 111633565，公开日2020年09月08日）”等；另一种是与工程车辆的动臂结构基本类似的大体积结构，例如中国专利文献公开的“一种施工机器人”（公开号CN 109531536，公开日2019年03月29日）等。这些机械臂的施工动作是通过关节处的驱动缸作用之下的伸展/收缩而实现的，其不仅结构复杂，而且机械臂无法灵活、可靠地实现平移升降动作和/或摆线运行动作，施工运行轨迹较难满足于工程施工作业的高灵活性及高精准性技术要求，较难实现精准定位作业。

发明内容

本发明的技术目的在于：针对上述工程施工的特殊性和现有技术的不足，提供一种既能够稳定可靠地实现平移升降动作、又能够灵活精准地实现摆线运行动作的工程施工机器人用机械臂结构。

本发明的技术目的通过下述技术方案实现：一种工程施工机器人用机械臂结构，所述机械臂结构主要由间距并排布置的第一竖向机械臂和第二竖向机械臂、以及铰接于所述第一竖向机械臂和所述第二竖向机械臂之间的横向机械臂组成，所述横向机械臂在所述第一竖向机械臂上的铰接位能够沿着所述第一竖向机械臂的高度方向作独立位移调整，所述横向机械臂在所述第二竖向机械臂上的铰接位能够沿着所述第二竖向机械臂的高度方向作独立位移调整，所述横向机械臂的至少一端用作连接所述工程施工机器人的施工器具。该技术措施的机械臂以简单结构成型，其既可以带动施工器具在高度方向上稳定地作平移升降动作，又可以带动施工器具在高度方向上稳定地作多种摆线运行动作，施工运行轨迹多样且高度灵活、高度精准，有利于工程施工机器人精巧化成型，所成型的工程施工机器人能够有效地满足于工程施工作业的高灵活性及高精准性技术要求。

作为优选方案之一，所述第一竖向机械臂主要由臂体一、丝杠一、滑块一和驱动电机一组成，所述臂体一的高度方向上具有能够排布所述丝杠一的空间及能够排布所述滑块一的滑轨结构，所述丝杠一通过至少一组轴承组件沿着所述臂体一的高度方向装配在所述臂体一上，所述丝杠一的一端与所述驱动电机一的输出轴相连接，所述滑块一以螺纹结构装配在所述丝杠一上、且与所述臂体一上的滑轨结构滑动配合，所述滑块一与所述横向机械臂上的对应部位相铰接。

作为优选方案之一，所述第二竖向机械臂主要由臂体二、丝杠二、滑块二和驱动电机二组成，所述臂体二的高度方向上具有能够排布所述丝杠二的空间及能够排布所述滑块二的滑轨结构，所述丝杠二通过至少一组轴承组件沿着所述臂体二的高度方向装配在所述臂体二上，所述丝杠二的一端与所述驱动电机二的输出轴相连接，所述滑块二以螺纹结构装配在所述丝杠二上、且与所述臂体二上的滑轨结构滑动配合，所述滑块二与所述横向机械臂上的对应部位相铰接。

作为优选方案之一，所述横向机械臂为长度可伸缩结构，所述横向机械臂主要由依次连接在一起的铰座一、伸缩机构和铰座二组成，所述铰座一用作与所述第一竖向机械臂相铰接，所述铰座二用作与所述第二竖向机械臂相铰接。

上述第一竖向机械臂、第二竖向机械臂和横向机械臂，作为带动施工器具在高度方向上进行平移升降动作及摆线运行动作的技术关键，其充分利用杠杆力与电机驱动而实现，整体结构简单、体积小，易于维护，其既可以使横向机械臂带动下的施工器具在高度方向上稳定、可靠地实现平移升降动作，又可以使横向机械臂带动下的施工器具在高度方向上灵活、精准、可靠地实现单支点摆线运行动作，还可以使横向机械臂带动下的施工器具在高度方向上灵活、精准、可靠地实现交叉摆线运行动作，运行稳定、灵活、精准、可靠。

作为优选方案之一，所述第一竖向机械臂与所述第二竖向机械臂之间设置有支撑架。该技术措施能够可靠地增强第一竖向机械臂与第二竖向机械臂之间的结构强度，保障第一竖向机械臂和第二竖向机械臂能够稳定、持久的保持相对位置。

作为优选方案之一，所述横向机械臂通过动臂连接施工器具。进一步的，所述动臂的后端铰接在所述横向机械臂的对应端部，所述动臂与所述横向机械臂之间的铰接处连接有能够驱动所述动臂相对所述横向机械臂作左右摆动动作的回转电机；该技术措施能够使施工器具在机械臂上灵活、精准地实现左右摆动动作，可靠地增强施工运行轨迹的多样性，灵活、可靠。再进一步的，所述动臂与所述横向机械臂的铰接处具有连杆轴，所述连杆轴通过轴承组件装配在所述横向机械臂对应端部的铰座内，且所述连杆轴与所述回转电机的输出轴相连接，在所述回转电机的驱动下，所述连杆轴用作带动所述动臂相对于所述横向机械臂作左右摆动动作；该技术措施能够将连接施工器具的动臂的重力有效地分散到横向机械臂上，以减少作用在连杆轴上的摩擦力，提高连杆轴运行的灵活性、稳定性及服役寿命。所述动臂的前端铰接有能够连接施工器具的器具接头，所述器具接头的中部与所述动臂的前端相铰接、前端用作连接施工器具、后端用作连接驱动缸，所述驱动缸的后端铰接在所述动臂上，在所述驱动缸的驱动下，所述器具接头带动所述施工器具在所述动臂的前端处作上下摆动动作。

作为优选方案之一，所述施工器具为松土器、耙子或铲斗。该技术措施通过更换对应的施工器具，能够使同一机械臂适应于不同工况的工程施工作业，用途多样，通用性好。

本发明的有益技术效果是：上述技术措施的机械臂以简单结构成型，其充分利用杠杆力与电机驱动而实现，整体结构简单、体积小，易于维护；上述结构的机械臂，既可以使横向机械臂带动下的施工器具在高度方向上稳定、可靠地实现平移升降动作，又可以使横向机械臂带动下的施工器具在高度方向上灵活、精准、可靠地实现单支点摆线运行动作，还可以使横向机械臂带动下的施工器具在高度方向上灵活、精准、可靠地实现交叉摆线运行动作，施工运行轨迹多样且高度灵活、高度精准，有利于工程施工机器人精巧化成型，所成型的工程施工机器人能够有效地满足于工程施工作业的高灵活性及高精准性技术要求。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

图2为图1中的第一竖向机械臂、第二竖向机械臂的各自结构及相对结构的示意图。

图3为图1中的横向机械臂的结构示意图。

图4为本发明的一种使用状态示意图。

图中代号含义：1—第一竖向机械臂；11—臂体一；12—丝杠一；13—滑块一；14—驱动电机一；2—第二竖向机械臂；21—臂体二；22—丝杠二；23—滑块二；24—驱动电机二；3—横向机械臂；31—铰座一；32—铰座二；33—伸缩机构；34—加长管；35—铰座三；36—连杆轴；4—底座；5—支撑架；6—动臂；61—器具接头；62—驱动缸；63—回转电机；A—行走装置；B—旋转装置；C—滑台装置；D—施工器具。

具体实施方式

本发明涉及工程施工机器人的组成设备，具体是一种工程施工机器人用的机械臂结构，下面以多个实施例对本发明的主体技术内容进行详细说明。其中，实施例1结合说明书附图-即图1、图2、图3和图4对本发明的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；其它实施例虽未单独绘制附图，但其主体结构仍可参照实施例1的附图。

在此需要特别说明的是，本发明的附图是示意性的，其为了清楚本发明的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本发明贡献于现有技术的技术方案。

实施例1

参见图1、图2和图3所示，本发明为工程施工机器人用的机械臂结构，其包括第一竖向机械臂1、第二竖向机械臂2、横向机械臂3和动臂6。第一竖向机械臂1和第二竖向机械臂2分别通过紧固件等竖立固定在底座4上，该底座4可以是给机械臂独立设置的，也可以是工程施工机器人上的组成部件，例如本实施例中下述的安装板等；第一竖向机械臂1和第二竖向机械臂2在底座4上以相对间距并排排布，为了增强第一竖向机械臂1和第二竖向机械臂2之间相对位置的结构强度，在第一竖向机械臂1和第二竖向机械臂2之间还设置有支撑架5。

具体的，第一竖向机械臂1主要由臂体一11、丝杠一12、滑块一13和驱动电机一14组成。

第一竖向机械臂1的臂体一11作为排布丝杠一12、滑块一13、驱动电机一14的承载基础，其通过紧固件等竖立在底座4的一端顶面。设定臂体一11用作排布丝杠一12的侧面为正面。臂体一11的正面中心处沿着高度方向设置有能够排布丝杠一12的空间，该空间的上、下两端处分别设置有一组轴承组件。臂体一11的正面两侧处沿着高度方向设置有滑轨结构。

第一竖向机械臂1的丝杠一12长度方向对应于臂体一11的高度方向。丝杠一12通过臂体一11正面两端处的轴承组件而固定在臂体一11上，使得丝杠一12沿着臂体一11的高度方向装配，丝杠一12与臂体一11之间形成基本平行排布结构。

第一竖向机械臂1的滑块一13背面以螺纹结构（例如螺母）与丝杠一12连接，滑块一13的背面两侧与臂体一11的正面两侧滑轨结构形成滑动配合，丝杠一12在动作过程中，通过与滑块一13之间的配合结构而将周向旋转运动转换为滑块一13在臂体一11滑轨上的直线运动。

第一竖向机械臂1的驱动电机一14的输出轴与丝杠一12的一端形成相对固定连接，通常驱动电机一14通过紧固件等固定在臂体一11的顶部，如此，驱动电机一14的输出轴与丝杠一12的顶端相连接，丝杠一12的周向旋转动作由驱动电机一14控制。驱动电机一14通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替）。

第二竖向机械臂2主要由臂体二21、丝杠二22、滑块二23和驱动电机二24组成。

第二竖向机械臂2的臂体二21作为排布丝杠二22、滑块二23、驱动电机二24的承载基础，其通过紧固件等竖立在底座4的另一端顶面，设定臂体二21用作排布丝杠二22的侧面为正面，且臂体二21的正面基本正对上述臂体一11的正面所在平面，即上述臂体一11的正面延伸面与臂体二21的正面基本呈T型配合。臂体二21的正面中心处沿着高度方向设置有能够排布丝杠二22的空间，该空间的上、下两端分别设置有一组轴承组件。臂体二21的正面两侧处沿着高度方向设置有滑轨结构。

第二竖向机械臂2的丝杠二22长度方向对应于臂体二21的高度方向。丝杠二22通过臂体二21正面两端处的轴承组件而固定在臂体二21上，使得丝杠二22沿着臂体二21的高度方向装配，丝杠二22与臂体二21之间形成基本平行排布结构。

第二竖向机械臂2的滑块二23背面以螺纹结构（例如螺母）与丝杠二22连接，滑块二23的背面两侧与臂体二21的正面两侧滑轨结构形成滑动配合，丝杠二22在动作过程中，通过与滑块二23之间的配合结构而将周向旋转运动转换为滑块二23在臂体二21滑轨上的直线运动。

第二竖向机械臂2的驱动电机二24的输出轴与丝杠二22的一端形成相对固定连接，通常驱动电机二24通过紧固件等固定在臂体二21的顶部，如此，驱动电机二24的输出轴与丝杠二22的顶端相连接，丝杠二22的周向旋转动作由驱动电机二24控制。驱动电机二24通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替）。

上述第一竖向机械臂1的滑块一13上下位移动作，独立于上述第二竖向机械臂2的滑块二23上下位移动作。即，在驱动电机一14和丝杠一12的作用下，滑块一13可以独立在臂体一11上进行上下滑动位移；在驱动电机二24和丝杠二22的作用下，滑块二23可以独立在臂体二21上进行上下滑动位移；在驱动电机一14和驱动电机二24的同步作用下，滑块一13和滑块二23可以在各自对应的臂体上同步进行上下滑动位移。

横向机械臂3主要由依次连接在一起的铰座一31、加长管34、伸缩机构33、铰座二32组成。伸缩机构33为气缸结构，加长管34为气缸结构的伸缩机构33在铰座一31和铰座二32之间的长度不足状态下的补充加长结构，加长管34与伸缩机构33的一端以螺纹连接结构或销钉连接结构形成加长连接，若气缸结构的伸缩机构33足够长则无需加长管34结构的存在。铰座一31通过铰轴（或配套轴承组件等）铰接在上述第一竖向机械臂1的滑块一13上，铰座二32通过铰轴（或配套轴承组件等）铰接在上述第二竖向机械臂2的滑块二23上，伸缩机构33的作用在于调节铰座一31与铰座二32在不等高状态下滑动位移时的横向机械臂3长度变化。如此，当第一竖向机械臂1上的滑块一13和第二竖向机械臂2上的滑块二23同步进行升降时（无论水平与否），则横向机械臂3随之进行平移升降动作；当第一竖向机械臂1上的滑块一13/第二竖向机械臂2上的滑块二23单个进行升降时，第二竖向机械臂2上的滑块二23/第一竖向机械臂1上的滑块一13保持固定，则横向机械臂3随之实现单支点的摆线运行动作；当第一竖向机械臂1上的滑块一13进行上升/下降，同时第二竖向机械臂2上的滑块二23进行下降/上升时，则横向机械臂3随之实现交叉摆线运行动作。

设定上述横向机械臂3的图中所示左端用作连接动臂6，因而在上述横向机械臂3的左端设置有铰座三35。该铰座三35连接在铰座一31的外端处，其呈横卧的U型或Y型状，在铰座三35上开设有上下方向成型的铰孔，上下铰孔内分别装配有一组轴承组件，通过上下两组轴承组件连接有连杆轴36，该连杆轴36能够在铰座三35内通过轴承组件相对自由旋转。

动臂6为长臂杆结构。动臂6的前端铰接有器具接头61、中后部铰接有驱动缸62、后端连接有回转电机63。

动臂6的后端穿装在上述横向机械臂3上的铰座三35内，并由连杆轴36将二者铰接在一起。连杆轴36与动臂6的后端形成相对固定连接，例如通过键等结构连接，连杆轴36的旋转动作能够带动动臂6相对横向机械臂3作左右摆动动作。

动臂6的回转电机63通过紧固件等固定在横向机械臂3上的铰座三35处。回转电机63的输出轴连接在动臂6与横向机械臂3之间的上述连杆轴36上，回转电机63输出的旋转力使得连杆轴36在轴承组件内产生周向旋转，周向旋转的连杆轴36带动动臂6同步摆动，使动臂6在横向机械臂3的铰座三35处实现左右方向的摆动折叠。回转电机63通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替）。

器具接头61的前端用作连接工程施工机器人的施工器具，器具接头61的中部处用作与上述动臂6的前端处相铰接，器具接头61的后端用作与驱动缸62的前端处相铰接。器具接头61的中部通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在动臂6的前端处，器具接头61的前端向前延伸出、后端向后延伸出。

驱动缸62的后端通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在动臂6中后部的侧壁上（通常该侧壁处应有外伸支座），驱动缸62的前端通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在器具接头61的后端处。驱动缸62通常为伺服电动缸结构。在驱动缸62的作用下，器具接头61以与动臂6的铰接处为支点，在动臂6的前端处作上下方向的摆动。

上述器具接头61连接的施工器具为松土器、耙子或铲斗等，具体应根据当前工程工况需求而进行灵活更换即可。

上述结构的本发明在工程施工机器人中的应用参见图4所示。

工程施工机器人具有行走装置A、旋转装置B、滑台装置C、上述机械臂结构和施工器具D。

工程施工机器人的行走装置A为履带式结构，其主要由机架、行走轮、履带、行走动力等组成。机架作为承载基体，其两侧分别排布一组行走轮，每一组行走轮主要由驱动轮、诱导轮、托带轮等组成；机架的内部用作排布行走动力（例如电机及蓄电池等）。履带为两副，分别套装在机架每一侧的对应行走轮上。行走装置A的驾驶系统可以采用已成熟的红外远程遥控驾驶技术，无需人员在车内驾驶，即以无人驾驶技术使行走装置A实现可控的行走功能。

工程施工机器人的旋转装置B主要由转盘组件、承载平台和旋转动力组成。转盘组件通常采用转盘轴承，其外圈/内圈与行走装置A的机架顶部形成固定连接，其内圈/外圈与承载平台的底部形成固定连接，即转盘组件的底部装配在行走装置A的机架上、顶部用作连接承载平台，从而将承载平台支撑在行走装置A的上方。承载平台作为施工作业执行平台，其面积通常与行走装置A的平面面积相仿，能够有效排布下述滑台装置C，在转盘组件的作用下，承载平台能够在行走装置A的机架上方实现周向旋转的位置调整。旋转动力通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替），旋转动力通过紧固件等固定在行走装置A的机架内，其输出端与转盘组件实现啮合连接，旋转动力用作驱动转盘组件产生周向旋转动作。

工程施工机器人的滑台装置C主要由两根滑轨、多块滑台侧滑块、安装板、滑台侧丝杠和滑台侧驱动电机组成。滑台装置C的两根滑轨沿着承载平台的长度方向中心区域处，通过紧固件等固定在承载平台上，在承载平台上，两根滑轨以间距排布并保持平行，两根滑轨的外侧之间间距基本等于或略小于安装板的宽度，两根滑轨的内侧之间间距用作排布滑台侧丝杠。滑台装置C的多块滑台侧滑块对应于两根滑轨而分为两组，滑动装配在各自对应的滑轨上。滑台装置C的安装板两侧底面分别通过紧固件等与下方所对应的滑台侧滑块形成连接，如此，安装板通过多块滑台侧滑块以可滑动结构装配在下方的滑轨上。滑台装置C的滑台侧丝杠通过两组轴承组件沿着滑轨的长度方向排布在两根滑轨之间，两组轴承组件之间的滑台侧丝杠与安装板的底部形成螺纹连接，滑台侧丝杠在动作过程中，通过与安装板之间的配合结构而将周向旋转运动转换为安装板在滑轨上的直线运动。滑台装置C的滑台侧驱动电机的输出轴与滑台侧丝杠的一端相连接，滑台侧丝杠的周向旋转动作由滑台侧驱动电机控制，滑台侧驱动电机通常优选控制方便、精准的伺服电机。滑台装置C的安装板用作装配上述机械臂结构的第一竖向机械臂1和第二竖向机械臂2，即安装板为第一竖向机械臂1和第二竖向机械臂2的底座4。

施工器具D通过动臂6连接在上述机械臂结构的横向机械臂3的一端。

实施例2

本发明为工程施工机器人用的机械臂结构，其包括第一竖向机械臂、第二竖向机械臂、横向机械臂和动臂。第一竖向机械臂和第二竖向机械臂分别通过紧固件等竖立固定在底座上；第一竖向机械臂和第二竖向机械臂在底座上以相对间距并排排布，为了增强第一竖向机械臂和第二竖向机械臂之间相对位置的结构强度，在第一竖向机械臂和第二竖向机械臂之间还设置有支撑架。

具体的，第一竖向机械臂主要由臂体一、丝杠一、滑块一和驱动电机一组成。

第一竖向机械臂的臂体一作为排布丝杠一、滑块一、驱动电机一的承载基础，其通过紧固件等竖立在底座的一端顶面。设定臂体一用作排布丝杠一的侧面为正面。臂体一的正面中心处沿着高度方向设置有能够排布丝杠一的空间，该空间的上、下两端处分别设置有一组轴承组件。臂体一的正面两侧处沿着高度方向设置有滑轨结构。

第一竖向机械臂的丝杠一长度方向对应于臂体一的高度方向。丝杠一通过臂体一正面两端处的轴承组件而固定在臂体一上，使得丝杠一沿着臂体一的高度方向装配，丝杠一与臂体一之间形成基本平行排布结构。

第一竖向机械臂的滑块一背面以螺纹结构（例如螺母）与丝杠一连接，滑块一的背面两侧与臂体一的正面两侧滑轨结构形成滑动配合，丝杠一在动作过程中，通过与滑块一之间的配合结构而将周向旋转运动转换为滑块一在臂体一滑轨上的直线运动。

第一竖向机械臂的驱动电机一的输出轴与丝杠一的一端形成相对固定连接，通常驱动电机一通过紧固件等固定在臂体一的顶部，如此，驱动电机一的输出轴与丝杠一的顶端相连接，丝杠一的周向旋转动作由驱动电机一控制。驱动电机一通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替）。

第二竖向机械臂主要由臂体二、丝杠二、滑块二和驱动电机二组成。

第二竖向机械臂的臂体二作为排布丝杠二、滑块二、驱动电机二的承载基础，其通过紧固件等竖立在底座的另一端顶面，设定臂体二用作排布丝杠二的侧面为正面，且臂体二的正面与上述臂体一的正面基本处在同一平面上。臂体二的正面中心处沿着高度方向设置有能够排布丝杠二的空间，该空间的上、下两端分别设置有一组轴承组件。臂体二的正面两侧处沿着高度方向设置有滑轨结构。

第二竖向机械臂的丝杠二长度方向对应于臂体二的高度方向。丝杠二通过臂体二正面两端处的轴承组件而固定在臂体二上，使得丝杠二沿着臂体二的高度方向装配，丝杠二与臂体二之间形成基本平行排布结构。

第二竖向机械臂的滑块二背面以螺纹结构（例如螺母）与丝杠二连接，滑块二的背面两侧与臂体二的正面两侧滑轨结构形成滑动配合，丝杠二在动作过程中，通过与滑块二之间的配合结构而将周向旋转运动转换为滑块二在臂体二滑轨上的直线运动。

第二竖向机械臂的驱动电机二的输出轴与丝杠二的一端形成相对固定连接，通常驱动电机二通过紧固件等固定在臂体二的顶部，如此，驱动电机二的输出轴与丝杠二的顶端相连接，丝杠二的周向旋转动作由驱动电机二控制。驱动电机二通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替）。

上述第一竖向机械臂的滑块一上下位移动作，独立于上述第二竖向机械臂的滑块二上下位移动作。即，在驱动电机一和丝杠一的作用下，滑块一可以独立在臂体一上进行上下滑动位移；在驱动电机二和丝杠二的作用下，滑块二可以独立在臂体二上进行上下滑动位移；在驱动电机一和驱动电机二的同步作用下，滑块一和滑块二可以在各自对应的臂体上同步进行上下滑动位移。

横向机械臂为一长臂杆结构。横向机械臂上具有间距排布的两个腰型孔，这两个腰型孔与上述第一竖向机械臂上的滑块一、第二竖向机械臂上的滑块二相对应，设定一个腰型孔为铰座一、另一个腰型孔为铰座二。铰座一通过铰轴铰接在上述第一竖向机械臂的滑块一上，即滑块一上连接有能够穿入铰座一的孔内的铰轴（当然，铰轴的外端有防脱落的限位结构）；铰座二通过铰轴铰接在上述第二竖向机械臂的滑块二上，即滑块二上连接有能够穿入铰座二的孔内的铰轴（当然，铰轴的外端有防脱落的限位结构）。横向机械臂在上述第一竖向机械臂和第二竖向机械臂上的位移变换，由腰型孔结构的铰座一与铰座二自行调节。如此，当第一竖向机械臂上的滑块一和第二竖向机械臂上的滑块二同步进行升降时（无论水平与否），则横向机械臂随之进行平移升降动作；当第一竖向机械臂上的滑块一/第二竖向机械臂上的滑块二单个进行升降时，第二竖向机械臂上的滑块二/第一竖向机械臂上的滑块一保持固定，则横向机械臂随之实现单支点的摆线运行动作；当第一竖向机械臂上的滑块一进行上升/下降，同时第二竖向机械臂上的滑块二进行下降/上升时，则横向机械臂随之实现交叉摆线运行动作。

上述结构的横向机械臂一端用作连接动臂，因而在上述结构的横向机械臂一端设置有铰座三。该铰座三处在铰座一的外端处，其呈横卧的U型或Y型状，在铰座三上开设有上下方向成型的铰孔，上下铰孔内分别装配有一组轴承组件，通过上下两组轴承组件连接有连杆轴，该连杆轴能够在铰座三内通过轴承组件相对自由旋转。

动臂为长臂杆结构。动臂的前端铰接有器具接头、中后部铰接有驱动缸、后端连接有回转电机。

动臂的后端穿装在上述横向机械臂上的铰座三内，并由连杆轴将二者铰接在一起。连杆轴与动臂的后端形成相对固定连接，例如通过键等结构连接，连杆轴的旋转动作能够带动动臂相对横向机械臂作左右摆动动作。

动臂的回转电机通过紧固件等固定在横向机械臂上的铰座三处。回转电机的输出轴连接在动臂与横向机械臂之间的上述连杆轴上，回转电机输出的旋转力使得连杆轴在轴承组件内产生周向旋转，周向旋转的连杆轴带动动臂同步摆动，使动臂在横向机械臂的铰座三处实现左右方向的摆动折叠。回转电机通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替）。

器具接头的前端用作连接工程施工机器人的施工器具，器具接头的中部处用作与上述动臂的前端处相铰接，器具接头的后端用作与驱动缸的前端处相铰接。器具接头的中部通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在动臂的前端处，器具接头的前端向前延伸出、后端向后延伸出。

驱动缸的后端通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在动臂中后部的侧壁上（通常该侧壁处应有外伸支座），驱动缸的前端通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在器具接头的后端处。驱动缸通常为伺服电动缸结构。在驱动缸的作用下，器具接头以与动臂的铰接处为支点，在动臂的前端处作上下方向的摆动。

上述器具接头连接的施工器具为松土器、耙子或铲斗等，具体应根据当前工程工况需求而进行灵活更换即可。

实施例3

本发明为工程施工机器人用的机械臂结构，其包括第一竖向机械臂、第二竖向机械臂、横向机械臂、第一动臂和第二动臂。第一竖向机械臂和第二竖向机械臂分别通过紧固件等竖立固定在底座上；第一竖向机械臂和第二竖向机械臂在底座上以相对间距并排排布，为了增强第一竖向机械臂和第二竖向机械臂之间相对位置的结构强度，在第一竖向机械臂和第二竖向机械臂之间还设置有支撑架。

具体的，第一竖向机械臂主要由臂体一、丝杠一、滑块一和驱动电机一组成。

第一竖向机械臂的臂体一作为排布丝杠一、滑块一、驱动电机一的承载基础，其通过紧固件等竖立在底座的一端顶面。设定臂体一用作排布丝杠一的侧面为正面。臂体一的正面中心处沿着高度方向设置有能够排布丝杠一的空间，该空间的上、下两端处分别设置有一组轴承组件。臂体一的正面两侧处沿着高度方向设置有滑轨结构。

第一竖向机械臂的丝杠一长度方向对应于臂体一的高度方向。丝杠一通过臂体一正面两端处的轴承组件而固定在臂体一上，使得丝杠一沿着臂体一的高度方向装配，丝杠一与臂体一之间形成基本平行排布结构。

第一竖向机械臂的滑块一背面以螺纹结构（例如螺母）与丝杠一连接，滑块一的背面两侧与臂体一的正面两侧滑轨结构形成滑动配合，丝杠一在动作过程中，通过与滑块一之间的配合结构而将周向旋转运动转换为滑块一在臂体一滑轨上的直线运动。

第一竖向机械臂的驱动电机一的输出轴与丝杠一的一端形成相对固定连接，通常驱动电机一通过紧固件等固定在臂体一的顶部，如此，驱动电机一的输出轴与丝杠一的顶端相连接，丝杠一的周向旋转动作由驱动电机一控制。驱动电机一通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替）。

第二竖向机械臂主要由臂体二、丝杠二、滑块二和驱动电机二组成。

第二竖向机械臂的臂体二作为排布丝杠二、滑块二、驱动电机二的承载基础，其通过紧固件等竖立在底座的另一端顶面，设定臂体二用作排布丝杠二的侧面为正面，且臂体二的正面与上述臂体一的正面基本处在同一平面上。臂体二的正面中心处沿着高度方向设置有能够排布丝杠二的空间，该空间的上、下两端分别设置有一组轴承组件。臂体二的正面两侧处沿着高度方向设置有滑轨结构。

第二竖向机械臂的丝杠二长度方向对应于臂体二的高度方向。丝杠二通过臂体二正面两端处的轴承组件而固定在臂体二上，使得丝杠二沿着臂体二的高度方向装配，丝杠二与臂体二之间形成基本平行排布结构。

第二竖向机械臂的滑块二背面以螺纹结构（例如螺母）与丝杠二连接，滑块二的背面两侧与臂体二的正面两侧滑轨结构形成滑动配合，丝杠二在动作过程中，通过与滑块二之间的配合结构而将周向旋转运动转换为滑块二在臂体二滑轨上的直线运动。

第二竖向机械臂的驱动电机二的输出轴与丝杠二的一端形成相对固定连接，通常驱动电机二通过紧固件等固定在臂体二的顶部，如此，驱动电机二的输出轴与丝杠二的顶端相连接，丝杠二的周向旋转动作由驱动电机二控制。驱动电机二通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替）。

上述第一竖向机械臂的滑块一上下位移动作，独立于上述第二竖向机械臂的滑块二上下位移动作。即，在驱动电机一和丝杠一的作用下，滑块一可以独立在臂体一上进行上下滑动位移；在驱动电机二和丝杠二的作用下，滑块二可以独立在臂体二上进行上下滑动位移；在驱动电机一和驱动电机二的同步作用下，滑块一和滑块二可以在各自对应的臂体上同步进行上下滑动位移。

横向机械臂主要由依次连接在一起的铰座一、伸缩机构、铰座二组成。伸缩机构为气缸结构。铰座一通过铰轴（或配套轴承组件等）铰接在上述第一竖向机械臂的滑块一上，铰座二通过铰轴（或配套轴承组件等）铰接在上述第二竖向机械臂的滑块二上，伸缩机构的作用在于调节铰座一与铰座二在不等高状态下滑动位移时的横向机械臂长度变化。如此，当第一竖向机械臂上的滑块一和第二竖向机械臂上的滑块二同步进行升降时（无论水平与否），则横向机械臂随之进行平移升降动作；当第一竖向机械臂上的滑块一/第二竖向机械臂上的滑块二单个进行升降时，第二竖向机械臂上的滑块二/第一竖向机械臂上的滑块一保持固定，则横向机械臂随之实现单支点的摆线运行动作；当第一竖向机械臂上的滑块一进行上升/下降，同时第二竖向机械臂上的滑块二进行下降/上升时，则横向机械臂随之实现交叉摆线运行动作。

上述横向机械臂的左端用作连接第一动臂、右端用作连接第二动臂，因而在上述横向机械臂的左端设置有铰座三、右端设置有铰座四。铰座三连接在铰座一的外端处，其呈横卧的U型或Y型状，在铰座三上开设有上下方向成型的铰孔，上下铰孔内分别装配有一组轴承组件，通过上下两组轴承组件连接有对应的连杆轴，该连杆轴能够在铰座三内通过对应轴承组件相对自由旋转。铰座四连接在铰座二的外端处，其呈横卧的U型或Y型状，在铰座四上开设有上下方向成型的铰孔，上下铰孔内分别装配有一组轴承组件，通过上下两组轴承组件连接有对应的连杆轴，该连杆轴能够在铰座四内通过对应的轴承组件相对自由旋转。

第一动臂为长臂杆结构。第二动臂的前端铰接有器具接头、中后部铰接有驱动缸、后端连接有回转电机。

第一动臂的后端穿装在上述横向机械臂上的铰座三内，并由对应连杆轴将二者铰接在一起。该连杆轴与第一动臂的后端形成相对固定连接，例如通过键等结构连接，该连杆轴的旋转动作能够带动第一动臂相对横向机械臂作左右摆动动作。

第一动臂的回转电机通过紧固件等固定在横向机械臂上的铰座三处。回转电机的输出轴连接在第一动臂与横向机械臂之间的上述对应连杆轴上，回转电机输出的旋转力使得该连杆轴在轴承组件内产生周向旋转，周向旋转的连杆轴带动第一动臂同步摆动，使第一动臂在横向机械臂的铰座三处实现左右方向的摆动折叠。回转电机通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替）。

第一动臂的器具接头前端用作连接工程施工机器人的施工器具，器具接头的中部处用作与上述第一动臂的前端处相铰接，器具接头的后端用作与驱动缸的前端处相铰接。器具接头的中部通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在第一动臂的前端处，器具接头的前端向前延伸出、后端向后延伸出。

第一动臂的驱动缸后端通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在第一动臂中后部的侧壁上（通常该侧壁处应有外伸支座），驱动缸的前端通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在器具接头的后端处。驱动缸通常为伺服电动缸结构。在驱动缸的作用下，器具接头以与第一动臂的铰接处为支点，在第一动臂的前端处作上下方向的摆动。

上述第一动臂的器具接头连接的施工器具为松土器、耙子或铲斗等，具体应根据当前工程工况需求而进行灵活更换即可。

第二动臂为长臂杆结构。第二动臂的前端铰接有器具接头、中后部铰接有驱动缸、后端连接有回转电机。

第二动臂的后端穿装在上述横向机械臂上的铰座四内，并由对应连杆轴将二者铰接在一起。该连杆轴与第二动臂的后端形成相对固定连接，例如通过键等结构连接，该连杆轴的旋转动作能够带动第二动臂相对横向机械臂作左右摆动动作。

第二动臂的回转电机通过紧固件等固定在横向机械臂上的铰座四处。回转电机的输出轴连接在第二动臂与横向机械臂之间的上述对应连杆轴上，回转电机输出的旋转力使得该连杆轴在轴承组件内产生周向旋转，周向旋转的连杆轴带动第二动臂同步摆动，使第二动臂在横向机械臂的铰座四处实现左右方向的摆动折叠。回转电机通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替）。

第二动臂的器具接头前端用作连接工程施工机器人的施工器具，器具接头的中部处用作与上述第二动臂的前端处相铰接，器具接头的后端用作与驱动缸的前端处相铰接。器具接头的中部通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在第二动臂的前端处，器具接头的前端向前延伸出、后端向后延伸出。

第二动臂的驱动缸后端通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在第二动臂中后部的侧壁上（通常该侧壁处应有外伸支座），驱动缸的前端通过铰轴（或配套轴承组件）铰接在器具接头的后端处。驱动缸通常为伺服电动缸结构。在驱动缸的作用下，器具接头以与第二动臂的铰接处为支点，在第二动臂的前端处作上下方向的摆动。

上述第二动臂的器具接头连接的施工器具为松土器、耙子或铲斗等，具体应根据当前工程工况需求而进行灵活更换即可。

以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制。

尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述实施例进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种工程施工机器人用机械臂结构，其特征在于：所述机械臂结构主要由间距并排布置的第一竖向机械臂（1）和第二竖向机械臂（2）、以及铰接于所述第一竖向机械臂（1）和所述第二竖向机械臂（2）之间的横向机械臂（3）组成，所述横向机械臂（3）在所述第一竖向机械臂（1）上的铰接位能够沿着所述第一竖向机械臂（1）的高度方向作独立位移调整，所述横向机械臂（3）在所述第二竖向机械臂（2）上的铰接位能够沿着所述第二竖向机械臂（2）的高度方向作独立位移调整，所述横向机械臂（3）的至少一端用作连接所述工程施工机器人的施工器具（D）。

2.根据权利要求1所述工程施工机器人用机械臂结构，其特征在于：所述第一竖向机械臂（1）主要由臂体一（11）、丝杠一（12）、滑块一（13）和驱动电机一（14）组成，所述臂体一（11）的高度方向上具有能够排布所述丝杠一（12）的空间及能够排布所述滑块一（13）的滑轨结构，所述丝杠一（12）通过至少一组轴承组件沿着所述臂体一（11）的高度方向装配在所述臂体一（11）上，所述丝杠一（12）的一端与所述驱动电机一（14）的输出轴相连接，所述滑块一（13）以螺纹结构装配在所述丝杠一（12）上、且与所述臂体一（11）上的滑轨结构滑动配合，所述滑块一（13）与所述横向机械臂（3）上的对应部位相铰接。

3.根据权利要求1所述工程施工机器人用机械臂结构，其特征在于：所述第二竖向机械臂（2）主要由臂体二（21）、丝杠二（22）、滑块二（23）和驱动电机二（24）组成，所述臂体二（21）的高度方向上具有能够排布所述丝杠二（22）的空间及能够排布所述滑块二（23）的滑轨结构，所述丝杠二（22）通过至少一组轴承组件沿着所述臂体二（21）的高度方向装配在所述臂体二（21）上，所述丝杠二（22）的一端与所述驱动电机二（24）的输出轴相连接，所述滑块二（23）以螺纹结构装配在所述丝杠二（22）上、且与所述臂体二（21）上的滑轨结构滑动配合，所述滑块二（23）与所述横向机械臂（3）上的对应部位相铰接。

4.根据权利要求1、2或3所述工程施工机器人用机械臂结构，其特征在于：所述横向机械臂（3）为长度可伸缩结构，所述横向机械臂（3）主要由依次连接在一起的铰座一（31）、伸缩机构（33）和铰座二（32）组成，所述铰座一（31）用作与所述第一竖向机械臂（1）相铰接，所述铰座二（32）用作与所述第二竖向机械臂（2）相铰接。

5.根据权利要求1所述工程施工机器人用机械臂结构，其特征在于：所述第一竖向机械臂（1）与所述第二竖向机械臂（2）之间设置有支撑架（5）。

6.根据权利要求1所述工程施工机器人用机械臂结构，其特征在于：所述横向机械臂（3）通过动臂（6）连接施工器具（D）。

7.根据权利要求6所述工程施工机器人用机械臂结构，其特征在于：所述动臂（6）的后端铰接在所述横向机械臂（3）的对应端部，所述动臂（6）与所述横向机械臂（3）之间的铰接处连接有能够驱动所述动臂（6）相对所述横向机械臂（3）作左右摆动动作的回转电机（63）。

8.根据权利要求7所述工程施工机器人用机械臂结构，其特征在于：所述动臂（6）与所述横向机械臂（3）的铰接处具有连杆轴（36），所述连杆轴（36）通过轴承组件装配在所述横向机械臂（3）对应端部的铰座内，且所述连杆轴（36）与所述回转电机（63）的输出轴相连接，在所述回转电机（63）的驱动下，所述连杆轴（36）用作带动所述动臂（6）相对于所述横向机械臂（3）作左右摆动动作。

9.根据权利要求7或8所述工程施工机器人用机械臂结构，其特征在于：所述动臂（6）的前端铰接有能够连接施工器具（D）的器具接头（61），所述器具接头（61）的中部与所述动臂（6）的前端相铰接、前端用作连接施工器具（D）、后端用作连接驱动缸（62），所述驱动缸（62）的后端铰接在所述动臂（6）上，在所述驱动缸（62）的驱动下，所述器具接头（63）带动所述施工器具（D）在所述动臂（6）的前端处作上下摆动动作。

10.根据权利要求1所述工程施工机器人用机械臂结构，其特征在于：所述施工器具（D）为松土器、耙子或铲斗。

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