CN220051908U - 一种机器人用液压机械手臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机械臂技术领域，公开了一种机器人用液压机械手臂，包括液压臂体以及连接于所述液压臂体执行末端的换刀执行器，所述换刀执行器包括对称设置的两个刀架以及与两个所述刀架相配合的夹持器；每个所述刀架均包括能够相对移动的固定卡座和移动卡座，且刀具固定于两个固定卡座之间；所述夹持器包括夹持组件以及与所述夹持组件相连的驱动组件，且所述夹持组件用于夹持两个固定卡座，所述驱动组件用于驱动所述移动卡座相对于所述固定卡座移动卡入至盾构机刀座卡槽内。综上，基于夹持器驱使刀架完成自动收缩或展开变形，以此方便在液压臂体的运动下自动完成刀具与刀座之间的拆装。

Description

一种机器人用液压机械手臂

技术领域

本实用新型属于换刀机械臂技术领域，具体涉及一种机器人用液压机械手臂。

背景技术

盾构机施工过程中刀具磨损消耗大、更换频繁。现有技术中通常采用人工换刀，然而由于盾构机大多在大埋深、高水压等恶劣工况下施工，因此人工换刀作业难度大、效率低而且极易发生安全事故。另外，为降低人工换刀难度，不可否认的，部分施工现场会通过设置液压机械手臂来辅助换刀，但现有机械手臂主要包括臂体和夹爪两部分，其中基于夹爪实现刀具夹持，但是刀具与刀座/刀盘之间的连接螺栓等结构仍需人工执行拆装，因此并不能完全依赖于现有机械手臂完成无人化的自动换刀。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种机器人用液压机械手臂，具体通过改进机械手臂末端的换刀执行器来达到无人化全自动换刀的效果。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种机器人用液压机械手臂，包括液压臂体以及连接于所述液压臂体执行末端的换刀执行器，所述换刀执行器包括对称设置的两个刀架以及与两个所述刀架相配合的夹持器；

每个所述刀架均包括能够相对移动的固定卡座和移动卡座，且刀具固定于两个固定卡座之间；

所述夹持器包括夹持组件以及与所述夹持组件相连的驱动组件，且所述夹持组件用于夹持两个固定卡座，所述驱动组件用于驱动所述移动卡座相对于所述固定卡座移动卡入至盾构机刀座卡槽内。

优选的，所述移动卡座通过伸缩组件连接于所述固定卡座的外侧，且所述驱动组件用于驱动所述伸缩组件沿两个刀架的连线方向伸缩。

优选的，所述伸缩组件包括能够围绕中心轴相对旋转的第一转盘和第二转盘，且所述第一转盘和所述第二转盘上均设有沿周向交错分布凸齿与凹槽。

优选的，所述伸缩组件还包括连接于所述移动卡座与所述固定卡座之间的弹性伸缩杆。

优选的，所述第一转盘固定连接于所述移动卡座上，所述第二转盘转动连接于所述固定卡座上。

优选的，沿所述第二转盘的径向方向设有转动连接于所述固定卡座上的限位螺纹杆，所述第二转盘位于限位螺纹杆与第一转盘之间，且所述限位螺纹杆上旋合套设有螺纹套，所述螺纹套与所述第二转盘之间转动连接有拉杆。

优选的，所述夹持组件包括可相向或相反移动的两个夹爪，且通过移动可使两个夹爪对称夹持于两个所述螺纹套外侧。

优选的，所述夹持组件还包括基座以及转动安装于所述基座上的丝杠，所述丝杠具有螺纹旋向相反的两个螺纹部，且两个夹爪分别与两个螺纹部旋合连接。

优选的，所述螺纹套的一侧设有可与所述夹爪相抵触的延伸板。

优选的，所述驱动组件包括：与所述夹爪固定连接的安装板，以及可转动的设置于所述安装板上的驱动螺纹杆，且通过所述夹爪的移动可使驱动螺纹杆与所述限位螺纹杆螺旋啮合。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型对机械手臂末端的换刀执行器进行改进，且改进后的换刀执行器包括可收缩或者展开的刀架，由此基于液压臂体的活动可将收缩刀架及其固定的刀具插入刀座内，而后利用刀架的展开即可实现刀架与刀座之间的自动卡合，进而方便完成刀具的自动更换，无需人工操作，换刀作业安全且效率高。

(2)刀架通过可相对移动的固定卡座和移动卡座完成收缩或展开，且具体通过第一转盘与第二转盘旋转错位驱动移动卡座产生移动，结构简单稳定。

(3)设置螺旋连接于限位螺纹杆上的螺纹套，且螺纹套与可转动的第二转盘之间转动连接有拉杆，由此在限位螺纹杆旋转驱动时即可完成第一转盘与第二转盘旋转错位调整，进而实现固定卡座与移动卡座的移动驱动，基于该结构，对应设置可与限位螺纹杆螺旋啮合的驱动螺纹杆，由此保证整体换刀执行器能自动完成变形驱动。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中换刀执行器的结构示意图；

图3为本实用新型中刀架的结构爆炸图；

图4为本实用新型中第一转盘与第二转盘配合的原理图；

图5为本实用新型中夹持器的结构示意图；

图6为本实用新型中刀架卡入固定于刀座内时的结构示意图；

图中：液压臂体-100；换刀执行器-200；

刀架-1；固定卡座-11；移动卡座-12；第一转盘-13；第二转盘-14；弹性伸缩杆-15；限位螺纹杆-16；螺纹套-17；拉杆-18；延伸板-19；夹持器-2；夹爪-21；基座-22；丝杠-23；安装板-24；驱动螺纹杆-25。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型的机器人用液压机械手臂的结构示意图(图中还示出了盾构机刀座)，由图可知，该液压机械手臂具体包括液压臂体100以及连接于液压臂体100执行末端的换刀执行器200。其中：

液压臂体100为采用现有的多轴液压式臂体，以此保证整体液压机械手臂能够实现多自由度的操作；

换刀执行器200为本实施新型具改进部分，参考图2所示，该换刀执行器200包括对称设置的两个刀架1以及与两个刀架1相配合的夹持器2。

由图3可知，每个刀架1均包括能够相对移动的固定卡座11和移动卡座12，固定卡座11上转动连接有第二转盘14、移动卡座12上固定连接有第一转盘13，第一转盘13与第二转盘14相互抵触的一侧均设有沿周向交错分布凸齿与凹槽，且移动卡座12与固定卡座11还连接有用于限定移动方向的弹性伸缩杆15(该弹性伸缩杆15为现有技术，具体包括外杆、内杆与弹簧，且其伸缩方向平行于两个刀架1的连线方向)。基于此并结合图4所示的原理可知，在弹性伸缩杆15的限定下，第一转盘13与第二转盘14相互靠近的一侧能够相互抵触，且：

两者形成图4上图所示的抵触时，第一转盘13的凸齿卡入第二转盘14的凹槽内，第二转盘14的凸齿卡入第一转盘13的凹槽内，由此使得第一转盘13与第二转盘14的整体轴向长度呈现为最短状态。相应的，固定卡座11与移动卡座12之间的距离最短，即整体刀架1呈现为收缩形态。

两者形成图4下图所示的抵触时，第一转盘13的凸齿抵触第二转盘14的凸出，弹性伸缩杆15伸长，由此使得第一转盘13与第二转盘14的整体轴向长度呈现为最长状态。相应的，固定卡座11与移动卡座12之间的距离最长，即整体刀架1呈现为展开形态。

进一步结合图3可知，沿第二转盘14的径向方向设有转动连接于固定卡座11上的限位螺纹杆16，第二转盘14位于限位螺纹杆16与第一转盘13之间，且限位螺纹杆16上旋合套设有螺纹套17，螺纹套17与第二转盘14之间转动连接有拉杆18。由此可知，当限位螺纹杆16转动时，基于螺旋传动会驱使螺纹套17沿限位螺纹杆16移动，螺纹套17的移动使得拉杆18的位置以及倾斜角度发生改变，由此能驱使第二转盘14产生旋转；如当螺纹套17沿限位螺纹杆16向远离第二转盘14的方向移动时，螺纹套17通过拉杆18拉动第二转盘14，此时基于拉杆18的旋转，则会带动拉杆18与第二转盘14的连接处向限位螺纹杆16与第二转盘14的连接处靠近，以此实现第二转盘14在图3中的顺时针旋转驱动。反之，当螺纹套17沿限位螺纹杆16向靠近第二转盘14的方向移动时，即可实现第二转盘14在图3中的逆时针旋转驱动。

由图5可知，夹持器2包括夹持组件以及与夹持组件相连的驱动组件，且夹持组件用于夹持两个固定卡座11，驱动组件用于驱动移动卡座12相对于固定卡座11移动卡入至盾构机刀座卡槽内。具体的：

夹持组件包括基座22、转动安装于基座22上的丝杠23、以及旋合连接于丝杠23上的两个夹爪21。该丝杠23具有螺纹旋向相反的两个螺纹部，且两个夹爪21分别与两个螺纹部旋合连接，以此使得两个夹爪21能形成相向或相反移动；

驱动组件包括与夹爪21固定连接的安装板24，以及可转动的设置于安装板24上的驱动螺纹杆25，且通过夹爪21的移动可使驱动螺纹杆25与限位螺纹杆16螺旋啮合。

综上可知，本实用新型所提供的机器人用液压机械手臂在具体执行盾构机换刀时，其操作为：

以安装刀具(滚刀)为例

首先在滚刀的(轴向)两侧分别固定(可螺栓固定)一个刀架1，以此使得滚刀被固定于两个固定卡座11之间；

然后通过液压臂体100的调整，使得夹持器2上的两个夹爪21对准滚刀与其两侧的刀架1，通过电机驱动基座22上的丝杠23旋转，以此驱使两个夹爪21沿基座22滑动，从而使两个夹爪21对称夹持于两个螺纹套17外侧。优选的，为提高夹爪21夹持的稳定，在螺纹套17的一侧设有可与夹爪21相抵触的延伸板19，以此增大夹爪21与螺纹套17之间的夹持接触面积。

夹持后，通过液压臂体100的调整，使得夹持有滚刀的换刀执行器200与盾构机刀盘上的刀座对准，并将滚刀及其两侧的刀架1装入至刀座内，此时刀架1保持为图1所示的收缩形态；

刀架1置入刀座内后，通过电机驱动基座22上的丝杠23旋转，以此驱使两个夹爪21移动，同时带动两个驱动螺纹杆25分别与两个限位螺纹杆16形成螺旋啮合(本实用新型的图示中，驱动螺纹杆25设于两个夹爪21的内侧，因此在此过程中两个夹爪21的移动为相互远离)，在安装板24上可设置用于驱动所述驱动螺纹杆25旋转的微型马达，由此利用驱动螺纹杆25的旋转带动限位螺纹杆16旋转，进而驱使第二转盘14旋转，并使得刀架1由收缩形态变化为展开形态，且展开后使刀架1的移动卡座12卡入盾构机刀座卡槽内(如图6所示)，自动完成刀具(滚刀)安装。

上述充分描述了安装刀具的具体过程，拆卸刀具为安装刀具的反向操作，在此不做赘述。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种机器人用液压机械手臂，包括液压臂体(100)以及连接于所述液压臂体(100)执行末端的换刀执行器(200)，其特征在于：所述换刀执行器(200)包括对称设置的两个刀架(1)以及与两个所述刀架(1)相配合的夹持器(2)；

每个所述刀架(1)均包括能够相对移动的固定卡座(11)和移动卡座(12)，且刀具固定于两个固定卡座(11)之间；

所述夹持器(2)包括夹持组件以及与所述夹持组件相连的驱动组件，且所述夹持组件用于夹持两个固定卡座(11)，所述驱动组件用于驱动所述移动卡座(12)相对于所述固定卡座(11)移动卡入至盾构机刀座卡槽内。

2.根据权利要求1所述的机器人用液压机械手臂，其特征在于：所述移动卡座(12)通过伸缩组件连接于所述固定卡座(11)的外侧，且所述驱动组件用于驱动所述伸缩组件沿两个刀架(1)的连线方向伸缩。

3.根据权利要求2所述的机器人用液压机械手臂，其特征在于：所述伸缩组件包括能够围绕中心轴相对旋转的第一转盘(13)和第二转盘(14)，且所述第一转盘(13)和所述第二转盘(14)上均设有沿周向交错分布凸齿与凹槽。

4.根据权利要求3所述的机器人用液压机械手臂，其特征在于：所述伸缩组件还包括连接于所述移动卡座(12)与所述固定卡座(11)之间的弹性伸缩杆(15)。

5.根据权利要求3所述的机器人用液压机械手臂，其特征在于：所述第一转盘(13)固定连接于所述移动卡座(12)上，所述第二转盘(14)转动连接于所述固定卡座(11)上。

6.根据权利要求5所述的机器人用液压机械手臂，其特征在于：沿所述第二转盘(14)的径向方向设有转动连接于所述固定卡座(11)上的限位螺纹杆(16)，所述第二转盘(14)位于限位螺纹杆(16)与第一转盘(13)之间，且所述限位螺纹杆(16)上旋合套设有螺纹套(17)，所述螺纹套(17)与所述第二转盘(14)之间转动连接有拉杆(18)。

7.根据权利要求6所述的机器人用液压机械手臂，其特征在于：所述夹持组件包括可相向或相反移动的两个夹爪(21)，且通过移动可使两个夹爪(21)对称夹持于两个所述螺纹套(17)外侧。

8.根据权利要求7所述的机器人用液压机械手臂，其特征在于：所述夹持组件还包括基座(22)以及转动安装于所述基座(22)上的丝杠(23)，所述丝杠(23)具有螺纹旋向相反的两个螺纹部，且两个夹爪(21)分别与两个螺纹部旋合连接。

9.根据权利要求7所述的机器人用液压机械手臂，其特征在于：所述螺纹套(17)的一侧设有可与所述夹爪(21)相抵触的延伸板(19)。

10.根据权利要求7所述的机器人用液压机械手臂，其特征在于，所述驱动组件包括：

与所述夹爪(21)固定连接的安装板(24)，以及

可转动的设置于所述安装板(24)上的驱动螺纹杆(25)，且通过所述夹爪(21)的移动可使驱动螺纹杆(25)与所述限位螺纹杆(16)螺旋啮合。