CN116197194A - 一种管道清理的机械手臂 - Google Patents

Abstract

本发明的一种管道清理的机械手臂，属于机械手臂领域，包括基座、环形座、柔性机械臂组件、吸渣组件和机械手组件；所述机械手组件相对转动地设置在柔性机械臂组件上；柔性机械臂组件上设有用于驱动机械手组件开合的驱动组件；柔性机械臂组件上设有用于使机械手组件转动的动力组件；机械手组件上设有用于刮刷管道内壁的刷子组件，刷子组件随机械手组件的转动而转动；基座上设有抽气泵，抽气泵的进气端连接有软管；柔性机械臂组件上开设有进渣孔，进渣孔与软管连通。该机械手臂能在机械手开合的同时刷子组件转动，两者互不影响，利用抽气泵将刷子组件刷落的残渣抽离管道，避免残渣掉落到管道中，造成二次堵塞的情况。

Description

一种管道清理的机械手臂

技术领域

本发明涉及机械手臂领域，具体涉及一种管道清理的机械手臂。

背景技术

机械手臂能模仿人手和臂的某些动作，通过程序控制机械手臂的动作，可以达到疏通管道的目的。

如，公开号CN112049230A的中国专利公开了一种用于管道堵塞机器人的机械臂夹具。该专利中通过对堵塞部位进行冲击，从而将堵塞的位置的阻塞物破碎成残渣，再通过机械臂夹具将破碎的残渣抓出管道。

该专利中，首先将堵塞物破碎后，残渣容易重新掉落在管道中，机械臂夹具再去夹取掉落的残渣，相当于对残渣进行了两次处理，容易增加劳动量。而且，该专利中，冲击和夹具夹取残渣是两个不同的程序步骤，每次该专利的装置只能单独地进行一项操作，两个步骤分布进行，这也导致了管道清理的时长延长。

发明内容

为了现有技术中的不足，本发明提出一种管道清理的机械手臂，其为了解决如何避免残渣掉落到管道中的技术问题，以及如何破碎堵塞物时，不影响机械手工作的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的一种管道清理的机械手臂，包括基座、环形座、柔性机械臂组件、吸渣组件和机械手组件；所述机械手组件相对转动地设置在柔性机械臂组件上；柔性机械臂组件上设有用于驱动机械手组件开合的驱动组件；柔性机械臂组件上设有用于使机械手组件转动的动力组件；机械手组件上设有用于刮刷管道内壁的刷子组件，刷子组件随机械手组件的转动而转动；

基座上设有抽气泵，抽气泵的进气端连接有软管；柔性机械臂组件上开设有进渣孔，进渣孔与软管连通。

进一步地，所述环形座呈圆环形；所述机械手组件至少设置有三个，各个机械手组件沿环形座的轴线圆周阵列设置；每个机械手组件均包括固定块，固定块固定在环形座上；固定块上设有第一连接板和第二连接板；第一连接板和第二连接板沿环形座的径向方向并列设置；第一连接板和第二连接板的下端分别通过轴一和轴二转动连接在固定块上；第一连接板和第二连接板的上端设有夹爪板，第一连接板和第二连接板通过轴三和轴四转动连接在夹爪板上；轴一、轴二、轴三和轴四的轴线方向，分别与环形座对应位置处外边缘的切线平行；轴一、轴二、轴三和轴四与固定块的连接点围成的形状为平行四边形；第一连接板上设有连杆板；连杆板的一端通过轴六转动连接在第一连接杆的中间位置；所述机械手组件还包括一个十字连接件，第一连接杆的另一端通过轴五转动连接在十字连接件上；轴五和轴六轴线方向平行于轴一的轴线方向。

三个以上的机械手组件可以更稳定抓住堵塞物，不会因为机械手组件转动而松开堵塞物；设计的第一连接板和第二连接板，以及轴一、轴二、轴三和轴四与固定块的连接点围成的形状为平行四边形，使各个夹爪板向环形座的轴线方向平动，夹爪板依靠其竖向的整个表壁夹住堵塞物，不仅仅依靠其端部的表壁，所以夹住堵塞物时更稳定。

进一步地，所述驱动组件包括推力杆；十字连接件套设在推力杆上，十字连接件与推力杆轴线重合，十字连接件能绕推力杆的轴线转动，推力杆能沿其轴线相对于十字连接件移动；十字连接件上固定有环块和限位块，限位块和环块的直径均大于十字连接件的内径；限位块和环块分别处于十字连接件的上方和下方；所述柔性机械臂组件上固定有气缸，气缸的活塞杆与推力杆的轴线重合。

设计的驱动组件，可以让机械手组件的开合，与机械手组件的旋转互相不干扰，满足机械手组件在抓取堵塞物的同时，刷子组件通过旋转刷落管道内壁的残渣，再通过抽气泵将残渣及时抽离管道。

进一步地，所述动力组件处于刷子组件的上方；所述动力组件包括旋转电机，旋转电机固定在柔性机械臂组件上；旋转电机的转轴轴线与推力杆的轴线平行，旋转电机的转轴上同轴固定有主动齿轮；环形座的下端固定有内壳套，内壳套的形状为圆柱筒形，内壳套套设在推力杆上，内壳套能绕推力杆的轴线转动，内壳套的轴线与推力杆的轴线重合；内壳套的下端转动连接在柔性机械臂组件上，内壳套绕推力杆的轴线转动。

将动力组件设置在刷子组件的上方，这样刷子组件转动时，就不会对动力组件产生干涉；通过动力组件，将整个刷子组件转动，刷子组件转动后可以清理管道内壁一圈的堵塞物。

进一步地，所述刷子组件设置有两个，两个刷子组件沿内壳套的轴线中心对称设置；刷子组件包括导向块，导向块上开设有滑槽，滑槽中活动式卡设有滑块，相对滑动地设置在滑槽中，滑块滑动的方向沿内壳套的径向方向；滑块远离内壳套的一端固定有刷板，刷板远离内壳套的一侧表壁上嵌设有刷毛；刷板沿内壳套的轴线看端面呈弧形；所述内壳套上设有用于驱动刷毛移动的压力调整组件。

利用压力调整组件可以改变刷毛与管道内壁之间的间距，从而使刷毛能与管道内壁产生更大的压力，便于刷去管道坚硬的附着物。

进一步地，所述压力调整组件包括固定在内壳套上的第一驱动板，第一驱动板上开设有第一驱动槽，第一驱动槽中活动式卡设有第一驱动块，第一驱动块相对滑动地设置在第一驱动槽中，第一驱动块的滑动方向与内壳套的轴线方向平行；内壳套上还固定有第二驱动板，第二驱动板上开设有第二驱动槽，第二驱动槽中活动式卡设有第二驱动块，第二驱动块相对滑动地设置在第二驱动槽中，第二驱动块的滑动方向沿内壳套的径向；第二驱动块的滑动方向同时垂直于两个滑块的滑动方向；第一驱动块和第二驱动块之间设有第一连杆，第一连杆的两端分别转动连接在第一驱动块和第二驱动块上，第一连杆两端的铰接轴平行于滑块的滑动方向；第二驱动块与两个滑块之间的一根第二连杆，第二连杆的一端转动连接在第二驱动块上，第二连杆的另一端转动连接在滑块上，第二连杆两端的铰接轴轴线平行于内壳套的轴线。

设计的压力调整组件结构简单，只改变压力时，只需通过第一驱动块沿内壳套的轴线移动即可改变刷毛对管道内壁的压力，刷毛对管道内壁产生的压力，随滑块的移动距离增加而增加，使管道内壁受到的压力处于连续和稳定的变化。

进一步地，所述内壳套上套设有保护壳，保护壳呈圆筒形，保护壳的轴线与内壳套的轴线重合，保护壳与内壳套固定连接；动力组件不与保护壳接触；保护壳上设有通孔，分别用于供对应的刷板连同刷毛伸出保护壳。

由于机械手组件工作在管道等污秽的工作区域，通过保护壳可以保护旋转电机等机械，避免污秽地杂物给旋转电机等机械造成污染，在一定程度内，污秽物的腐蚀性等特性，对电机的损坏也能降到最低。

有益效果:

本装置的机械手组件可以旋转，刷子组件随机械手组件的转动而转动，刷子组件刷落堵塞物，被抽气泵吸离管道。刷子组件旋转时，通过驱动组件仍然可以驱动机械手组件开合，也就是说，不影响机械手组件清理堵塞物。

相比于现有技术，不需要对刷子组件刷落的堵塞物碎屑进行二次处理。同时刷子组件和机械手组件的开合互不干扰，所以本装置方便使用。

附图说明

图1是本装置整体的结构示意图；

图2是机械手组件的结构示意图之一；

图3是机械手组件的结构示意图之二。

1、基座；2、柔性机械臂组件；3、机械手组件；4、环形座；5、推力杆；6、气缸；7、十字连接件；8、固定块；9、第一连接板；10、第二连接板；11、轴一；12、轴二；13、夹爪板；14、轴三；15、轴四；16、连杆板；17、轴五；18、轴六；19、环块；20、内壳套；21、从动齿轮；22、主动齿轮；23、导向块；24、滑槽；25、滑块；26、刷板；27、刷毛；28、第一驱动板；29、第一驱动槽；30、第一驱动块；31、第二驱动板；32、第二驱动槽；33、第二驱动块；34、第一连杆；35、第二连杆；36、保护壳；37、通孔；38、工业相机；39、收集盒；40、进渣孔；41、限位块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种管道清理的机械手臂，包括基座1、柔性机械臂组件2、吸渣组件和机械手组件3。

如图2所示，机械手组件3包括环形座4，环形座4呈圆环形，环形座4的圆周外壁上固定有四个夹爪组件，四个夹爪组件沿环形座4的轴线圆周阵列设置。环形座4上穿设有推力杆5，推力杆5的轴线与环形座4的轴线重合，环形座4能绕推力杆5的轴线转动，推力杆5也能沿自身轴线相对于环形座4移动。推力杆5的下端设有气缸6，气缸6固定在柔性机械臂组件2上，气缸6的活塞杆与推力杆5的下端固定连接，气缸6的活塞杆轴线与推力杆5的轴线重合，通过气缸6的作用，推力杆5可以沿自身轴线相对于环形座4移动。

推力杆5上套设有十字连接件7，十字连接件7处于环形座4的上方。十字连接件7能沿推力杆5的轴线滑动，十字连接件7也能绕推力杆5的轴线转动。以单独地一个夹爪组件看，夹爪组件包括固定块8，固定块8固定在环形座4的圆周外壁上。固定块8上设有一根第一连接板9和一根第二连接板10，第一连接板9和第二连接板10沿环形座4的径向方向并列设置。

见图2，第一连接板9和第二连接板10的下端分别通过轴一11和轴二12转动连接在固定块8上，轴一11和轴二12处于固定块8的同一高度。各个固定块8上的轴一11和轴二12的轴线方向，分别与环形座4对应位置处外边缘的切线平行。第一连接板9和第二连接板10的上端设有夹爪板13，夹爪板13处于环形座4的上方；夹爪板13的上端设有防滑纹路。第一连接板9和第二连接板10的上端通过轴三14和轴四15转动连接在夹爪板13上，轴三14和轴四15的轴线方向，分别与环形座4对应地位置处外边缘的切线平行。轴一11、轴二12、轴三14和轴四15与固定块8的连接点围成的形状，以轴一11的轴线方向看呈平行四边形。十字连接件7与第一连接板9之间设有连杆板16，连杆板16的两端分别通过轴五17和轴六18转动连接在十字连接件7和第一连接板9上，轴五17和轴六18的轴线方向平行于轴一11的轴线方向。轴六18位于第一连接板9的中部位置。

见图2，推力杆5上套设有环块19，环块19与推力杆5固定连接。推力杆5上端固定有限位块41，限位块41的外径大于十字连接件7的内径，环块19的直径也大于十字连接件7的内径，环块19和限位块41分别处于十字连接件7的上方和下方，十字连接件7不会从推力杆5的上端脱离推力杆5。

见图2，环形座4的下方设有内壳套20，内壳套20呈直圆柱筒形，端面呈圆环形，内壳套20的轴线与环形座4的轴线重合，内壳套20套在推力杆5上。内壳套20的上端与环形座4的下端表壁固定连接，内壳套20的下端转动连接在柔性机械臂组件2上，内壳套20绕其轴线相对于推力杆5转动。

见图2，内壳套20上套设有从动齿轮21，从动齿轮21的轴线与内套壳的轴线重合，从动齿轮21固定在内壳套20上。柔性机械臂组件2上固定有旋转电机，旋转电机的转轴与内壳套20的轴线平行，旋转电机的转轴上同轴固定有主动齿轮22，主动齿轮22与从动齿轮21啮合。

内壳套20的外壁上设有两个刷子组件，两个刷子组件沿内壳套20的轴线中心对称设置，刷子组件位于主动齿轮22的上端。以单个刷子组件看，刷子组件包括导向块23，导向块23固定在内壳套20的外壁上。导向块23上开设有滑槽24，滑槽24中活动式卡设有滑块25，滑块25相对滑动地设置在滑槽24中，滑块25的滑动方向沿内壳套20的径向方向。滑块25远离内壳套20的一端固定有刷板26，刷板26远离内壳套20的一侧表壁上嵌设有刷毛27。刷板26沿内壳套20的轴线看，端面呈弧形。

见图3，内壳套20的外壁上固定有第一驱动板28，第一驱动板28上开设有第一驱动槽29，第一驱动槽29中活动式卡设有第一驱动块30，第一驱动块30相对滑动地设置在第一驱动槽29中，第一驱动块30的滑动方向与内壳套20的轴线方向平行。

内壳套20上还固定有第二驱动板31，第二驱动板31上开设有第二驱动槽32，第二驱动槽32中活动式卡设有第二驱动块33，第二驱动块33相对滑动地设置在第二驱动槽32中，第二驱动块33的滑动方向沿内壳套20的径向，第二驱动块33的滑动方向同时垂直于两个滑块25的滑动方向。第一驱动块30和第二驱动块33之间设有第一连杆34，第一连杆34的两端分别转动连接在第一驱动块30和第二驱动块33上，第一连杆34两端的铰接轴平行于滑块25的滑动方向。第二驱动块33与两个滑块25之间的一根第二连杆35，第二连杆35的一端转动连接在第二驱动块33上，第二连杆35的另一端转动连接在滑块25上，第二连杆35两端的铰接轴轴线平行于内壳套20的轴线。

第一驱动块30上固定有用于使第一驱动块30移动的驱动电机（未示出），驱动电机的转轴上同轴固定有丝杆（未示出），丝杆穿设过第一驱动块30，丝杆与第一驱动块30螺纹连接，丝杆的轴线平行于内壳套20的轴线。驱动电机为直流电机，由内设电源驱动转动。

见图1和图3，柔性机械臂组件2朝向夹爪组件的一端转动连接有保护壳36，保护壳36与内壳套20固定连接，保护壳36的轴线与内壳套20的轴线重合，保护壳36套设在内壳套20上，保护壳36呈圆柱筒形，保护壳36的上下两端均为敞口，前述旋转电机从保护壳36下端的敞口伸入到保护壳36中，旋转电机、主动齿轮22和从动齿轮21均不与保护壳36接触。保护壳36的上端与环形座4固定连接，保护壳36的下端转动连接在柔性机械臂组件上，前述机械手组件3处于保护壳36的外侧。保护壳36随内壳套20的转动而转动。保护壳36上开设有两个通孔37，分别用于供对应的刷板26连同刷毛27伸出保护壳36。保护壳36的圆周外壁上固定有工业相机38，与上位机连接，工业相机38将拍摄的管道内壁上堵塞物的情况反馈给上位机。

本装置机械手组件3的动作过程是

气缸6的活塞杆伸缩，推力杆5就会沿其轴线方向移动。气缸6往上推时，推力杆5上的环块19就会抵触并推动十字连接件7向上端移动，四个夹爪板13向推力杆5的轴线方向平动靠拢，实现抓住管道内壁堵塞物的目的；又或者推力杆5向下移动，十字连接件7失去推力杆5的推力，十字连接件7在自重的作用下回落，又或者由于限位块41抵触并推动十字连接件7的上端表壁向下移动，所以四个夹爪板13向推力杆5的轴线方向分散，实现松开堵塞物的目的。

四个夹爪板13夹住堵塞物的过程中，可以通过驱动电机动作，使第一驱动块30沿推力杆5的轴线方向发生移动。第一驱动块30依次通过第一连杆34、第二驱动块33、第二驱动杆和滑块25，使刷毛27沿推力杆5的径向方向移动，从而使刷毛27能接触并对管道的内壁产生一定的压力。在其他实施例中，可以在刷毛27中设置压力传感器，用于监测刷毛27对管道内壁的压力数据，并通过局域网的方式将压力数值传递给控制器，再由控制器控制旋转电机动作。

刷毛27接触管道内壁后，旋转电机产生动作，旋转电机通过主动齿轮22和从动齿轮21带动内壳套20沿其轴线转动；由于刷子组件是设置在内壳套20上的，所以内壳套20转动又会带动刷子组件转动；由于环形座4和四个夹爪组件均是固定在内壳套20上的，所以内壳套20转动又会带动四个夹爪组件转动。注意，夹爪组件在夹住堵塞物的同时发生转动，十字连接件7相应地相对于环块19的上表壁发生转动。由此可以看出，刷子组件通过旋转破碎管道内壁的硬的堵塞物时，夹爪组件虽然也在转动，但是可以正常夹持堵塞物，两者的工作互不影响。

本实施例中柔性机械臂组件2可以但不限于是仿生柔性手臂，仿生柔性手臂靠近基座1的一端固定于基座1上，具体可以参考链接：https://www.festo.com.cn/cn/zh/e/about-festo/research-and-development/bionic-learning-network/highlights-from-2018-to-2021/bionicsoftarm-id_68209/。柔性机械臂组件2为现有技术，不再赘述。

本装置的吸渣组件包括抽气泵，设置在基座1中，抽气泵的进气端连接有软管，软管穿设在仿生柔性手臂中，仿生柔性手臂朝向机械手组件3的一端端部开设有进渣孔40，进渣孔40与软管连接并连通。抽气泵的出气端连接有一个收集盒39，收集盒39设置在基座1中，用于收集细小的残渣。

刷子组件在旋转时，会刮出细小的残渣，利用吸渣组件的抽气泵产生负压，将细小的残渣从进渣孔40吸收并存储于收集盒39中，避免了残渣掉落到管道中，出现对残渣再处理的情况。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种管道清理的机械手臂，其特征在于，包括基座、环形座、柔性机械臂组件、吸渣组件和机械手组件；

所述机械手组件相对转动地设置在柔性机械臂组件上；柔性机械臂组件上设有用于驱动机械手组件开合的驱动组件；柔性机械臂组件上设有用于使机械手组件转动的动力组件；机械手组件上设有用于刮刷管道内壁的刷子组件，刷子组件随机械手组件的转动而转动；

基座上设有抽气泵，抽气泵的进气端连接有软管；柔性机械臂组件上开设有进渣孔，进渣孔与软管连通。

2.根据权利要求1所述的一种管道清理的机械手臂，其特征在于，所述环形座呈圆环形；所述机械手组件至少设置有三个，各个机械手组件沿环形座的轴线圆周阵列设置；

每个机械手组件均包括固定块，固定块固定在环形座上；固定块上设有第一连接板和第二连接板；第一连接板和第二连接板沿环形座的径向方向并列设置；

第一连接板和第二连接板的下端分别通过轴一和轴二转动连接在固定块上；第一连接板和第二连接板的上端设有夹爪板，第一连接板和第二连接板通过轴三和轴四转动连接在夹爪板上；

轴一、轴二、轴三和轴四的轴线方向，分别与环形座对应位置处外边缘的切线平行；轴一、轴二、轴三和轴四与固定块的连接点围成的形状为平行四边形；

第一连接板上设有连杆板；连杆板的一端通过轴六转动连接在第一连接杆的中间位置；所述机械手组件还包括一个十字连接件，第一连接杆的另一端通过轴五转动连接在十字连接件上；轴五和轴六轴线方向平行于轴一的轴线方向。

3.根据权利要求2所述的一种管道清理的机械手臂，其特征在于，所述驱动组件包括推力杆；十字连接件套设在推力杆上，十字连接件与推力杆轴线重合，十字连接件能绕推力杆的轴线转动，推力杆能沿其轴线相对于十字连接件移动；十字连接件上固定有环块和限位块，限位块和环块的直径均大于十字连接件的内径；限位块和环块分别处于十字连接件的上方和下方；所述柔性机械臂组件上固定有气缸，气缸的活塞杆与推力杆的轴线重合。

4.根据权利要求3所述的一种管道清理的机械手臂，其特征在于，所述动力组件处于刷子组件的上方；所述动力组件包括旋转电机，旋转电机固定在柔性机械臂组件上；旋转电机的转轴轴线与推力杆的轴线平行，旋转电机的转轴上同轴固定有主动齿轮；环形座的下端固定有内壳套，内壳套的形状为圆柱筒形，内壳套套设在推力杆上，内壳套能绕推力杆的轴线转动，内壳套的轴线与推力杆的轴线重合；内壳套的下端转动连接在柔性机械臂组件上，内壳套绕推力杆的轴线转动。

5.根据权利要求4所述的一种管道清理的机械手臂，其特征在于，所述刷子组件设置有两个，两个刷子组件沿内壳套的轴线中心对称设置；刷子组件包括导向块，导向块上开设有滑槽，滑槽中活动式卡设有滑块，相对滑动地设置在滑槽中，滑块滑动的方向沿内壳套的径向方向；滑块远离内壳套的一端固定有刷板，刷板远离内壳套的一侧表壁上嵌设有刷毛；刷板沿内壳套的轴线看端面呈弧形；所述内壳套上设有用于驱动刷毛移动的压力调整组件。

6.根据权利要求5所述的一种管道清理的机械手臂，其特征在于，所述压力调整组件包括固定在内壳套上的第一驱动板，第一驱动板上开设有第一驱动槽，第一驱动槽中活动式卡设有第一驱动块，第一驱动块相对滑动地设置在第一驱动槽中，第一驱动块的滑动方向与内壳套的轴线方向平行；

内壳套上还固定有第二驱动板，第二驱动板上开设有第二驱动槽，第二驱动槽中活动式卡设有第二驱动块，第二驱动块相对滑动地设置在第二驱动槽中，第二驱动块的滑动方向沿内壳套的径向；第二驱动块的滑动方向同时垂直于两个滑块的滑动方向；第一驱动块和第二驱动块之间设有第一连杆，第一连杆的两端分别转动连接在第一驱动块和第二驱动块上，第一连杆两端的铰接轴平行于滑块的滑动方向；

第二驱动块与两个滑块之间的一根第二连杆，第二连杆的一端转动连接在第二驱动块上，第二连杆的另一端转动连接在滑块上，第二连杆两端的铰接轴轴线平行于内壳套的轴线。

7.根据权利要求5所述的一种管道清理的机械手臂，其特征在于，所述内壳套上套设有保护壳，保护壳呈圆筒形，保护壳的轴线与内壳套的轴线重合，保护壳与内壳套固定连接；动力组件不与保护壳接触；保护壳上设有通孔，分别用于供对应的刷板连同刷毛伸出保护壳。

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