一种基于换刀机器人的末端执行机构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于换刀机器人的末端执行机构，解决了现有技术中换刀机器人用末端执行机构换刀功能单一、换刀效率低的问题。本发明专利技术包括运动调节机构，运动调节机构上设有夹爪组件、图像采集机构、螺栓松紧机构和高压清洗机构，夹爪组件、图像采集机构、螺栓松紧机构和高压清洗机构位于运动调节机构的同一板面上。本发明专利技术设计巧妙，结构集成度高，运动灵活，可对刀具进行夹取吊装、螺栓松紧、高压清洗，同时还可以图像采集，实时监测，提高换刀效率和操作安全系数，具有较高的推广价值。

An end actuator based on tool changing robot

【技术实现步骤摘要】
一种基于换刀机器人的末端执行机构
本专利技术涉及盾构机换刀机器人
，特别是指一种基于换刀机器人的末端执行机构。
技术介绍
全断面掘进机施工过程中刀具消耗大、更换频繁，现有技术中经常是人工换刀，而人工换刀作业难度大，效率低，而且极易发生安全事故。为保证施工人员的人身安全，避免繁琐的人工换刀，提高换刀效率，节省物力和财力，用换刀机器人代替人工进行盾构机换刀成为目前的一项研究课题。但是现阶段对换刀机器人的研究较少，尤其是换刀机器人用末端执行机构，现有的末端执行机构功能单一，末端执行机构在执行动作时，只是对刀具拿取吊远，而刀具上的螺栓或螺母仍是人工拆装。且在末端执行机构在执行动作时，夹爪组件其位置不可调，运动方向固定，对不同位置的滚刀夹取不方便，此外，图像的采集范围受限，不能准确把握更换工况，换刀灵活性和换刀效率不高，且不能对刀具进行适时清洗，影响更换效率。综上，需要对换刀机器人用末端执行机构做进一步改进和合理设计，以提高其对刀具的更换效率。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中的不足，本专利技术提出一种基于换刀机器人的末端执行机构，解决了现有技术中换刀机器人用末端执行机构换刀功能单一、换刀效率低的问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于换刀机器人的末端执行机构，包括运动调节机构，运动调节机构上设有夹爪组件、图像采集机构、螺栓松紧机构和高压清洗机构，夹爪组件、图像采集机构、螺栓松紧机构和高压清洗机构位于运动调节机构的同一板面上。所述运动调节机构包括十字运动座和连接箱体，连接箱体通过第一旋转机构与十字运动座相连接，夹爪组件设置在连接箱体上，且通过滑移驱动机构与连接箱体滑动连接。所述十字运动座包括下板座、中板座和上板座，下板座通过纵向滑动机构与中板座相连接，中板座通过横向滑移机构与上板座相连接。所述第一旋转机构包括万向节和两个旋转油缸，两个旋转油缸位于万向节的外周侧；两个旋转油缸的伸缩方向垂直，旋转油缸的一端与上板座铰接、另一端与连接箱体铰接。所述夹爪组件包括固定爪和移动爪，移动爪与固定爪铰接且通过夹紧油缸实现开合，固定爪的顶部与滑移驱动机构连接。所述滑移驱动机构包括导轨，导轨固定在连接箱体内，导轨上滑动设有滑块，滑块与固定爪固定连接，滑块上铰接有移动油缸，移动油缸推动滑块沿导轨移动。所述固定爪和移动爪均为具有弧度的U形夹爪，移动爪通过销轴与固定爪连接；固定爪的夹持端与移动爪的夹持端呈抱合状态，且固定爪夹持端的内壁与移动爪夹持端的内壁上均设有卡紧槽。所述图像采集机构包括摄像机和多自由度调节平台，多自由度调节平台位于连接箱体内且向上伸出连接箱体；摄像机通过第二旋转机构设置在多自由度调节平台的上部，所述多自由度调节平台包括定平台和动平台，定平台和动平台之间设有摆动升降机构，摆动升降机构带动动平台摆动和升降。所述摆动升降机构包括伸缩件和中心柱，中心柱固定垂直设置在动平台的下部，且位于动平台的中心位置，所述定平台上固定设有轴套，中心柱的下部位于轴套内；伸缩件的两端分别与定平台和动平台铰接，且伸缩件位于中心柱的四周。所述第二旋转机构包括齿轮盘和小电机，齿轮盘转动设置在定平台上，小电机固定设置在定平台上，小电机带动齿轮盘转动，摄像机安装在齿轮盘上。所述螺栓松紧机构包括扭矩驱动件、扭矩扳手和柔性末端机构，扭矩驱动件通过连杆机构与扭矩扳手相连接，扭矩驱动件、连杆机构和扭矩扳手位于连接箱体内，柔性末端机构伸出连接箱体，扭矩扳手的一端与柔性末端机构连接，扭矩驱动件通过连杆机构和扭矩扳手带动柔性末端机构转动。所述所述柔性末端机构包括外套筒、中间套筒和中心套筒，中间套筒套设在外套筒内部且通过第一螺栓与外套筒相连接，中心套筒套设在中间套筒内部且通过第二螺栓与中间套筒连接，中心套筒上设有螺母形卡槽。所述外套筒、中间套筒和中心套筒同轴线设置，外套筒和中间套筒及中间套筒和中心套筒均设有径向弹簧；所述外套筒的顶部设有减速机，减速机的输出轴与外套筒固定连接，减速机的输入轴与扭矩扳手固定连接。所述连杆机构包括一个连接板和两个连接杆，连接板与扭矩驱动件固定连接，连接杆的一端与连接板铰接、另一端设有十字连接座；连接杆通过十字连接座与扭矩扳手固定连接，十字连接座的外端部设有预定位推杆，预定位推杆与设置在连接箱体内的凸块相对应。所述高压清洗机构包括喷嘴接头和接口管道，喷嘴接头套设在接口管道内且向上穿过连接箱体，喷嘴接头的上部设有高压喷嘴，接口管道固定在连接箱体内部且与外部水源相连接。所述喷嘴接头的两侧设有滚轮支架，滚轮支架与连接箱体固定连接，滚轮支架上设有滚轮，滚轮的轮轴与固定在连接箱体上的喷嘴电机相连接，滚轮与喷嘴接头摩擦接触且滚轮转动能带动喷嘴接头上下移动。本专利技术运动调节机构通过十字运动座带动夹爪组件进行横向和纵向移动，实现其位置的首次调节，在滑移驱动机构的作用下夹爪组件进行滑移平动，实现其位置的二次调节，在十字运动座、旋转机构和滑移驱动机构作用下，带动夹爪平移、转动，对夹爪的位置和角度进行调节，以适应不同位置刀具的拆装更换。螺栓松紧机构的柔性末端机构采用同轴线设置的三套筒件，相邻两个套筒之间有弹簧相连，可保证静止状态下两个套筒的同轴度，实现快速定位和对螺栓或螺母的快速卡接配合，实现安全高效作业，提高工作效率。图像采集机构采用多自由度调节平台和旋转机构配合使用，多自由度调节平台能带动摄像机摆动和升降；旋转机构带动摄像机进行周向转动；实现摄像机自身位置和角度的调节，便于快速对焦，叠加换刀机器人末端执行机构的运动，满足多自由度调节摄像位置，增大图像采集的范围。高压清洗机构的喷嘴电机带动滚轮转动，与喷嘴接头产生摩擦带动喷嘴接头上下移动，从而实现喷嘴接头在接口管道中的上下移动，以适应于不同位置的刀具的清洗。本专利技术设计巧妙，结构集成度高，运动灵活，可对刀具进行夹取吊装、螺栓松紧、高压清洗，同时还可以图像采集，实时监测，提高换刀效率和操作安全系数，具有较高的推广价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术整体结构示意图。图2为本专利技术运动调节机构结构示意图。图3为本专利技术十字运动座结构示意图。图4为本专利技术夹爪组件结构示意图。图5为本专利技术图像采集机构结构示意图。图6为本专利技术多自由度调节平台结构示意图。图7为本专利技术螺栓松紧机构结构示意图。图8为本专利技术柔性末端机构内部结构示意图。图9为本专利技术连接箱体剖视示意图。图10为本专利技术高压清洗机构结构示意图。图11为本专利技术高压清洗机构剖视示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于换刀机器人的末端执行机构，其特征在于：包括运动调节机构（5），运动调节机构（5）上设有夹爪组件（1）、图像采集机构（2）、螺栓松紧机构（4）和高压清洗机构（3），夹爪组件（1）、图像采集机构（2）、螺栓松紧机构（4）和高压清洗机构（3）位于运动调节机构（5）的同一板面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于换刀机器人的末端执行机构，其特征在于：包括运动调节机构（5），运动调节机构（5）上设有夹爪组件（1）、图像采集机构（2）、螺栓松紧机构（4）和高压清洗机构（3），夹爪组件（1）、图像采集机构（2）、螺栓松紧机构（4）和高压清洗机构（3）位于运动调节机构（5）的同一板面上。


2.根据权利要求1所述的基于换刀机器人的末端执行机构，其特征在于：所述运动调节机构（5）包括十字运动座（501）和连接箱体（502），连接箱体（502）通过第一旋转机构（503）与十字运动座（501）相连接，夹爪组件（1）设置在连接箱体（502）上，且通过滑移驱动机构与连接箱体（502）滑动连接。


3.根据权利要求2所述的基于换刀机器人的末端执行机构，其特征在于：所述十字运动座（501）包括下板座（501-1）、中板座（501-2）和上板座（501-3），下板座（501-1）通过纵向滑动机构与中板座（501-2）相连接，中板座（501-2）通过横向滑移机构与上板座（501-3）相连接。


4.根据权利要求2所述的基于换刀机器人的末端执行机构，其特征在于：所述第一旋转机构（503）包括万向节（3-1）和两个旋转油缸（3-2），两个旋转油缸（3-2）位于万向节（3-1）的外周侧；两个旋转油缸（3-2）的伸缩方向垂直，旋转油缸（3-2）的一端与上板座（501-3）铰接、另一端与连接箱体（502）铰接。


5.根据权利要求1或2所述的基于换刀机器人的末端执行机构，其特征在于：所述夹爪组件（1）包括固定爪（101）和移动爪（102），移动爪（102）与固定爪（101）铰接且通过夹紧油缸（108）实现开合，固定爪（101）的顶部与滑移驱动机构连接。


6.根据权利要求5所述的基于换刀机器人的末端执行机构，其特征在于：所述滑移驱动机构包括导轨（105），导轨（105）固定在连接箱体（502）内，导轨（105）上滑动设有滑块（103），滑块（103）与固定爪（101）固定连接，滑块（103）上铰接有移动油缸（106），移动油缸（106）推动滑块（103）沿导轨（105）移动。


7.根据权利要求6所述的基于换刀机器人的末端执行机构，其特征在于：所述固定爪（101）和移动爪（102）均为具有弧度的U形夹爪，移动爪（102）通过销轴（104）与固定爪（102）连接；固定爪（101）的夹持端与移动爪（102）的夹持端呈抱合状态，且固定爪（101）夹持端的内壁与移动爪（102）夹持端的内壁上均设有卡紧槽（109）。


8.根据权利要求2或7所述的基于换刀机器人的末端执行机构，其特征在于：所述图像采集机构（2）包括摄像机（201）和多自由度调节平台（202），多自由度调节平台（202）位于连接箱体（502）内且向上伸出连接箱体（502）；摄像机（201）通过第二旋转机构（203）设置在多自由度调节平台（202）的上部，所述多自由度调节平台（202）包括定平台（2-1）和动平台（2-2），定平台（2-1）和动平台（2-2）之间设有摆动升降机构，摆动升降机构带动动平台（2-2）摆动和升降。


9.根据权利要求8所述的基于换刀机器人的末端执行机构，其特征在于：所述摆动升降机构包括伸缩件（2-3）和中心柱（2-4），中心柱（2-4）固定垂直设置在动平台（2-2）的下部，且位于动平台（2-2）的中心位置，所述定平台（2-1）上固定设有轴套（2-5），中心柱（2-4）的下部位于轴套（2-5）内；伸缩件（2-3）的两端分别与定平台（2-1）和动平台（2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾连辉，谭顺辉，姜礼杰，郑永光，杨航，彭飞虎，文勇亮，钱豪，徐姣姣，欧阳凯，陈敬举，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41