CN114955883A - 一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于搬运装置，具体涉及一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置。它包括依次连接的主体钢结构、提升梁结构、Z向提升机构、X向横移机构、Y向微调机构、Z轴旋转机构、刚性吊具、辅助安装机构以及行走机构。本发明的显著效果是：大幅减少了核电重型支架安装环节搬运人员在支架搬运、固定焊接过程中的重体力劳动，降低了工作人员的劳动强度和人员数量；有效提高了短途搬运、精准安装重型设备的工作效率，保证了作业人员的人身安全，高效完成仪器设备的精准落座。
Description
技术领域
本发明属于搬运装置，具体涉及一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置。
背景技术
核岛安装工程中有大量100公斤以上的管道、电气支架需要在地表、侧墙1.5m高度内进行高精度的安装，现有的方法多为先从集中安置点人力抬搬至安装点，然后现场设置吊点辅助安装，或者多人人力抬搬进行固定安装。这些安装方式不仅劳动强度大、施工效率低，还可能因为搬运人员体能消耗和配合失误等，造成支架滑落和人员伤害等，存在重大安全隐患。
此外，诸如高校或科研单位实验室采购仪器的室内短途运输与落座安装；工业厂房材料和设备的转场搬运及安置等重型物品短途搬运安装活动，也多停留在人力抬搬的水平，虽然也有平板手推车、托盘搬运车等短途运输工具，但仪器的上、下车仍需人力搬抬，若放置位置不正确也可能发生滑落坠毁。
发明内容
为解决现有核电安装领域重型支架在搬运、精准安装过程中存在的效率低下、易引发安全事故，以及日常生产活动中重型设备短途搬运困难、且无法精准落座安装等问题，本发明提供一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置。
本发明是这样实现的：一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，包括依次连接的主体钢结构、提升梁结构、Z向提升机构、X向横移机构、Y向微调机构、Z轴旋转机构、刚性吊具、辅助安装机构以及行走机构。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述主体钢结构左右立柱设置有双排圆钢导轨和所述Z向提升机构，左右螺旋升降机主体放置在立柱上梁顶部，并用传动杆连接实现同步，螺旋升降机丝杆通过连接件、提升吊耳与所述提升梁结构连接，实现提升传动；所述X向横移机构与所述Y向微调机构通过下滑块组件连接，所述Z轴旋转机构与所述刚性吊具连接，通过所述辅助安装机构的固定实现被吊物的X、Y向精准调节；搬运装置通过所述行走机构移动，实现被吊物和搬运装置的空间转移。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述主体钢结构呈门架形，主要由槽钢拼焊而成，沿中间横跨梁方向为X向，沿立柱上梁方向为Y向，所述主体钢结构左右立柱上梁、基座分别开有三个、两个轴对称分布孔洞，上梁中间孔洞周围还设置有螺栓孔，两侧孔洞与基座开设的两个孔洞上下对应，用于安装两条竖直方向的直线圆钢导轨。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述主体钢结构上方横跨梁与左右立柱设置内斜撑，增加整体刚度稳定性。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述提升梁结构截面为箱型，由钢板焊接而成，所述提升梁结构左右两端各开设有两个轴对称分布的孔洞，孔洞内壁设有导向护套，护套内径略大于圆钢导轨直径；横梁两端各自孔洞连线中点位置设置有提升吊耳，底部中央沿X向开设有一定深度的凹槽，凹槽两端设置限位圆环，两侧设置轨道连接面，连接面上每隔一定距离有一微微凸起，与轨道开设的孔洞相对应。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，圆钢导轨穿过提升横梁左右孔洞，提升横梁沿该圆钢导轨垂直上下运行。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述Z向提升机构采用两台螺旋升降机传动，每台提升机额定提升能力大于等于0.3t，行程800mm，精度为0.5mm，Z向螺旋升降机丝杆穿过所述主体钢结构左右立柱上梁中间孔洞，丝杆端部设有连接件，连接件与所述提升横梁的提升吊耳相连接，将提升力传递至提升横梁，两台螺旋升降机通过螺栓分别固定在左右立柱上梁顶部，主体钢结构横跨梁上方设置传动杆，传动杆连接左右两台螺旋升降机实现控制同步，螺旋升降机采用手轮人力驱动，或采用电机驱动。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述X向横移机构采用导轨丝杆传动，导轨副选用四方向等载荷型滚动直线导轨，两根导轨安装在所述提升横梁底部轨道连接面，导轨底部的四个横移滑块与下滑块组件连接；两根导轨中间设置有一滚珠丝杆，丝杆穿过下滑块组件布置在所述提升横梁底部中央沿X向开设的凹槽内，丝杆两端置于凹槽限位圆环内，一端安装有摇动手轮，可采用手轮人力驱动，也可采用电机驱动。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述X向横移机构的X向横移距离为1800mm，定位精度为0.5mm。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述Y向微调机构工作原理同X向横移机构，采用导轨丝杆传动，四个微调滑块安装在下滑块组件的下表面，与所述X向横移机构四个滑块上下对应，两者滑块运行方向相互垂直，滑块底部安装两条导轨，导轨下部与微调滑块基座上的轨道连接面连接，下滑块组件底部中央安装有滚珠丝杆，丝杆两端穿过微调滑块基座限位孔后安装摇动手轮，采用手轮人力驱动，或采用电机驱动。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述Y向微调机构Y向微调距离为100mm，定位精度为0.5mm。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，微调滑块基座底部设有圆形分布的螺栓孔。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述Z轴旋转机构采用单排球无齿式回转支承，由内、外圈环结构组成，回转动力可采用人力驱动，也可采用电机驱动，回转支承内圈环设置有圆形排布螺栓孔，与其上方微调滑块基座圆形螺栓孔对应，通过密布螺栓实现两者的固定；外圈环排布有另一圆形螺栓孔，与所述刚性吊具圆环螺栓孔对应。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述刚性吊具结构组成为一圆环与对称分布的四支腿，支腿与圆环整体冲压形，保证了吊具的整体刚度；吊具圆环通过螺栓与回转支承固定；吊具支腿端部设置有螺栓孔，通过螺栓与所述辅助安装机构连接固定。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述辅助安装机构由上下盖板和中间连接链条组成，上盖板顶部设有与刚性吊具四支腿螺栓孔对应的螺栓连接件与之连接，盖板内设有与下盖板对应的圆形开孔，保证链条可以穿过；下盖板底部四角设有半球状突起，盖板内开有一些“Ω”形孔，配合连接链条锁头型式可以实现自由连接；连接链条一端为侧表面带环状缺口的圆柱状锁头，固定在下盖板，另一端为带螺纹螺栓，配合螺母可以固定在上盖板顶部。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，上下盖板平面尺寸为800mmⅹ800mm。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，上下盖板内表面和连接链条表面设置有柔性防护层，保护仪器设备表面不被损伤。
如上所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其中，所述行走机构为在主体钢结构底部安装四个万向轮，滚轮直径200mm，每个万向轮承载能力大于等于1.0t，万向轮车轮表面为聚氨酯，配备有刹车规定装置，万向轮踏面为弧面。
本发明的显著效果是：相较于现有技术，通过采用本发明提供的所述具有精准定位功能的多自由度搬运装置，大幅减少了核电重型支架安装环节搬运人员在支架搬运、固定焊接过程中的重体力劳动，降低了工作人员的劳动强度和人员数量。在日常设备搬运方面，有效提高了短途搬运、精准安装重型设备的工作效率，保证了作业人员的人身安全，高效完成仪器设备的精准落座。本发明具有设计合理、操作方便、安全可靠等优点，为短途搬运、精准安装重型设备劳动提供安全高效的搬运装置。
附图说明
图1：多自由度搬运装置立体图；
图2：多自由度搬运装置侧视图；
图3：螺旋升降机；
图4：X、Y向移动机构；
图5：下滑块组件；
图6：Z轴旋转机构(回转支承)；
图7：微调滑块基座；
图8：刚性吊具；
图9：辅助安装机构。
其中1.主体钢结构、2.提升梁结构、3.Z向提升机构、4.X向横移机构、5.Y向微调机构、6.Z轴旋转机构、7.刚性吊具、8.行走机构、9.被吊物、10.辅助安装机构、21.圆钢导轨、22、提升吊耳、31.传动杆、32.螺旋升降机丝杆保护罩、33.螺旋升降机手摇轮、34.螺旋升降机丝杆、35.连接件、36.机身主体、41.X向横移机构手摇轮、42.下滑块组件、43.X向导轨、44.横移滑块、45.长丝杆、51.Y向微调机构手摇轮、52.微调滑块基座、53.Y向导轨、54.微调滑块。
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置包括主体钢结构1、提升梁结构2、Z向提升机构3、X向横移机构4、Y向微调机构5、Z轴旋转机构6、刚性吊具7、辅助安装机构10以及行走机构8。
所述主体钢结构1左右立柱内设置有双排圆钢导轨21和所述Z向提升机构3，左右螺旋升降机主体36放置在立柱上梁顶部，并用传动杆31连接实现控制同步，螺旋升降机丝杆34通过连接件35、提升吊耳22与所述提升梁结构2连接，实现提升传动；所述X向横移机构4与所述Y向微调机构5通过下滑块组件42连接，所述Z轴旋转机构6与所述刚性吊具7连接，通过所述辅助安装机构10的固定实现被吊物9的X、Y向精准调节；搬运装置通过所述行走机构8移动，实现被吊物和搬运装置的空间转移。
所述主体钢结构1左右立柱上梁、基座分别开有三个、两个轴对称分布孔洞，上梁中间孔洞周围还设置有螺栓孔，两侧孔洞与基座开设的两个孔洞上下对应，用于安装两条竖直方向的直线圆钢导轨21。
所述提升梁结构2的两端各开设有两个轴对称分布孔洞，孔洞内壁设有导向护套，护套内径略大于所述圆钢导轨21的直径，圆钢导轨穿过提升横梁左右孔洞；横梁两端各自孔洞连线中点位置设置有提升吊耳，底部中央沿X向开设有一定深度的凹槽，凹槽两端设置限位圆环，两侧设置轨道连接面，连接面上每隔一定距离有一微微凸起，与轨道开设的孔洞相对应。
所述Z向提升机构3采用螺旋升降机，螺旋升降机丝杆34穿过主体钢结构1左右立柱上梁中间孔洞，丝杆端部连接件35与提升横梁2两端的提升吊耳22连接，将提升力传递至提升横梁。两台螺旋升降机通过螺栓固定在左右立柱上梁顶部，主体钢结构横跨梁上方设置传动杆31，传动杆连接左右两台螺旋升降机实现控制同步，螺旋升降机配有摇动手轮33，螺旋升降机可采用手轮人力驱动，也可采用电机驱动。
所述X向横移机构4采用导轨丝杆传动，两根导轨43安装在所述提升横梁2的底部轨道连接面上，导轨底部的四个横移滑块44与下滑块组件42连接；两根导轨中间设置有一滚珠丝杆45，布置在提升横梁2底部中间部分开设的凹槽内，丝杆45两端置于横梁底部限位圆环内，一端安装有摇动手轮41，驱动方式可采用手轮人力驱动，也可采用电机驱动。
所述Y向微调机构5的四个微调滑块54安装在下滑块组件42的下表面，与所述X向横移机构4的四个滑块44上下对应，两者滑块运行方向相互垂直；滑块与下方导轨53连接，导轨安装在微调滑块基座52的轨道连接面上，下滑块组件42底部中央安装有滚珠丝杆，丝杆两端穿过微调滑块基座限位孔后安装摇动手轮51，驱动方式可采用手轮人力驱动，也可采用电机驱动。
所述Z轴旋转机构6采用单排球无齿式回转支承，由内、外圈环结构组成。内圈环结构排布有圆形螺栓孔，通过密布螺栓实现与所述微调滑块基座52的连接；外圈环结构排布有另一圆形螺栓孔，与所述刚性吊具7的圆形螺栓孔对应。
所述刚性吊具7的结构为一圆环与对称分布四支腿，支腿与圆环一体冲压成形，保证了吊具的整体刚度；吊具圆环通过螺栓与回转支承固定，吊具支腿端部设置有螺栓孔，通过螺栓与辅助安装机构10连接固定。
所述辅助安装机构由上下盖板和中间连接链条组成，上盖板顶部设有与刚性吊具四支腿螺栓孔对应的螺栓连接件与之连接，盖板内设有与下盖板对应的圆形开孔，保证链条可以穿过；下盖板底部四角设有半球状突起，盖板内开有一些“Ω”形孔，配合连接链条锁头型式可以实现自由连接；连接链条一端为侧表面带环状缺口的圆柱状锁头，固定在下盖板，另一端为带螺纹螺栓，配合螺母可以固定在上盖板顶部；上下盖板内表面及连接链条表面设置有柔性防护层，保护仪器设备表面不被损伤。
所述行走机构8为在所述主体钢结构1底部安装四个万向轮，滚轮直径200mm，每个万向轮承载能力不小于1.0t。万向轮车轮表面为聚氨酯，配备有刹车规定装置，万向轮踏面为弧面。
具体实施时，将辅助安装机构10的下盖板102置于支架9的底部，下盖板102上位于支架9周边的“Ω”形孔用连接链条103锁头端连接，另一端穿过上盖板101对应圆形孔，并用螺母紧固。搬运时，先顺时针驱动螺旋升降机手摇轮33将刚性吊具7提升至高于辅助安装机构上盖板101一定高度后停下，推动搬运装置使刚性吊具7位于辅助安装机构上盖板101正上方，踏下行走机构8刹车装置后，逆时针驱动螺旋升降机手摇轮33使刚性吊具7缓慢下降至辅助安装机构上盖板101表面后停止。调整吊具7支腿螺栓孔与辅助安装机构上盖板101连接件对正，使用螺栓将辅助安装机构上盖板101与刚性吊具7栓接牢靠。然后顺时针驱动螺旋升降机手摇轮33通过刚性吊具7和辅助安装机构使支架9缓慢提升离地，提升地面一定高度后，解除行走机构8的刹车装置，推动搬运装置连同支架9转移至室内指定落座位置后重新刹车。支架9下降落座时，需缓慢的逆时针驱动螺旋升降机手摇轮33，此过程中可通过驱动X向横移机构4和Y向微调机构5的手摇轮，实现支架9的X向、Y向精准的移动调整，通过Z轴旋转机构6实现支架9的平面内转动，实现支架9的侧墙精准定位。支架9定位完成后，开始焊接支架9与预埋板接触面，待焊接完成辅助安装机构10和刚性吊具7已不受力，原地解除辅助安装机构10与支架9的连接、辅助安装机构10和刚性吊具7的连接。上升吊具7高度并解除刹车，开始下一轮搬运及辅助焊接作业。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (18)
1.一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：包括依次连接的主体钢结构、提升梁结构、Z向提升机构、X向横移机构、Y向微调机构、Z轴旋转机构、刚性吊具、辅助安装机构以及行走机构。
2.如权利要求1所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述主体钢结构左右立柱设置有双排圆钢导轨和所述Z向提升机构，左右螺旋升降机主体放置在立柱上梁顶部，并用传动杆连接实现同步，螺旋升降机丝杆通过连接件、提升吊耳与所述提升梁结构连接，实现提升传动；所述X向横移机构与所述Y向微调机构通过下滑块组件连接，所述Z轴旋转机构与所述刚性吊具连接，通过所述辅助安装机构的固定实现被吊物的X、Y向精准调节；搬运装置通过所述行走机构移动，实现被吊物和搬运装置的空间转移。
3.如权利要求2所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述主体钢结构呈门架形，主要由槽钢拼焊而成，沿中间横跨梁方向为X向，沿立柱上梁方向为Y向，所述主体钢结构左右立柱上梁、基座分别开有三个、两个轴对称分布孔洞，上梁中间孔洞周围还设置有螺栓孔，两侧孔洞与基座开设的两个孔洞上下对应，用于安装两条竖直方向的直线圆钢导轨。
4.如权利要求3所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述主体钢结构上方横跨梁与左右立柱设置内斜撑，增加整体刚度稳定性。
5.如权利要求4所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述提升梁结构截面为箱型，由钢板焊接而成，所述提升梁结构左右两端各开设有两个轴对称分布的孔洞，孔洞内壁设有导向护套，护套内径略大于圆钢导轨直径；横梁两端各自孔洞连线中点位置设置有提升吊耳，底部中央沿X向开设有一定深度的凹槽，凹槽两端设置限位圆环，两侧设置轨道连接面，连接面上每隔一定距离有一微微凸起，与轨道开设的孔洞相对应。
6.如权利要求5所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：圆钢导轨穿过提升横梁左右孔洞，提升横梁沿该圆钢导轨垂直上下运行。
7.如权利要求6所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述Z向提升机构采用两台螺旋升降机传动，每台提升机额定提升能力大于等于0.3t，行程800mm，精度为0.5mm，Z向螺旋升降机丝杆穿过所述主体钢结构左右立柱上梁中间孔洞，丝杆端部设有连接件，连接件与所述提升横梁的提升吊耳相连接，将提升力传递至提升横梁，两台螺旋升降机通过螺栓分别固定在左右立柱上梁顶部，主体钢结构横跨梁上方设置传动杆，传动杆连接左右两台螺旋升降机实现控制同步，螺旋升降机采用手轮人力驱动，或采用电机驱动。
8.如权利要求7所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述X向横移机构采用导轨丝杆传动，导轨副选用四方向等载荷型滚动直线导轨，两根导轨安装在所述提升横梁底部轨道连接面，导轨底部的四个横移滑块与下滑块组件连接；两根导轨中间设置有一滚珠丝杆，丝杆穿过下滑块组件布置在所述提升横梁底部中央沿X向开设的凹槽内，丝杆两端置于凹槽限位圆环内，一端安装有摇动手轮，可采用手轮人力驱动，也可采用电机驱动。
9.如权利要求8所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述X向横移机构的X向横移距离为1800mm，定位精度为0.5mm。
10.如权利要求9所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述Y向微调机构工作原理同X向横移机构，采用导轨丝杆传动，四个微调滑块安装在下滑块组件的下表面，与所述X向横移机构四个滑块上下对应，两者滑块运行方向相互垂直，滑块底部安装两条导轨，导轨下部与微调滑块基座上的轨道连接面连接，下滑块组件底部中央安装有滚珠丝杆，丝杆两端穿过微调滑块基座限位孔后安装摇动手轮，采用手轮人力驱动，或采用电机驱动。
11.如权利要求10所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述Y向微调机构Y向微调距离为100mm，定位精度为0.5mm。
12.如权利要求11所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：微调滑块基座底部设有圆形分布的螺栓孔。
13.如权利要求12所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述Z轴旋转机构采用单排球无齿式回转支承，由内、外圈环结构组成，回转动力可采用人力驱动，也可采用电机驱动，回转支承内圈环设置有圆形排布螺栓孔，与其上方微调滑块基座圆形螺栓孔对应，通过密布螺栓实现两者的固定；外圈环排布有另一圆形螺栓孔，与所述刚性吊具圆环螺栓孔对应。
14.如权利要求13所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述刚性吊具结构组成为一圆环与对称分布的四支腿，支腿与圆环整体冲压形，保证了吊具的整体刚度；吊具圆环通过螺栓与回转支承固定；吊具支腿端部设置有螺栓孔，通过螺栓与所述辅助安装机构连接固定。
15.如权利要求14所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述辅助安装机构由上下盖板和中间连接链条组成，上盖板顶部设有与刚性吊具四支腿螺栓孔对应的螺栓连接件与之连接，盖板内设有与下盖板对应的圆形开孔，保证链条可以穿过；下盖板底部四角设有半球状突起，盖板内开有一些“Ω”形孔，配合连接链条锁头型式可以实现自由连接；连接链条一端为侧表面带环状缺口的圆柱状锁头，固定在下盖板，另一端为带螺纹螺栓，配合螺母可以固定在上盖板顶部。
16.如权利要求15所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：上下盖板平面尺寸为800mmⅹ800mm。
17.如权利要求16所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：上下盖板内表面和连接链条表面设置有柔性防护层，保护仪器设备表面不被损伤。
18.如权利要求17所述的一种具有精准定位功能的多自由度搬运装置，其特征在于：所述行走机构为在主体钢结构底部安装四个万向轮，滚轮直径200mm，每个万向轮承载能力大于等于1.0t，万向轮车轮表面为聚氨酯，配备有刹车规定装置，万向轮踏面为弧面。
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