CN113370195B - 应用于高温工况的机械手臂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用于高温工况的机械手臂，工作臂总成一端外围与旋转组件的外围相互啮合，工作臂总成的一端安装清洁单元，CCD相机外围通过冷却外壳固定安装至工作臂总成的一端，冷却外壳内部、介质喷嘴的一端均通过工作臂总成内部连接至旋转连接器的一端，多臂传动装置是工作臂总成的展开动力。本发明所述的应用于高温工况的机械手臂，通过XYZ三向传动装置满足工作臂总成的三向传动，同时通过旋转组件带动工作臂总成旋转的方式实现清洁单元在高温炉内的360度清洁，同时清洁单元带有多种清洁手段增加了装置的广泛适用性。
Description
技术领域
本发明属于清洁机器手臂技术领域，尤其是涉及一种应用于高温工况的机械手臂。
背景技术
锅炉作为普遍使用的燃烧设备，其在作业时，炉内具有高温、强碱、强酸、积灰等情况，容易对炉内壁造成磨损与腐蚀，从而影响传热系数、降低锅炉热效率、引起高温腐蚀和增加气态污染物排放，更严重时会导致机组降负荷运行或停炉，甚至引起锅炉爆管爆炸等危险事故。从而极大的影响锅炉的使用和安全。因此，使用锅炉的企业，在锅炉使用一定时间后，均需要停炉，对锅炉内壁进行维护与清洗，一般垃圾焚烧炉每年需停炉至少两次。停炉维护不但要中断企业日常的经营活动，还需要支付高昂的维护费用，并且部分锅炉高度高，属于高危人工作业。因此，亟需一种能够在锅炉工作时，进行清灰处理的装置，来解决锅炉的企业为之头痛的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种应用于高温工况的机械手臂，以解决锅炉工作时，在高温工况下不能进行清灰处理的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种应用于高温工况的机械手臂，包括工作臂总成，XYZ三向传动装置固定安装至支架上端，XYZ三向传动装置一侧分别设置旋转连接器、工作臂总成、旋转组件和多臂传动装置，工作臂总成一端外围与旋转组件的外围相互啮合，多臂传动装置位于工作臂总成的一端，工作臂总成的另一端安装清洁单元，清洁单元包括分别设置在工作臂总成一端的弹性刮板、CCD相机、介质喷嘴和温度传感器，且CCD相机外围通过冷却外壳固定安装至工作臂总成的一端，冷却外壳内部、介质喷嘴的一端均通过工作臂总成内部连接至旋转连接器的一端，多臂传动装置是工作臂总成的展开动力，CCD相机、温度传感器、旋转连接器、XYZ三向传动装置、旋转组件和多臂传动装置均信号连接至控制器。
进一步的，所述工作臂总成包括一臂、二臂、三臂、第一复合传动轴和第二复合传动轴，一臂的外围套接至XYZ三向传动装置的一端，一臂的一端外围啮合至旋转组件的一端，一臂的另一端通过第一复合传动轴铰接至二臂的一端，二臂的另一端通过第二复合传动轴铰接至三臂的一端，三臂的另一端安装清洁单元。
进一步的，所述多臂传动装置包括第三电机和第四电机，第三电机和第四电机均固定安装至一臂的上端，第三电机的传动齿轮通过第一复合传动轴与二臂的一端同步传动，第四电机的传动齿轮依次通过第一复合传动轴、第二复合传动轴与三臂的一端同步转动。
进一步的，所述第一复合传动轴包括第二轴套组件及其外围由内至外依次套接的第一轴套组件和第一轴承，第一轴承外圈固定安装至一臂的一端，第一轴承内圈的一端固定安装至二臂的一端，第一轴承内圈的另一端外围依次通过第一轴套组件、第一齿轮组与第三电机的传动齿轮同步运动，第二轴套组件的一端与第四电机的传动齿轮同步运动，第二轴套组件的另一端与第二复合传动轴的外围同步运动。
进一步的，所述一臂、二臂和三臂的结构相同，一臂侧壁设有介质流路。
进一步的，所述冷却外壳包括第三结构外壳和第四结构外壳，第三结构外壳外壳外围通过第四结构外壳安装至三臂的一端，且第四结构外壳与第三结构外壳之间设有气腔，第三结构外壳内圈设置CCD相机，且第四结构外壳一端设有相机孔，相机孔与CCD相机同轴心设置，第四结构外壳外围安装光源，光源位于气腔内。
进一步的，所述第一复合传动轴内圈设置第一连接器，第二复合传动轴内圈设置第二连接器，第一连接器、第二连接器和旋转连接器的结构相同，第一连接器包括包括轴心及其外围套接的轴外套，轴外套外围套接至第二轴套组件内圈，轴心与轴外套之间设有若干介质回路，且若干介质回路互不干涉。
进一步的，所述弹性刮板包括第五结构外壳、弹簧、支杆和刮条，第五结构外壳的一侧固定连接至三臂的一端，第五结构外围内部固定安装弹簧，支杆的一端卡接至弹簧的一端，支杆的另一端依次穿过弹簧和第五结构外壳后安装刮条。
相对于现有技术，本发明所述的应用于高温工况的机械手臂具有以下有益效果：
(1)本发明所述的应用于高温工况的机械手臂，通过XYZ三向传动装置满足工作臂总成的三向传动，同时通过旋转组件带动工作臂总成旋转的方式实现清洁单元在高温炉内的360度清洁，同时清洁单元带有多种清洁手段增加了装置的广泛适用性。
(2)本发明所述的应用于高温工况的机械手臂，工作臂总成和清洁单元等各个冷却流道均采用单独通路的水管，使其相互独立，互不相通，达到充分热交换的目的。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的应用于高温工况的机械手臂的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的工作臂总装和Z向传动结构装配的示意图；
图3为本发明实施例所述的第一复合传动轴的爆炸结构示意图；
图4为本发明实施例所述的第二复合传动轴的结构示意图；
图5为本发明实施例所述的三臂与清洁单元的装配图；
图6为本发明实施例所述的清洁单元的爆炸结构示意图；
图7为本发明实施例所述的冷却外壳与CCD相机配合的剖面图；
图8为本发明实施例所述的第一连接器的爆炸结构示意。
附图标记说明：
1-支架；2-XYZ三向传动装置；3-旋转连接器；4-旋转组件；41-第二电机；5-工作臂总成；51-一臂；52-二臂；53-三臂；54-第一复合传动轴；541-第一轴承；542-第二齿轮；543-第三齿轮；544-第四齿轮；55-第二复合传动轴；551-第二轴承；552-第五齿轮；56-第一连接器；561-轴心；562-轴外套；6-多臂传动装置；61-第四电机；62-第三电机；7-清洁单元；71-弹性刮板；711-第五结构外壳；712-弹簧；713-支杆；714-刮条；72-CCD相机；73-介质喷嘴；74-温度传感器；75-冷却外壳；751-第四结构外壳；752-光源；753-第三结构外壳。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-8所示，应用于高温工况的机械手臂，包括XYZ三向传动装置2和工作臂总成5，XYZ三向传动装置2固定安装至支架1上端，XYZ三向传动装置2一侧分别设置旋转连接器3、工作臂总成5、旋转组件4和多臂传动装置6，工作臂总成5一端外围与旋转组件4的外围相互啮合，多臂传动装置6位于工作臂总成5的一端，工作臂总成5的另一端安装清洁单元7，清洁单元7包括分别设置在工作臂总成5一端的弹性刮板71、CCD相机72、介质喷嘴73和温度传感器74，且CCD相机72外围通过冷却外壳75固定安装至工作臂总成5的一端，冷却外壳75内部、介质喷嘴73的一端均通过工作臂总成5内部连接至旋转连接器3的一端，多臂传动装置6是工作臂总成5的展开动力，CCD相机72、温度传感器74、旋转连接器3、XYZ三向传动装置2、旋转组件4和多臂传动装置6均信号连接至控制器，控制器是现有技术的PLC，PLC通过控制XYZ三向传动装置2满足工作臂总成5的三向传动，同时通过旋转组件4带动工作臂总成5旋转的方式实现清洁单元7在高温炉内的360度清洁，同时清洁单元7带有多种清洁手段增加了装置的广泛适用性。
XYZ三向传动装置2包括X向传动装置、Y向传动装置和Z向传动装置，支架1上端固定安装X向传动装置，X向传动装置上端设置Y向传动装置，且X向传动装置和Y向传动装置相互垂直设置，Y向传动装置一侧设置Z向传动装置，Z向传动装置与X向传动装置、Y向传动装置分别相互垂直设置，Z向传动装置的一侧分别滑动连接工作臂总成5、旋转组件4、旋转连接器3和多臂传动装置6，X向传动装置、Y向传动装置和Z向传动装置用于带动工作臂总成5的三向移动，X向传动装置、Y向传动装置和Z向传动装置的驱动方式可以为电机驱动、齿轮齿条传动、同步带传动，链轮链条传动和电机丝杠传动，X向传动装置用于工作臂总成5的X向传动，Y向传动装置用于工作臂总成5的Y向传动，Z向传动装置用于工作臂总成5的竖直方向位移。
工作臂总成5包括一臂51、二臂52、三臂53、第一复合传动轴54和第二复合传动轴55，一臂51的外围套接至Z向传动装置滑台的一端，一臂51的一端外围啮合至旋转组件4的一端，一臂51的另一端通过第一复合传动轴54铰接至二臂52的一端，二臂52的另一端通过第二复合传动轴55铰接至三臂53的一端，三臂53的另一端安装清洁单元7。
多臂传动装置6包括第三电机62和第四电机61，第三电机62和第四电机61均固定安装至一臂51的上端，第三电机62的传动齿轮通过第一复合传动轴54与二臂52的一端同步传动，第四电机61的传动齿轮依次通过第一复合传动轴54、第二复合传动轴55与三臂53的一端同步转动，二臂52和三臂53的传动动力源均为独立设置，在二臂52和三臂53展开过程中互不干涉，可实现二臂52和三臂53的快速展开，增加工作效率，降低配合误差，拥有丰富的展开形式和配合角度，增加了装置的适用广泛性，且本实施例中的第二电机41、第三电机62和第四电机61均为现有技术的伺服电机，传动方式技术成熟、可靠。
为了实现一臂51与二臂52的相对展开，同时满足不干涉三臂53的展开的效果，第一复合传动轴54包括第二轴套组件及其外围由内至外依次套接的第一轴套组件和第一轴承541，第一轴承541外圈固定安装至一臂51的一端，第一轴承541内圈的一端固定安装至二臂52的一端，第一轴承541内圈的另一端外围通过第一轴套组件与第三电机62的传动齿轮同步运动，第二轴套组件的一端与第四电机61的传动齿轮同步运动，第二轴套组件的另一端与第二复合传动轴55的外围同步运动。
第一轴套组件包括第二齿轮542和第一环体，第一环体的一端固定连接至第二齿轮542的一端，第一环体的另一端固定套接至第一轴承541的内圈，第二齿轮542的外围啮合至第三电机62的传动齿轮。
第二轴套组件包括第三齿轮543、第二环体和第四齿轮544，第三齿轮543的一端通过第二环体固定连接至第四齿轮544的一端，第二环体的外围套接至第一环体的内圈，第三齿轮543的外围啮合至第四电机61的传动齿轮，第四齿轮544的外围啮合至第二复合传动轴55的外围。
第二复合传动轴55包括第五齿轮552和第二轴承551，第二轴承551的外圈固定安装至二臂52的一端，第五齿轮552的一端通过第二轴承551内圈固定连接至三臂53的一端，第五齿轮552外围啮合至第四齿轮544的外围，其中当两两齿轮之间相对距离较大时，可以通过将两个齿轮外围啮合链条实现同步运动结构。
一臂51、二臂52和三臂53的结构相同，一臂51侧壁设有介质流路。
冷却外壳75包括第三结构外壳753和第四结构外壳751，第三结构外壳753外壳外围通过第四结构外壳751安装至三臂53的一端，且第四结构外壳751与第三结构外壳753之间设有气腔，第三结构外壳753内圈设置CCD相机72，且第四结构外壳751一端设有相机孔，相机孔与CCD相机72同轴心设置，第四结构外壳751外围安装光源752，光源752位于气腔内，第三结构外壳753侧壁设有介质流路。
第一复合传动轴54内圈设置第一连接器56，第二复合传动轴55内圈设置第二连接器，第一连接器56外围套接至第二环体内圈，第二连接器外围套接至第二轴承551内圈，第一连接器56、第二连接器和旋转连接器3的结构相同，第一连接器56可以选用现有技术的单通路连接器，或第一连接器56包括包括轴心561及其外围套接的轴外套562，轴外套562外围套接至第二环体内圈，轴心561与轴外套562之间设有若干介质回路，且若干介质回路互不干涉。
轴心561外围沿轴向设有若干第一环槽，轴心561中部设有线缆孔，轴心561的侧壁沿径向设有若干介质孔，每个介质孔的出料端安装第一接嘴，介质孔的入料端连通至一个第一环槽，轴外套562的侧壁沿径向设有若干入料孔，且若干入料孔之间互不干涉，入料孔的入料端安装第二接嘴，入料孔的出料端连通至一个第一环槽，入料孔、第一环槽和介质孔依次相连通形成介质通道，若干介质通道均互不干涉，每个介质通道对应的第一接嘴串接空气压缩机或水冷压缩机，第二接嘴串接至实施部件后形成介质通路，两个介质通路与实施部件内部形成介质回路，因介质流道互不干涉，所以多个实施部件的介质回路均互不干涉，介质通道内的介质可以是液体或空气，且均可单独作用至实施部件，即增加了该连接器的实用性和适用性，节省安装空间和效率，提高装置的使用率。
弹性刮板71包括第五结构外壳711、弹簧712、支杆713和刮条714，第五结构外壳711的一侧固定连接至三臂53的一端，五结构外壳711外围内部固定安装弹簧712，支杆713的一端卡接至弹簧712的一端，支杆713的另一端依次穿过弹簧712和第五结构外壳711后安装刮条714，第五结构外壳711的侧壁设有介质流路，且第五结构外壳711的介质流路与三臂53的介质流路相连通，第五结构外壳711的介质流路串接冷却介质用于弹簧712、支杆713和刮条714的冷却降温。
清洁单元的清洁过程：
弹性刮板71为被动弹性装置，刮条714接触至高温炉内壁，由一臂51、二臂52和三臂53同步带动刮条714运动，从而刮除高温炉壁的炉灰，当刮条714硬性接触至炉壁时，弹簧712为支杆713提供内缩的弹性浮动空间，放置刚性接触造成炉壁和设备损坏，同时介质喷嘴73可以设置为水喷嘴和气喷嘴，水喷嘴需要的水介质、气喷嘴需要的气介质的介质通路如上述冷却通道的单独通路相同，同时CCD相机72的探头部分的第二保温外壳设有相机孔，气介质经气腔吹送至相机孔，用于清理此部分灰尘，同时起到风冷的效用，而该设备内部的线缆、信号线均穿过线缆孔后串接至控制器。
旋转组件带动一臂转动的工作过程：
控制器控制第二电机41转动，第二电机41的传动齿轮啮合至一臂51的一端外围，且一臂51外围套接至Z向传动装置，从而实现一臂51与第二电机41的传动齿轮同步转动，为了防止第三电机62和第四电机61线缆缠绕，可以将一臂51的旋转工况设置一个中值，控制器通过第二电机41实现一臂51正转180、反转180度，以此实现工作臂总成5在高温炉内的360旋转。
多臂传动装置带动工作臂总成展开的工作过程：
控制器控制第三电机62转动，第三电机62带动第二齿轮542同步转动，第二齿轮542依次通过第一环体和第一轴承541内圈带动二臂52的一端转动，且二臂52的一端沿第一轴承541的轴心561转动，工作人员可通过预设第三电机62的转动圈数来控制二臂52一端的转动弧度；
控制器控制第四电机61转动，第四电机61依次通过第三齿轮543、第二环体、第四齿轮544、第五齿轮552和第二轴承551内圈带动三臂53转动，工作人员可通过预设第四电机61的转动圈数来控制器三臂53一端的转动弧度；以此实现二臂52和三臂53在高温炉内的展开，从而将清洁单元7传输至高温炉侧壁。
一臂、二臂和三臂独立冷却流道的实施：
在三臂53和介质喷嘴73独立串接介质流道时，需将三臂53内部的介质流路和介质喷嘴73分别依次串接第二连接器的介质通道、第一连接器56的介质通道和旋转连接器3的介质通道，而冷却外壳75内壁的介质流路通过串接三臂53的介质流路完成循环回路；
在二臂52独立串接介质流道时，需将二臂52内部的介质流路依次串接第一连接器56的介质通道和旋转连接器3的介质通道；
在一臂51独立串接介质流道时，需将一臂51内部的介质流路串接至第一连接器的介质通道；
且如上述的多个介质通道均互不干涉。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.应用于高温工况的机械手臂，其特征在于：包括工作臂总成(5)，XYZ三向传动装置(2)固定安装至支架(1)上端，XYZ三向传动装置(2)一侧分别设置旋转连接器(3)、工作臂总成(5)、旋转组件(4)和多臂传动装置(6)，工作臂总成(5)一端外围与旋转组件(4)的外围相互啮合，工作臂总成(5)包括一臂(51)、二臂(52)、三臂(53)、第一复合传动轴(54)和第二复合传动轴(55)，一臂(51)的外围套接至XYZ三向传动装置(2)的一端，一臂(51)的一端外围啮合至旋转组件(4)的一端，一臂(51)的另一端通过第一复合传动轴(54)铰接至二臂(52)的一端，二臂(52)的另一端通过第二复合传动轴(55)铰接至三臂(53)的一端，三臂(53)的另一端安装清洁单元(7)；清洁单元(7)包括分别设置在三臂(53)一端的弹性刮板(71)、CCD相机(72)、介质喷嘴(73)和温度传感器(74)，且CCD相机(72)外围通过冷却外壳(75)固定安装至三臂(53)的一端，冷却外壳(75)内部、介质喷嘴(73)的一端均通过工作臂总成(5)内部连接至旋转连接器(3)的一端，多臂传动装置(6)包括第三电机(62)和第四电机(61)，第三电机(62)和第四电机(61)均固定安装至一臂(51)的上端，第三电机(62)的传动齿轮通过第一复合传动轴(54)与二臂(52)的一端同步传动，第四电机(61)的传动齿轮依次通过第一复合传动轴(54)、第二复合传动轴(55)与三臂(53)的一端同步转动；多臂传动装置(6)是工作臂总成(5)的展开动力，CCD相机(72)、温度传感器(74)、旋转连接器(3)、XYZ三向传动装置(2)、旋转组件(4)和多臂传动装置(6)均信号连接至控制器；第一复合传动轴(54)包括第二轴套组件及其外围由内至外依次套接的第一轴套组件和第一轴承(541)，第一轴承(541)外圈固定安装至一臂(51)的一端，第一轴承(541)内圈的一端固定安装至二臂(52)的一端，第一轴承(541)内圈的另一端外围依次通过第一轴套组件、第一齿轮组与第三电机(62)的传动齿轮同步运动，第二轴套组件的一端与第四电机(61)的传动齿轮同步运动，第二轴套组件的另一端与第二复合传动轴(55)的外围同步运动；一臂(51)、二臂(52)和三臂(53)的结构相同，一臂(51)的侧壁设有介质流路；第一复合传动轴(54)内圈设置第一连接器（56），第二复合传动轴(55)内圈设置第二连接器，第一连接器、第二连接器和旋转连接器（3）的结构相同，旋转连接器(3)包括轴心(561)及其外围套接的轴外套(562)，轴心(561)外围沿轴向设有若干第一环槽，轴心(561)中部设有线缆孔，轴心(561)的侧壁沿径向设有若干介质孔，每个介质孔的出料端安装第一接嘴，介质孔的入料端连通至一个第一环槽，轴外套(562)的侧壁沿径向设有若干入料孔，且若干入料孔之间互不干涉，入料孔的入料端安装第二接嘴，入料孔的出料端连通至一个第一环槽，入料孔、第一环槽和介质孔依次相连通形成介质通道，若干介质通道均互不干涉，每个介质通道对应的第一接嘴串接空气压缩机或水冷压缩机，第二接嘴串接至实施部件后形成介质通路，两个介质通路与实施部件内部形成介质回路。
2.根据权利要求1所述的应用于高温工况的机械手臂，其特征在于：冷却外壳(75)包括第三结构外壳(753)和第四结构外壳(751)，第三结构外壳(753)外围通过第四结构外壳(751)安装至三臂(53)的一端，且第四结构外壳(751)与第三结构外壳(753)之间设有气腔，第三结构外壳(753)内圈设置CCD相机(72)，第四结构外壳(751)一端设有相机孔，相机孔与CCD相机(72)同轴心设置。
3.根据权利要求1所述的应用于高温工况的机械手臂，其特征在于：弹性刮板(71)包括第五结构外壳(711)、弹簧(712)、支杆(713)和刮条(714)，第五结构外壳(711)的一侧固定连接至工作臂总成(5)的一端，第五结构外围内部固定安装弹簧(712)，支杆(713)的一端卡接至弹簧(712)的一端，支杆(713)的另一端依次穿过弹簧(712)和第五结构外壳(711)后安装刮条(714)。
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