CN113954051A - 一种防爆环境的工业机器人移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防爆环境的工业机器人移动平台，可用于工业机器人在存在易燃易爆粉尘环境中的移动，移动平台由机器人安装座、移动定位组件、支撑组件、安全防护组件组成。移动定位组件包括多位气缸、导轨、滑块、锁紧气缸、定位锥形块、液压缓冲器、行程开关、拖链及固定装置，其中多位气缸负责机器人移动、锁紧气缸负责到达工作位置后的定位与锁紧；支撑组件包括垫铁和地脚螺栓，用于支撑移动平台；安全防护组件通过在机器人安装座两端及钢架的外部安装防护罩，防止外部粉尘进入平台，保证平台安全性。本发明可以适应存在易燃易爆粉尘的环境对工业机器人提出的作业要求，可以保证工业机器人在上述特种环境中高效率移动、高可靠性锁紧定位。

Description

一种防爆环境的工业机器人移动平台

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种工业机器人移动平台。

背景技术

随着工业自动化的发展，工业机器人被广泛用于焊接、机械加工、汽车、航天等行业领域，工业机器人通常只有六个轴运动方向并具有高精度和高位置分辨率，但是定点作业的工业机器人存在操作范围小、工作范围受固定位置影响大的局限性。

现有研究开发移动平台搭载工业机器人，以使工业机器人可完成多种作业、胜任大空间作业，但目前所应用的移动平台主要使用电机驱动，若在防爆环境中使用，需要对移动平台进行防爆处理，应用成本较高，且危险性较高。如采用气动驱动，则需保证定位精度。

考虑到整个移动平台需要进行密封防爆处理，故移动平台整体结构需要简洁可靠，重复拆装次数低。若采用电机驱动，同时采需要传动装置，针对此处情景可选用丝杠、齿轮齿条。但这些传动装置和电机均需要做在防爆标准下的防爆措施，尤其传动装置在运动过程中禁忌出现摩擦生热、打火花现象，在市场上则需要做防爆处理，成本较高且安全性不高；另外传动件均需要定期维护：丝杠磨损补偿、齿轮齿条的疲劳点蚀，会增加设备的装卸次数，严重或可耽误生产计划。而防爆型无杆气缸，有结构紧凑、安装简便、维护方便的特点，尤其增加了可靠性与安全性。采用气缸驱动，无需额外增加驱动源，仅需增加1个电磁阀和相应数量的气路2通或3通阀。即可完成驱动源的设置。

结合实际情况及其机器人所处特殊环境，若清理时要求机器人和被加工对象的基坐标在世界坐标系中位置一定，故要保持机器人的定位准确。考虑到气动驱动(气缸)的两点定位模式较为适合，但气缸定位仅在行程的极限位置，实际使用中并不适合采用极限位置定位，因为冲击会造成气缸寿命的降低和移动平台震动。故在其工作极限位置(位于极限行程内)加装磁性开关，并在响应位置设计机械锁紧装置，当其运动到相关位置触动机械锁紧装置，保证了稳定准确的工作位置和安全零位。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种防爆环境的工业机器人移动平台，可用于工业机器人在存在易燃易爆粉尘环境中的移动，移动平台由机器人安装座、移动定位组件、支撑组件、安全防护组件组成。移动定位组件包括多位气缸、导轨、滑块、锁紧气缸、定位锥形块、液压缓冲器、行程开关、拖链及固定装置，其中多位气缸负责机器人移动、锁紧气缸负责到达工作位置后的定位与锁紧；支撑组件包括垫铁和地脚螺栓，用于支撑移动平台；安全防护组件通过在机器人安装座两端及钢架的外部安装防护罩，防止外部粉尘进入平台，保证平台安全性。本发明可以适应存在易燃易爆粉尘的环境对工业机器人提出的作业要求，可以保证工业机器人在上述特种环境中高效率移动、高可靠性锁紧定位。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种防爆环境的工业机器人移动平台，包括安全防护组件、移动定位组件、机器人安装座和支撑组件；

所述安全防护组件包括钢架、钢架防护罩、风琴罩和正压防爆箱；所述钢架由多根方管焊接加固形成，由所述支撑组件固定在地面上；所述移动定位组件安装在钢架内；所述钢架防护罩固定在钢架周围，防止易燃易爆粉尘进入移动平台；所述风琴罩分左右部分，对称安装在钢架上平面两端，防止易燃易爆粉尘直接掉落进入移动平台；所述机器人安装座位于两部分风琴罩中间，机器人安装座左右移动时，挤压风琴罩，风琴罩能够被压缩；

所述钢架侧面预留气孔和消音孔；所述正压防爆箱安装在钢架侧面，正压防爆箱通过穿过气孔的气路管道使移动平台内部处于正压状态，防止易燃易爆粉尘进入移动平台；所述消音孔用于当移动平台内部处于正压状态时消除噪音；

所述机器人安装座包括上下两个金属板安装面，上安装面用于安装机器人，下安装面用于连接移动定位组件；所述机器人安装座上还安装有拖链连接件、锁紧气缸、套筒、推杆和液压缓冲区作用块；

所述移动定位组件包括多位气缸、气缸连接件、导轨、滑块、定位锥形块、行程开关、液压缓冲器、拖链和拖链固定件；

所述导轨有两根，安装在钢架内部两侧；每根导轨上安装多个滑块；所述机器人安装座与所有滑块固定连接；所述多位气缸通过气缸连接件与机器人安装座连接，驱动机器人沿导轨直线移动；

在钢架内部预设多个机器人工作位置，每个工作位置处设置定位锥形块、行程开关和液压缓冲器；当机器人移动到设定的工作位置时，触碰行程开关，多位气缸停止驱动机器人移动，液压缓冲器作用于机器人安装座上安装的液压缓冲区作用块吸收能量，降低机器人的运行速度直至停止；同时，推杆在锁紧气缸的驱动下沿着套筒插入到定位锥形块中定位锁紧；

所述拖链固定件固定在地面；所述拖链为空心，一端固定在拖链固定件上，另一端固定在拖链连接件上；所述机器人的供电线及信号线通过机器人安装座中间空心部分，再穿过拖链内部和拖链固定件，连接到外部的机器人控制系统；随着机器人的运动所述拖链带动机器人供电线及信号线移动；

所述支撑组件包括垫铁和地脚螺栓；所述地脚螺栓在钢架底部均匀分布用于支撑钢架，保证移动平台的稳定性；所述垫铁用于调平钢架。

进一步地，所述方管为钢制。

进一步地，所述气孔的尺寸为Ф6，地脚螺栓的直径为Ф30。

进一步地，所述机器人轴电机采用防护罩进行保护，防护罩与机器人之间采用螺栓连接，并对缝隙处采用胶封。

进一步地，在机器人的动力线及编码器线与机器人的接口上设置密封盒，确保动力线和编码器线接口与环境的隔离，保证安全性。

进一步地，所述外部的机器人控制系统采用PLC进行控制。

进一步地，所述每根导轨上安装3个滑块。

进一步地，所述钢架两侧设计维修窗以便后续维修。

本发明的有益效果如下：

1、本发明平台可以适应存在易燃易爆粉尘的环境对工业机器人提出的作业要求，可以保证工业机器人在上述特种环境中高效率移动、高可靠性锁紧定位。同时，工业机器人停止位置可根据不同需求进行简单方便的自定义调节或添加锁紧位置，适应范围较广。

2、本发明平台定位准确：在气动驱动装置工作极限位置(位于极限行程内)加装磁性开关，并在响应位置设计机械锁紧装置，当其运动到相关位置触动机械锁紧装置，保证了稳定准确的工作位置和安全零位。

3、本发明平台安全可靠：由于本发明的防爆系统采用正压防爆原理，使用了经过处理的气源。此时采用气缸驱动，无需额外增加驱动源，驱动安全。

附图说明

图1为本发明移动平台安装机器人后的整体结构图。

图2为本发明移动平台的结构分解图。

图3为本发明中钢架安装板表面部件配合图。

图4为本发明中锁紧气缸、套筒、推杆和定位锥形块配合示意图。

图5为本发明中液压缓冲器、液压缓冲器作用块和机器人安装座配合示意图。

图6为本发明中拖链、拖链固定件、拖链连接件和机器人安装座示意图。

图中：1、机器人；2、机器人安装座；3、锁紧气缸；4、套筒；5、推杆；6、液压缓冲器作用块；7、气缸连接件；8、定位锥形块；9、滑块；10、多位气缸；11、液压缓冲器；12、行程开关；13、拖链连接件；14、拖链；15、拖链固定件；16、钢架；17、钢架防护罩；18、正压防爆箱；19、风琴罩；20、垫铁；21、地脚螺栓；22、导轨。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1和图2所示，一种防爆环境的工业机器人移动平台，包括安全防护组件、移动定位组件、机器人安装座2和支撑组件；通过气缸驱动实现工业机器人的行走及定位锁紧，对支撑架构进行合理的结构设计，可实现工业机器人在高位置作业，并配置安全防护装置保证系统安全性。

如图3所示，所述安全防护组件包括钢架16、钢架防护罩17、风琴罩19和正压防爆箱18；所述钢架16由多根方管焊接加固形成，由所述支撑组件固定在地面上，钢架16主要支撑整个平台，在其上配置合适螺纹孔安装移动定位组件，根据机器人1工作高度设计钢架16结构尺寸，并在两侧设计维修窗以便后续维修；所述移动定位组件安装在钢架16内；所述钢架防护罩17固定在钢架16周围，防止易燃易爆粉尘进入移动平台；所述风琴罩19分左右部分，对称安装在钢架16上平面两端，防止易燃易爆粉尘直接掉落进入移动平台；所述机器人安装座2位于两部分风琴罩19中间，机器人安装座2左右移动时，挤压风琴罩19，风琴罩19能够被压缩；

所述钢架16侧面预留气孔和消音孔；所述正压防爆箱18安装在钢架16侧面，正压防爆箱18通过穿过气孔的气路管道使移动平台内部处于正压状态，防止易燃易爆粉尘进入移动平台；所述消音孔用于当移动平台内部处于正压状态时消除噪音；

所述机器人安装座2为高强度的空心钢制管体焊接上下两个金属板安装面，上安装面针对不同型号机器人配置安装孔，用于安装机器人1；下安装面用于连接移动定位组件；所述机器人安装座2上还安装有拖链连接件13、锁紧气缸3、套筒4、推杆5和液压缓冲区作用块6；

所述移动定位组件包括多位气缸10、气缸连接件7、导轨22、滑块9、定位锥形块8、行程开关12、液压缓冲器11、拖链14和拖链固定件15；

所述导轨22有两根，安装在钢架16内部两侧；每根导轨22上安装多个滑块9；所述机器人安装座2与所有滑块9固定连接；所述多位气缸10通过气缸连接件7与机器人安装座2连接，驱动机器人1沿导轨22直线移动；

如图4和图5所示，在钢架16内部预设多个机器人工作位置，每个工作位置处设置定位锥形块8、行程开关12和液压缓冲器11；当机器人1移动到设定的工作位置时，触碰行程开关12，多位气缸10停止驱动机器人1移动，液压缓冲器11作用于机器人安装座2上安装的液压缓冲区作用块6吸收能量，降低机器人1的运行速度直至停止；同时，推杆5在锁紧气缸3的驱动下沿着套筒4插入到定位锥形块8中定位锁紧；

如图6所示，所述拖链固定件15固定在地面；所述拖链14为空心，一端固定在拖链固定件15上，另一端固定在拖链连接件13上；所述机器人1的供电线及信号线通过机器人安装座2中间空心部分，再穿过拖链14内部和拖链固定件15，连接到外部的机器人控制系统；随着机器人1的运动所述拖链14带动机器人1供电线及信号线移动；

所述支撑组件包括垫铁20和地脚螺栓21；所述地脚螺栓21在钢架16底部均匀分布用于支撑钢架16，保证移动平台的稳定性；所述垫铁20用于调平钢架16。

移动平台的防爆功能由硬件系统和软件系统组成：硬件系统主要包括：1.防爆控制箱；2.防静电材料制成的机器人轴电机防护罩；3.机器人1动力线及编码器线的密封防爆盒。4.风琴罩；5.移动平台侧面密封板(橡胶密封)6.末端预留的Ф6气孔和1/4消音孔；7.电磁阀3个，继电器6个。8.若干Ф6-Ф12气路管道。软件系统主要由PLC程序、机器人控制系统、气路系统结构及气路气压反馈组成。正常工作时，移动平台内部、机器人轴电机以及末端均为正压状态，防止了外部环境粉尘的进入，杜绝了危险因素。当相关气路的气压反馈出现异常，例如正压减弱到一定阈值或甚至消失。则系统立即报警，停止机器人1运动，断掉机器人轴电机的使能。并将机器人1返回安全零位等待检查。

1.对机器人轴电机的防护：采用特殊材料制成的防护罩包裹机器人轴电机，并在其中通入正压。此处正压的数值会实时反馈到防爆系统中以便安全程序监控。整个防护罩与机器人1之间采用螺栓连接，并对缝隙处采用可靠的胶封。保证了整个防护罩与机器人1之间的紧密性。同时防护罩可防止静电，保证了防护罩本身的安全性。

2.对机器人动力线及编码器线的密封：常规机器人此处的动力线和编码器线接头只是锁定在机器人1的相关接口上，并没有对其做密封处理。若在易燃易爆粉尘环境下工作，则会造成一定的安全隐患。本发明对上述两个接口设置了密封盒，确保动力线和编码器线接口与环境的隔离。保证了安全性。

3.对移动平台的密封：因移动平台底座为中空结构。故对其的处理分为两部分。一是外部的密封，对移动平台上部来说采用了风琴罩19，防止易燃易爆粉尘直接掉落进入移动平台。对侧面来说采用了橡胶加密封板的结构，防止了易燃易爆粉尘进入。二是内部的正压出气口，防止了易燃易爆粉尘进入移动平台。

机器人控制系统采用PLC进行控制，由PLC控制气缸电磁阀、正压防爆系统开关以保证移动平台的安全、自动运行。

Claims (8)

1.一种防爆环境的工业机器人移动平台，其特征在于，包括安全防护组件、移动定位组件、机器人安装座和支撑组件；

所述安全防护组件包括钢架、钢架防护罩、风琴罩和正压防爆箱；所述钢架由多根方管焊接加固形成，由所述支撑组件固定在地面上；所述移动定位组件安装在钢架内；所述钢架防护罩固定在钢架周围，防止易燃易爆粉尘进入移动平台；所述风琴罩分左右部分，对称安装在钢架上平面两端，防止易燃易爆粉尘直接掉落进入移动平台；所述机器人安装座位于两部分风琴罩中间，机器人安装座左右移动时，挤压风琴罩，风琴罩能够被压缩；

所述钢架侧面预留气孔和消音孔；所述正压防爆箱安装在钢架侧面，正压防爆箱通过穿过气孔的气路管道使移动平台内部处于正压状态，防止易燃易爆粉尘进入移动平台；所述消音孔用于当移动平台内部处于正压状态时消除噪音；

所述机器人安装座包括上下两个金属板安装面，上安装面用于安装机器人，下安装面用于连接移动定位组件；所述机器人安装座上还安装有拖链连接件、锁紧气缸、套筒、推杆和液压缓冲区作用块；

所述移动定位组件包括多位气缸、气缸连接件、导轨、滑块、定位锥形块、行程开关、液压缓冲器、拖链和拖链固定件；

所述导轨有两根，安装在钢架内部两侧；每根导轨上安装多个滑块；所述机器人安装座与所有滑块固定连接；所述多位气缸通过气缸连接件与机器人安装座连接，驱动机器人沿导轨直线移动；

在钢架内部预设多个机器人工作位置，每个工作位置处设置定位锥形块、行程开关和液压缓冲器；当机器人移动到设定的工作位置时，触碰行程开关，多位气缸停止驱动机器人移动，液压缓冲器作用于机器人安装座上安装的液压缓冲区作用块吸收能量，降低机器人的运行速度直至停止；同时，推杆在锁紧气缸的驱动下沿着套筒插入到定位锥形块中定位锁紧；

所述拖链固定件固定在地面；所述拖链为空心，一端固定在拖链固定件上，另一端固定在拖链连接件上；所述机器人的供电线及信号线通过机器人安装座中间空心部分，再穿过拖链内部和拖链固定件，连接到外部的机器人控制系统；随着机器人的运动所述拖链带动机器人供电线及信号线移动；

所述支撑组件包括垫铁和地脚螺栓；所述地脚螺栓在钢架底部均匀分布用于支撑钢架，保证移动平台的稳定性；所述垫铁用于调平钢架。

2.根据权利要求1所述的一种防爆环境的工业机器人移动平台，其特征在于，所述方管为钢制。

3.根据权利要求1所述的一种防爆环境的工业机器人移动平台，其特征在于，所述气孔的尺寸为Ф6，地脚螺栓的直径为Ф30。

4.根据权利要求1所述的一种防爆环境的工业机器人移动平台，其特征在于，所述机器人轴电机采用防护罩进行保护，防护罩与机器人之间采用螺栓连接，并对缝隙处采用胶封。

5.根据权利要求1所述的一种防爆环境的工业机器人移动平台，其特征在于，在机器人的动力线及编码器线与机器人的接口上设置密封盒，确保动力线和编码器线接口与环境的隔离，保证安全性。

6.根据权利要求1所述的一种防爆环境的工业机器人移动平台，其特征在于，所述外部的机器人控制系统采用PLC进行控制。

7.根据权利要求1所述的一种防爆环境的工业机器人移动平台，其特征在于，所述每根导轨上安装3个滑块。

8.根据权利要求1所述的一种防爆环境的工业机器人移动平台，其特征在于，所述钢架两侧设计维修窗以便后续维修。

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