CN117601167A - 智能机器人开合模装备及其专用连接件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能机器人开合模装备及其专用连接件。智能机器人开合模装备包括与智能机器人的机械手连接的框架，框架上安装有视觉定位系统和伺服电机，电机的出力轴经由联轴器与可伸缩弹性旋转件一端连接，可伸缩弹性旋转件另一端弹性安装有卡具，可伸缩弹性旋转件借由联轴器在伺服电机的驱动下带动卡具一同旋转，其中，卡具上设有卡槽，卡槽用于卡住管片模具上的专用连接件并带动旋转，以对专用连接件完成旋松或旋紧动作。本发明解决了盾构管片生产线的拆模、合模工位人工方式旋拧螺栓的操作带来的工作效率低、安全性低的问题。

Description

智能机器人开合模装备及其专用连接件

技术领域

本发明涉及一种用于盾构管片生产线的智能机器人开合模装备，以及配合智能机器人开合模装备使用的专用连接件，属于盾构管片生产技术领域。

背景技术

盾构管片是盾构施工的主要装配构件，需要大规模生产。目前，国内外出现的盾构管片生产线各式各样，主要包括清模线、浇筑线和养护线等，各作业线上按照工艺流程设置若干工位，管片模具在各工位之间按照流程移动，从而完成盾构管片的循环生产。从实际运行来看，已有的盾构管片生产线一次循环可大规模产出几十个甚至近百个成品管片，但生产线的一些工位仍存在自动化程度不高的问题。比如，生产过程使用的管片模具通常包括底模、端模、侧模和封盖。在拆模工位，工人需要手动拧松螺栓完成侧模、端模的拆卸，在合模工位，工人又需要手动拧紧螺栓完成侧模、端模的安装，可见，这种人工操作方式速度慢、工作效率低，且存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能机器人开合模装备及专用连接件，其解决了盾构管片生产线的拆模、合模工位人工方式旋拧螺栓的操作带来的工作效率低、安全性低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种智能机器人开合模装备，包括与智能机器人的机械手连接的框架，所述框架上安装有视觉定位系统和伺服电机，所述伺服电机的出力轴经由联轴器与可伸缩弹性旋转件一端连接，所述可伸缩弹性旋转件另一端弹性安装有卡具，所述可伸缩弹性旋转件借由联轴器在伺服电机的驱动下带动所述卡具一同旋转，其中，所述卡具上设有卡槽，所述卡槽用于卡住管片模具上的所述专用连接件并带动旋转，以对所述专用连接件完成旋松或旋紧动作。

一种专用连接件，用于所述的智能机器人开合模装备，包括螺杆和端头，所述螺杆与所述端头之间连接有联结头，所述联结头沿自身径向方向凸设有卡销，所述卡销用于卡在所述卡具的所述卡槽内来实现所述专用连接件被所述卡具带动旋转。

本发明的优点是：

本发明智能机器人开合模装备提高了盾构管片生产线的自动化程度，在拆模工位可自动旋松专用连接件完成侧模、端模的拆卸，在合模工位可自动旋紧专用连接件完成侧模、端模的安装，工作效率大大提高，辅助提升了盾构管片生产线的管片产量，且有效提高了工人的人身安全，降低工伤。

附图说明

图1是本发明智能机器人开合模装备的结构示意图。

图2是图1中的卡具和可伸缩弹性旋转件的结构放大示意图。

图3是图1的左视示意图(未示出专用连接件)。

图4是本发明专用连接件的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明智能机器人开合模装备包括与智能机器人(图中未示出)的机械手连接的框架10，框架10上安装有视觉定位系统80和伺服电机30，伺服电机30的出力轴经由联轴器40与可伸缩弹性旋转件50一端连接，可伸缩弹性旋转件50另一端弹性安装有卡具60，可伸缩弹性旋转件50借由联轴器40在伺服电机30的驱动下带动卡具60一同旋转，其中，卡具60上设有卡槽62，卡槽62用于卡住管片模具上紧螺接或松螺接的专用连接件90的卡销921并带动旋转，以对专用连接件90完成旋松或旋紧动作，起到一个类似工人手动操作的“扳手”作用。

如图2，可伸缩弹性旋转件50包括内旋轴51，内旋轴51的一端与联轴器40连接，一外旋套筒52的一端套接于内旋轴51的另一端，外旋套筒52的另一端安装卡具60，其中，在外旋套筒52内，内旋轴51与卡具60之间连接一内弹簧53，即，外旋套筒52与卡具60一起弹性地与内旋轴51连接，以使卡具60总是弹性地与专用连接件90保持紧接触，外旋套筒52与内旋轴51以花键方式连接，外旋套筒52跟随内旋轴51旋转的同时，在内弹簧53的作用下带动卡具60相对于内旋轴51能够做伸缩动作。

对于外旋套筒52与内旋轴51的花键连接，具体来说，外旋套筒52的内壁设有花键槽，内旋轴51的外壁设有相适配的花键槽，这样内旋轴51转动便会带动外旋套筒52一起转动，并且，花键槽的设计使得外旋套筒52只能沿内旋轴51轴向方向移动，内旋轴51还起到了一个导向的作用。

进一步来说，外旋套筒52与内旋轴51之间设有防止外旋套筒52脱离内旋轴51的限位机构。

如图2，限位机构包括安装于内旋轴51上的限位销54，限位销54从外旋套筒52上沿外旋套筒52长度方向设置的限位孔520伸出，限位孔520限制了限位销54的移动范围，从而限定了外旋套筒52相对于内旋轴51的移动范围，继而起到防止外旋套筒52脱离内旋轴51的目的。

当然，限位机构还可以设计为其它形式，不受局限。例如，外旋套筒52内壁上设有凸沿，相对地，内旋轴51外壁上设有凸沿，于是两者的凸沿互相限制，以使外旋套筒52不会发生脱离内旋轴51的现象。

如图2，卡具60包括用于专用连接件90的一部分伸入的容置筒61，容置筒61的端口沿圆周方向凹设有卡槽62，卡槽62沿与容置筒61轴向方向倾斜设置且呈勾状，用于专用连接件90伸入容置筒61后专用连接件90上的卡销921卡在卡槽62内不脱离而实现卡具60带动专用连接件90旋转。

进一步来说，卡具60上设有至少两个卡槽62，各卡槽62的开口沿圆周方向的朝向一致，即顺时针或逆时针设置，其中，本发明智能机器人开合模装备用于盾构管片生产线的拆模工位时与本发明智能机器人开合模装备用于合模工位时相比，两者卡具60上各卡槽62的开口朝向相反，且本发明智能机器人开合模装备用于盾构管片生产线的拆模工位时卡具60旋转方向与本发明智能机器人开合模装备用于合模工位时卡具60旋转方向相反。卡具60的卡槽62的数量和位置与专用连接件90上的卡销921的数量和位置相适配。

另外，如图1，伺服电机30、联轴器40、可伸缩弹性旋转件50和卡具60横向设置，故在框架10上设有支撑架41，可伸缩弹性旋转件50的内旋轴51可转动地被支撑。

在实际设计中，如图1，框架10由立柱和横梁焊接而成，框架10的上方分离地设有一基板20，基板20通过调节弹簧70与框架10连接，基板20与机械手挂接固定。在实际设计中，基板20上设有固定孔21，基板20通过固定螺栓(图中未示出)与机械手挂接连接。调节弹簧70的设计目的在于，将本发明智能机器人开合模装备与智能机器人机械手的刚性连接变成弹性连接，从而使本发明智能机器人开合模装备处于柔性状态，以对专用连接件90进行旋松或旋紧动作的过程中避免在扭转专用连接件90时造成刚性损坏。

进一步来说，框架10上设有调节横板12，调节横板12上沿横向方向设有多个定位孔120，调节弹簧70的一端通过卡扣71定位在调节横板12上的相应一定位孔120位置，调节弹簧70的另一端与基板20上的固定卡72固定连接。在实际应用时，根据需要，选择合适位置的定位孔120固定调节弹簧70的一端，以对调节弹簧70的弹性强度进行调节，满足柔性调节强度要求。如图3，框架10两侧对称连接有调节弹簧70来保持平衡，每侧倾斜拉伸地设有两个调节弹簧70为宜。

如图1，框架10上还安装有定位卡板11，定位卡板11伸出框架10的长度大于卡具60伸出框架10的长度，定位卡板11用于卡在管片模具的空隙内，以使卡具60在旋拧专用连接件90时，专用连接件90所在管片模具的模块不跟随旋转。如图1，卡具60的上、下面可各设有一定位卡板11。

在本发明中，视觉定位系统80、伺服电机30和智能机器人与控制系统连接，受控制系统控制，其中，视觉定位系统80用于寻找定位专用连接件90所在管片模具上的位置，智能机器人用于操控移动框架10，从而在视觉定位系统80和智能机器人互相配合下，卡具60可实现自动对准专用连接件90，进而进行旋松或旋紧动作。另外，伺服电机30为常规带有编码器的伺服电机，即，能够计量旋转圈数，从而控制专用连接件90真正旋松到位或旋紧到位。

视觉定位系统80、智能机器人均采用本领域的熟知设备，例如，智能机器人可选用库卡机器人。控制系统为本领域的熟知技术，主要包括电子控制器，在此不加以详述。

本发明还提出了一种专用连接件90，用于上述本发明智能机器人开合模装备，如图4，专用连接件90包括螺杆91和端头93，螺杆91与端头93之间连接有联结头92，联结头92沿自身径向方向凸设有卡销921，卡销921用于卡在卡具60的卡槽62内来实现专用连接件90被卡具60带动旋转。使用时，专用连接件90的端头93和联结头92的一部分伸入卡具60的容置筒61内，卡销921卡在卡槽62内，从而卡在卡具60的卡槽62内的卡销921被带动旋转，即整个专用连接件90被卡具60带动旋转。

在实际设计中，联结头92呈圆柱状，联结头92的直径通常大于端头93和螺杆91，并且联结头92沿自身径向方向至少设有两个细柱状的卡销921。

在实际使用中，专用连接件90可用做紧固螺栓、开合螺栓等，即，专用连接件90的螺杆91和端头93的长短、粗细和形状可根据实际使用功能来合理设计。

在拆模工位使用时，视觉定位系统80和智能机器人互相配合，使得智能机器人通过机械手移动框架10，令卡具60准确对准待操作的专用连接件90(在管片模具上呈紧螺接状态)，然后机械手将卡具60朝向专用连接件90推进，使端头93的全部和联结头92的一部分伸入卡具60的容置筒61内，令内弹簧53呈拉伸状态(可压缩)，以便可顺利拧出专用连接件90。于是启动伺服电机30，伺服电机30带动可伸缩弹性旋转件50和卡具60一起旋转，旋转的过程中，卡销921被卡在卡槽62内，从而伺服电机30借由卡具60带动专用连接件90旋转，于是固定在管片模具上的专用连接件90被旋松。由此逐个对各专用连接件90进行操作(专用连接件90被旋松地松螺接在管片模具上)，从而完成侧模、端模的拆卸。

在合模工位使用的过程与上述拆模工位使用时基本一样，不同之处仅在于，在启动伺服电机30，伺服电机30带动可伸缩弹性旋转件50和卡具60一起旋转(与开模工位相比，旋转方向相反)的过程中，卡销921被卡在卡槽62内，伺服电机30借由卡具60带动专用连接件90旋转，因本发明智能机器人开合模装备用于拆模工位时卡具60上各卡槽62的开口朝向与用于合模工位时卡具60上各卡槽62的开口朝向相反，故专用连接件90被旋紧而非旋松，旋紧的专用连接件90被紧螺接在管片模具上。由此逐个对松螺接在管片模具上的各专用连接件90进行操作，从而完成侧模、端模的安装。其中，在机械手将卡具60朝向专用连接件90推进，使端头93和联结头92的一部分伸入卡具60的容置筒61内时，令内弹簧53呈压缩状态，以便可顺利拧紧专用连接件90。

本行业使用的常规管片模具通常包括底模、端模、侧模和封盖，端模、侧模采用螺栓方式可拆卸地固定，封盖通过人工方式安装与拆卸。

本发明智能机器人开合模装备提高了盾构管片生产线的自动化程度，在拆模工位可自动旋松专用连接件完成侧模、端模的拆卸，在合模工位可自动旋紧专用连接件完成侧模、端模的安装，工作效率大大提高，辅助提升了盾构管片生产线的管片产量，且有效提高了工人的人身安全，降低工伤。

以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能机器人开合模装备，其特征在于，包括与智能机器人的机械手连接的框架，所述框架上安装有视觉定位系统和伺服电机，所述伺服电机的出力轴经由联轴器与可伸缩弹性旋转件一端连接，所述可伸缩弹性旋转件另一端弹性安装有卡具，所述可伸缩弹性旋转件借由联轴器在伺服电机的驱动下带动所述卡具一同旋转，其中，所述卡具上设有卡槽，所述卡槽用于卡住管片模具上的所述专用连接件并带动旋转，以对所述专用连接件完成旋松或旋紧动作。

2.如权利要求1所述的智能机器人开合模装备，其特征在于，所述可伸缩弹性旋转件包括内旋轴，所述内旋轴的一端与所述联轴器连接，一外旋套筒的一端套接于所述内旋轴的另一端，所述外旋套筒的另一端安装所述卡具，其中，在所述外旋套筒内，所述内旋轴与所述卡具之间连接一内弹簧，所述外旋套筒与所述内旋轴以花键方式连接，所述外旋套筒跟随所述内旋轴旋转的同时，在所述内弹簧的作用下带动所述卡具相对于所述内旋轴能够做伸缩动作。

3.如权利要求2所述的智能机器人开合模装备，其特征在于，所述外旋套筒与所述内旋轴之间设有防止所述外旋套筒脱离所述内旋轴的限位机构。

4.如权利要求3所述的智能机器人开合模装备，其特征在于，所述限位机构包括安装于所述内旋轴上的限位销，所述限位销从所述外旋套筒上沿所述外旋套筒长度方向设置的限位孔伸出。

5.如权利要求1所述的智能机器人开合模装备，其特征在于，所述卡具包括用于所述专用连接件的一部分伸入的容置筒，所述容置筒的端口沿圆周方向凹设有所述卡槽，所述卡槽沿与所述容置筒轴向方向倾斜设置且呈勾状，用于所述专用连接件伸入所述容置筒后所述专用连接件上的卡销卡在所述卡槽内不脱离而实现所述卡具带动所述专用连接件旋转。

6.如权利要求5所述的智能机器人开合模装备，其特征在于，所述卡具上设有至少两个所述卡槽，各所述卡槽的开口沿圆周方向的朝向一致，其中，所述智能机器人开合模装备用于拆模工位时与所述智能机器人开合模装备用于合模工位时相比，两者所述卡具上各所述卡槽的开口朝向相反，且两者所述卡具的旋转方向相反。

7.如权利要求1所述的智能机器人开合模装备，其特征在于，所述框架由立柱和横梁焊接而成，所述框架的上方分离地设有一基板，所述基板通过调节弹簧与所述框架连接，所述基板与所述机械手挂接固定。

8.如权利要求7所述的智能机器人开合模装备，其特征在于，所述框架上设有调节横板，所述调节横板上沿横向方向设有多个定位孔，所述调节弹簧的一端通过卡扣定位在所述调节横板上的相应一所述定位孔位置，所述调节弹簧的另一端与所述基板上的固定卡固定连接。

9.如权利要求1所述的智能机器人开合模装备，其特征在于，所述框架上还安装有定位卡板，所述定位卡板伸出所述框架的长度大于所述卡具伸出所述框架的长度，所述定位卡板用于卡在管片模具的空隙内，以使所述卡具在旋拧所述专用连接件时，所述专用连接件所在管片模具的模块不跟随旋转。

10.一种专用连接件，其特征在于，包括螺杆和端头，所述螺杆与所述端头之间连接有联结头，所述联结头沿自身径向方向凸设有卡销，所述卡销用于卡在所述卡具的所述卡槽内来实现所述专用连接件被所述卡具带动旋转。