CN212454473U - 一种拱架安装机器人及拱架安装车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种拱架安装机器人，包括机器人抓手总成、机器人臂组及动力元件，机器人臂组包括至少一组臂单件，臂单件包括依次设置的机器人平衡臂、机器人摆臂、机器人俯仰臂及机器人伸缩臂，机器人抓手总成设置在机器人伸缩臂上，用于对拱架进行抓取和松开；动力元件包括至少一组动力单件。应用本实用新型的拱架安装机器人，整体结构紧凑精简；拱架安装机器人集自动找平、机器人的横向摆动作业、机器人的纵向俯仰摆动作业及机器人臂组长度伸缩可调于一体，既能适用于多种工况，又能大大提高工作效率。本实用新型还公开一种拱架安装车，便于将拱架安装机器人移动至相应的施工位置，大大提高施工效率。

Description

一种拱架安装机器人及拱架安装车

技术领域

本实用新型涉及隧道施工技术领域，尤其是涉及拱架安装技术领域，特别涉及一种拱架安装机器人及拱架安装车。

背景技术

拱架指土木工程中用来起支撑作用的弧形支架，目前广泛应用于隧道施工领域。

目前，拱架安装方式主要有三种：

第一种、人工借用脚手架直接搬运搭接，人工劳动强度要求非常大，效率极低，已基本淘汰。

第二种、利用起重机、提升机加装简单吊装功能的装置进行安装，仅只是借取设备辅助吊装作用，拱架的对齐等操作均需人工搬运，劳动强度大且精准度低。

第三种、拱架专用的安装设备，结构比较粗犷，要求人工干预较多，拱架安装具有局限性，使用性能较低。

因此，设计一种结构紧凑精简、能实现拱架的高精准度安装以及人工干预少的拱架安装设备具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型提供一种拱架安装机器人，具体方案是：

一种拱架安装机器人，包括机器人抓手总成、机器人臂组以及动力元件；

所述机器人抓手总成的数量为至少一组；

所述机器人臂组包括与机器人抓手总成一一对应设置的至少一组臂单件，所述臂单件包括依次设置的机器人平衡臂、机器人摆臂、机器人俯仰臂以及机器人伸缩臂，机器人抓手总成设置在所述机器人伸缩臂上，用于对拱架进行抓取和松开；

所述动力元件包括与所述臂单件一一对应设置的至少一组动力单件，所述动力单件包括第一动力件、第二动力件、第三动力件以及第四动力件，所述第一动力件与机器人平衡臂对应设置，用于实现臂单件的自动找平；所述第四动力件与机器人摆臂对应设置，实现机器人的横向摆动作业；所述第二动力件与机器人俯仰臂对应设置，实现机器人的纵向俯仰摆动作业；所述第三动力件与机器人伸缩臂对应设置，调节机器人臂组中臂单件的整体长度，以控制机器人抓手总长的纵向位置。

以上技术方案中优选的，所述机器人抓手总成包括抓手掌体、抓指组和抓手底座；所述抓手底座设置在所述机器人伸缩臂上；所述抓手掌体可摆动式设置在所述抓手底座上；所述抓指组包括设置在抓手掌体上的至少两个抓指，通过抓手掌体和多个抓指的组合实现拱架的抓取和松开。进一步优选的，所述抓指组包括抓手掌体、正压抓指、反压抓指、抓指连杆以及抓手动力件，所述抓手掌体设置在所述机器人伸缩臂的第二端；所述正压抓指和所述反压抓指均活动设置在所述抓手掌体上且正压抓指和反压抓指之间通过抓手连杆连接；所述抓手动力件与正压抓指或反压抓指对应设置，用于控制对拱架进行抓取和松开。正压抓指和反压抓指均包括串联设置且形成35°-155°夹角的连接段和抓取段，所述连接段铰接在抓手掌体上。

以上技术方案中优选的，所述抓手掌体铰接在所述抓手底座上；所述抓手掌体和抓手底座之间设有抓手摆动动力件，通过抓手摆动动力件动作调节抓手掌体相对于抓手底座的摆动角度。

以上技术方案中优选的，还包括控制器，所述第一动力件、第二动力件、第三动力件、第四动力件、抓手动力件和抓手摆动动力件均与阀控中心连接；所述阀控中心与控制器连接，实现机器人动作的自动化控制。

以上技术方案中优选的，所述机器人抓手总成为相互独立设置的两组；所述机器人臂组包括与机器人抓手总成一一对应设置的两组臂单件；所述动力元件包括与所述臂单件一一对应设置的两组动力单件。

以上技术方案中优选的，所述机器人抓手总成为相互独立设置的三组；所述机器人臂组包括与机器人抓手总成一一对应设置的三组臂单件；所述动力元件包括与所述臂单件一一对应设置的三组动力单件。

应用本实用新型的拱架安装机器人，效果是：

1、本实用新型的拱架安装机器人包括机器人抓手总成、机器人臂组以及动力元件，机器人臂组包括与机器人抓手总成一一对应设置的至少一组臂单件，臂单件包括串联且相互之间活动设置的机器人平衡臂、机器人摆臂、机器人俯仰臂以及机器人伸缩臂，机器人抓手总成设置在机器人伸缩臂上，用于对拱架进行抓取和松开；动力元件包括与所述臂单件一一对应设置的至少一组动力单件，动力单件包括第一动力件、第二动力件、第三动力件以及第四动力件，整体结构紧凑精简；本实用新型的拱架安装机器人集自动找平、机器人的横向摆动作业、机器人的纵向俯仰摆动作业以及机器人臂组中臂单件的整体长度伸缩可调于一体，扩大作业范围，能适用多种隧道断面的施工(即适用于多种工况)；动力单件直接控制各臂和机器人抓手总成的动作，人工干预较小，操作智能化提高，降低人工成本，且适应更恶劣的环境，大大提高工作效率；机器人抓手总成、臂单件及动力单件的数量均根据实际工况设计，适用性强。

2、本实用新型中所述机器人抓手总成包括抓手掌体、抓指组和抓手底座，采用抓手掌体可摆动式设置在抓手底座上，可根据拱架位置，调整抓指组的位置，便于拱架抓取和提高安装精度；通过抓手掌体和多个抓指的组合实现拱架的抓取和松开，抓手掌体提供拱架依托面，结合多个抓指的夹紧，利于拱架抓取后运送到相应工位，确保施工安全性。

3、本实用新型中还包括控制器，所述第一动力件、第二动力件、第三动力件、第四动力件、抓手动力件和抓手摆动动力件均与阀控中心连接，阀控中心与控制器连接，实现机器人动作的自动化控制，便于拱架的安装。

本实用新型还公开一种拱架安装车，包括支撑件以及如上所述的拱架安装机器人；所述机器人平衡臂与支撑件活动连接。

以上技术方案中优选的，所述支撑件包括汽车底盘以及臂架作业滑台，所述臂架作业滑台设置在所述汽车底盘上，所述机器人平衡臂通过拱架安装车臂架与臂架作业滑台连接。

采用本实用新型的拱架安装车，便于将拱架安装机器人移动至相应的施工位置，大大提高施工效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是实施例1中的拱架安装车的结构示意图(示意了三组机器人抓手总成及三组臂单件)；

图2是图1中拱架安装车臂架和拱架安装机器人的连接示意图；

图3是图2的局部立体结构示意图；

图4是图1中机器人抓手总成松开时的剖视图；

图5是实施例2中拱架安装车的结构示意图(示意了两组机器人抓手总成及两组臂单件)；

其中：

1、拱架安装车臂架；2、机器人平衡臂；3、第一动力件；4、工作平台；5、控制器；6、阀控中心；7、第二动力件；8、机器人摆臂；9、机器人俯仰臂；10、第三动力件；11、机器人伸缩臂；12、机器人抓手总成，12.1、抓手掌体，12.2、正压抓指， 12.3、反压抓指，12.4、抓指连杆，12.5、抓手动力件，12.6、抓手底座，12.7、抓手摆动销；13、第四动力件；14、臂架作业滑台；15、汽车底盘；16、臂架俯仰油缸。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种拱架安装车，详见图1，包括支撑件以及拱架安装机器人，所述支撑件包括汽车底盘15以及臂架作业滑台14，所述臂架作业滑台14设置在所述汽车底盘15上，所述拱架安装机器人通过拱架安装车臂架1与臂架作业滑台14连接。拱架安装车臂架 1和汽车底盘15的位置关系可以通过臂架俯仰油缸16按工况进行调整。

所述汽车底盘中的行走机构能带动整个拱架安装车进行行走。优选行走机构为行走轮组。

拱架安装机器人包括机器人抓手总成12、机器人臂组以及动力元件，详见图1- 图4。

所述机器人臂组包括三组臂单件，所述臂单件包括串联设置的机器人平衡臂2、机器人摆臂8、机器人俯仰臂9以及机器人伸缩臂11，具体是：所述机器人平衡臂2 的第一端与拱架安装车臂架1连接，所述机器人平衡臂2的第二端与机器人摆臂8的第一端活动连接，所述机器人摆臂8的第二端与机器人俯仰臂9的第一端连接，机器人俯仰臂9的第二端与机器人伸缩臂11的第一端连接，所述机器人伸缩臂11的第二端设有用于能对拱架进行抓取和松开的机器人抓手总成12。

所述动力元件包括与所述臂单件一一对应设置的三组动力单件，所述动力单件包括第一动力件3、第二动力件7、第三动力件10以及第四动力件13，所述第一动力件 3与机器人平衡臂2对应设置，用于实现臂单件的自动找平；所述第四动力件13与机器人摆臂8对应设置，实现机器人的横向摆动作业；所述第二动力件7与机器人俯仰臂9对应设置，实现机器人的纵向俯仰摆动作业；所述第三动力件10与机器人伸缩臂 11对应设置，调节臂单件的整体长度。优选的，所述第一动力件3、第二动力件7、第三动力件10以及第四动力件13均为伸缩油缸或伸缩气缸。具体是：拱架安装车臂架连接着机器人平衡臂，之间设置有自动找平油缸(即第一动力件3)，机器人平衡臂主要控制整个机器人系统水平作业的功能，主要通过自动找平油缸调节；机器人摆臂主要是实现机器人横向摆动作业，一端与机器人平衡臂相连，另一端连接机器人俯仰臂，内侧设置有俯仰油缸(即第二动力件7)，侧部设置有侧摆油缸(即第四动力件13)，摆动作业主要由侧摆油缸实现；机器人俯仰臂主要是实现机器人纵向俯仰摆动作业，主要由俯仰油缸(即第二动力件7)实现；俯仰臂内侧设置有机器人伸缩臂，机器人伸缩臂主要实现机器人抓手纵向活动，内侧设置有伸缩油缸(即第三动力件10)，伸缩油缸一端安装在机器人俯仰臂上，另一端连接在机器人伸缩臂内侧。

所述机器人抓手总成12的数量为三组，与臂单件一一对应设置。机器人抓手总成的结构详见图1和图4，包括抓手掌体12.1、正压抓指12.2、反压抓指12.3、抓指连杆12.4、抓手动力件12.5以及抓手底座12.6，所述抓手底座12.6通过法兰等方式可拆卸式设置在机器人伸缩臂11上，所述抓手掌体12.1通过抓手摆动销12.7活动设置在所述抓手底座12.6上，抓手掌体和抓手底座之间可通过抓手摆动动力件实现对抓手掌体相对于抓手底座的摆动角度进行调节；所述正压抓指12.2和所述反压抓指12.3均通过销轴可旋转式设置在所述抓手掌体12.1上且正压抓指12.2和反压抓指12.3之间通过抓手连杆12.4连接；所述抓手动力件12.5与正压抓指12.2或反压抓指12.3对应设置，用于控制对拱架进行抓取和松开；具体的，抓取时，所述抓手动力件12.5能控制调整所述抓手掌体12.1及其上部件相对于抓手底座12.6的摆动角度，使得抓手总成 12更灵活，更易抓取待抓物，拱架拼接时，通过对上述抓手动力件12.5的控制，能更好的调整抓取的拱架段的角度并保持，使得拱架拼接安装更容易。优选的，正压抓指 12.2和所述反压抓指12.3均包括串联设置的抓取段A和连接段B，详见图4，所述抓取段A和连接段B之间的夹角为α，优选35°-155°，图4中示意了135°；正压抓指和反压抓指均通过连接段铰接在抓手掌体上。优选所述抓手动力件12.5和所述抓手摆动动力件均为伸缩油缸或伸缩气缸。

本实施例中还可以设置工作平台4，工作平台4设置在机器人摆臂上方，主要便于人工手动作业、维修等。

本实施例中还可以设置控制器5和阀控中心6，所述第一动力件3、第二动力件7、第三动力件10、第四动力件13、抓手动力件12.5和抓手摆动动力件均与阀控中心6 连接，阀控中心6与控制器5连接，阀控中心和控制器的组成可参见现有技术，实现机器人动作的自动化控制。

应用本实施例的拱架安装车，具体是(公开一种优选方式)：汽车底盘带动整个拱架安装车行走至施工工位；臂架俯仰油缸16动作调节拱架安装车臂架1的位置；第一动力件3动作，带动机器人平衡臂2运动实现臂单件的自动找平；第四动力件13、第二动力件7以及第三动力件10分别动作，带动相应的机器人摆臂8、机器人俯仰臂 9及机器人伸缩臂11进行动作使得机器人抓手总成12移动至适当位置；抓手摆动动力件和抓手动力件12.5动作，带动抓手掌体相对于抓手底座进行摆动以及打开抓指组中的抓指(此时正压抓指12.2和反压抓指12.3朝向相反的方向运动而实现打开)，反压抓指12.3的抓取段A与地面(或放置拱架的其他工作台表面)贴合或呈相应角度(如 1°-5°)；通过臂单件中各动力件(抓手摆动动力件、抓手动力件12.5、第四动力件 13、第二动力件7以及第三动力件10)配合动作实现对拱架的抓取和位置调节以完成拱架的安装，抓取时无需借助起重机、提升机等其他辅助装置，提高施工效率。

实施例2：

详见图5，与实施例1不同之处在于：所述机器人抓手总成12为相互独立设置的两组；所述机器人臂组包括与机器人抓手总成一一对应设置的两组臂单件；所述动力源包括与所述臂单件一一对应设置的两组动力单件。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种拱架安装机器人，其特征在于，包括机器人抓手总成(12)、机器人臂组以及动力元件；

所述机器人抓手总成(12)的数量为至少一组；

所述机器人臂组包括与机器人抓手总成一一对应设置的至少一组臂单件，所述臂单件包括依次设置的机器人平衡臂(2)、机器人摆臂(8)、机器人俯仰臂(9)以及机器人伸缩臂(11)，机器人抓手总成(12)设置在所述机器人伸缩臂(11)上用于对拱架进行抓取和松开的；

所述动力元件包括与所述臂单件一一对应设置的至少一组动力单件，所述动力单件包括第一动力件(3)、第二动力件(7)、第三动力件(10)以及第四动力件(13)，所述第一动力件(3)与机器人平衡臂(2)对应设置，用于实现臂单件的自动找平；所述第四动力件(13)与机器人摆臂(8)对应设置，实现机器人的横向摆动作业；所述第二动力件(7)与机器人俯仰臂(9)对应设置，实现机器人的纵向俯仰摆动作业；所述第三动力件(10)与机器人伸缩臂(11)对应设置，调节机器人臂组中臂单件的整体长度，以控制机器人抓手总成的纵向位置。

2.根据权利要求1所述的拱架安装机器人，其特征在于，所述机器人抓手总成(12)包括抓手掌体(12.1)、抓指组和抓手底座(12.6)；

所述抓手底座(12.6)设置在所述机器人伸缩臂(11)上；

所述抓手掌体(12.1)活动设置在所述抓手底座(12.6)上；

所述抓指组包括设置在抓手掌体(12.1)上的至少两个抓指，通过抓手掌体和多个抓指的组合实现拱架的抓取和松开。

3.根据权利要求2所述的拱架安装机器人，其特征在于，所述抓指组包括正压抓指(12.2)、反压抓指(12.3)、抓指连杆(12.4)以及抓手动力件(12.5)，所述正压抓指(12.2)和所述反压抓指(12.3)均活动设置在所述抓手掌体(12.1)上且正压抓指(12.2)和反压抓指(12.3)之间通过抓手连杆(12.4)连接；所述抓手动力件(12.5)与正压抓指(12.2)或反压抓指(12.3)对应设置，用于控制对拱架进行抓取和松开。

4.根据权利要求3所述的拱架安装机器人，其特征在于，正压抓指(12.2)和反压抓指(12.3)均包括串联设置且形成35°-155°夹角的连接段和抓取段，所述连接段铰接在抓手掌体(12.1)上。

5.根据权利要求2所述的拱架安装机器人，其特征在于，所述抓手掌体(12.1)铰接在所述抓手底座(12.6)上；

所述抓手掌体(12.1)和抓手底座(12.6)之间设有抓手摆动动力件，通过抓手摆动动力件动作调节抓手掌体相对于抓手底座的摆动角度。

6.根据权利要求5所述的拱架安装机器人，其特征在于，还包括控制器，所述第一动力件(3)、第二动力件(7)、第三动力件(10)、第四动力件(13)、抓手动力件(12.5)和抓手摆动动力件(12.6)均与阀控中心连接；所述阀控中心与控制器连接，实现拱架安装机器人动作的自动化控制。

7.根据权利要求1所述的拱架安装机器人，其特征在于，所述机器人抓手总成(12)为相互独立设置的两组；所述机器人臂组包括与机器人抓手总成一一对应设置的两组臂单件；所述动力元件包括与所述臂单件一一对应设置的两组动力单件。

8.根据权利要求1所述的拱架安装机器人，其特征在于，所述机器人抓手总成(12)为相互独立设置的三组；所述机器人臂组包括与机器人抓手总成一一对应设置的三组臂单件；所述动力元件包括与所述臂单件一一对应设置的三组动力单件。

9.一种拱架安装车，其特征在于，包括支撑件以及如权利要求1-8任意一项所述的拱架安装机器人；

所述机器人平衡臂(2)与支撑件活动连接。

10.根据权利要求9所述的拱架安装车，其特征在于，所述支撑件包括汽车底盘(15)以及臂架作业滑台(14)，所述臂架作业滑台(14)设置在所述汽车底盘(15)上，所述机器人平衡臂(2)通过拱架安装车臂架(1)与臂架作业滑台(14)连接。

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