一种可错位微调多自由度抓管机械手

技术领域

本发明属于煤矿井下辅助作业工程的技术领域，具体公开了一种可错位微调多自由度抓管机械手。

背景技术

关于井工式开采煤矿，巷道管道安装是煤矿生产安全运转的咽喉，是维持煤矿正常运转的关键，包括巷道的通风、排水、瓦斯抽放等。据不完全统计，国内煤矿每年巷道管道铺设长度超过20000km，传统施工过程中通常采用平板车或人工扛抬运输，人工现场打设起吊点，采用倒链辅助升降、拉移，施工难度大，作业强度高，安全隐患严重。部分煤矿开始引进抓管机，多采用履带或胶轮驱动方式，配备机械臂及机械手，基本能够实现管道抓举功能，但普遍存在机械手通用性差，自由度较少，径向无法错位微调的问题。

发明内容

本发明提供一种可错位微调多自由度抓管机械手，管径抓取范围涵盖φ108mm—φ550mm，基本满足水管、风管、瓦斯抽放管不同管道的抓取，同时该机械手具备两级回转、径向位移功能，可根据管道安装存在的错位问题进行多自由度调节，可替代传统人工拉移、吊挂管道的安装方式，提高管道铺设施工的效率，降低工人劳动强度，保障作业安全性。

上述可错位微调多自由度抓管机械手，包括手爪体、手爪体驱动件、径向平移架、径向平移驱动件、周向摆动架、周向摆动驱动件、竖向摆动架和竖向摆动驱动件；两组手爪体分别与径向平移架转动连接，且相对设置，由手爪体驱动件控制张合变幅，手爪体相对的侧面设置有不同弧度的弧段；径向平移架与周向摆动架沿管道轴向滑动连接；径向平移驱动件包括滑动杆以及滑动套设在滑动杆上的固定套，滑动杆的两端与径向平移架连接，固定套与周向摆动架连接；周向摆动架通过周向摆动驱动件与竖向摆动架连接，由周向摆动驱动件驱动周向摆动；竖向摆动架由竖向摆动驱动件驱动竖向摆动。

进一步地，上述可错位微调多自由度抓管机械手，还包括管道顶紧件；两组管道顶紧件安装在径向平移架上，沿管道轴向布置，位于手爪体的两侧。

进一步地，上述可错位微调多自由度抓管机械手，还包括固定架；竖向摆动架通过竖向摆动驱动件与固定架连接。

进一步地，手爪体驱动件为伸缩油缸，两端分别通过销轴与手爪体和径向平移架连接。

进一步地，管道顶紧件包括伸缩油缸和顶紧块，伸缩油缸的缸体固定在径向平移架上，伸缩油缸的缸体端部安装有顶紧块。

进一步地，径向平移架与周向摆动架通过沿管道轴向布置的滑轨连接；径向平移驱动件为双出杆倍增油缸，滑动杆为活塞杆，滑动套为缸套。

进一步地，周向摆动驱动件为摆动油缸，摆动筒与竖向摆动架连接，活塞杆与周向摆动架连接。

进一步地，竖向摆动驱动件为摆动油缸，摆动筒与固定架连接，活塞杆与竖向摆动架连接。

进一步地，径向平移架包括上翼板、下翼板以及连接上翼板和下翼板的左翼板和右翼板；周向摆动架包括方形端板以及设置在方形端板上的上轨道和下轨道，上轨道和下轨道分别与径向平移架的上翼板和下翼板滑动连接；两组手爪体驱动件的缸体分别与径向平移架的上翼板和下翼板连接；两组管道顶紧件的缸体分别与径向平移架的左翼板和右翼板连接；径向平移驱动件的缸套与周向摆动架的方形端板连接，两端活塞杆与径向平移架的左翼板和右翼板连接；竖向摆动架包括方形端板以及设置在方形端板左右两边缘的左翼板和右翼板；周向摆动驱动件的摆动筒与竖向摆动架的方形端板连接，活塞杆与周向摆动架的方形端板连接；竖向摆动驱动件的活塞杆与竖向摆动架的左翼板和右翼板连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

上述可错位微调多自由度抓管机械手可实现竖向翻转、周向回转、径向滑移，基本满足了管道抓取状态下错位微调的功能，可安装在任何自带动力和执行机构的设备上，配套现有技术中的三自由度机械臂，最终可实现六自由度抓管功能，基本满足煤矿井下管道安装的位姿调整需求，能替代目前人工扛抬运输管道，倒链吊挂管道的安装方式，提高了管道安装铺设的施工效率，降低了人工作业强度，保障了作业安全性。根据作业需求，完成不同工况的管道抓取作业，不仅能用于煤矿井下的管道安装，还可延伸于地面工程作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为可错位微调多自由度抓管机械手的结构示意图；

图2为径向平移架、径向平移驱动件、周向摆动架的组装图；

图3为图2的侧视图；

图4为机械手竖向回转、周向回转及径向滑动的示意图。

其中：1-手爪体；2-手爪体驱动件；3-管道顶紧件；4-径向平移架；5-径向平移驱动件；6-周向摆动架；7-周向摆动驱动件；8-竖向摆动架；9-竖向摆动驱动件；10-固定架。

具体实施方式

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。

本实施例提供一种可错位微调多自由度抓管机械手，包括手爪体1、手爪体驱动件2、管道顶紧件3、径向平移架4、径向平移驱动件5、周向摆动架6、周向摆动驱动件7、竖向摆动架8、竖向摆动驱动件9和固定架10。本实施例中，周向和径向由以管道为直径的圆确定。

两组手爪体1分别与径向平移架4转动连接，且相对设置，由手爪体驱动件2控制张合变幅，用以抓取或松开管道，手爪体1采用高强度合金钢材质，相对的侧面设置有不同弧度的弧段，适用φ108mm—φ550mm管道抓取，基本满足现有矿井多数管道的抓取需求。手爪体驱动件2为伸缩油缸，缸体耳座连接在径向平移架4上，活塞杆连接在手爪体1上，通过手爪体驱动件2的伸缩，驱动手爪体1的张合变幅。

两组管道顶紧件3安装在径向平移架4上，沿管道轴向布置，位于手爪体1的两侧，用于稳固被抓取的管道，保证管道抓取平稳、安全。管道顶紧件3包括伸缩油缸和顶紧块，伸缩油缸的缸体通过销轴固定在径向平移架4上，伸缩油缸的缸体端部安装有橡胶类材质的缓冲防滑顶紧块，待手爪体1完成管道夹取后，操控两侧管道顶紧件3的活塞杆伸出，直至顶紧目标管道，待管道稳定后，方可继续后续操作。

径向平移架4与周向摆动架6通过沿管道轴向布置的滑轨连接；径向平移驱动件5包括滑动杆以及滑动套设在滑动杆上的固定套，滑动杆的两端与径向平移架4连接，固定套与周向摆动架6连接。径向平移驱动件5为双出杆倍增油缸，滑动杆为活塞杆，滑动套为缸套，通过活塞杆伸缩动作，带动径向平移架4沿着滑轨相对于周向摆动架6完成滑移。

周向摆动架6通过周向摆动驱动件7与竖向摆动架8连接，由周向摆动驱动件7驱动周向摆动。周向摆动驱动件7为摆动油缸，摆动筒与竖向摆动架8连接，活塞杆与周向摆动架6连接，可围绕回转中心轴实现±90°翻转。

竖向摆动架8通过竖向摆动驱动件9与固定架10连接，由竖向摆动驱动件9驱动竖向摆动。竖向摆动驱动件9为摆动油缸，摆动筒与固定架10连接，活塞杆与竖向摆动架8连接，可竖向实现180°翻转。

固定架10可连接在适配套的设备或执行机构上，根据不同的工况和环境完成相应的管道抓取作业。

径向平移架4包括上翼板、下翼板以及连接上翼板和下翼板的左翼板和右翼板；周向摆动架6包括方形端板以及设置在方形端板上的上轨道和下轨道，上轨道和下轨道分别与径向平移架4的上翼板和下翼板滑动连接；两组手爪体驱动件2的缸体分别与径向平移架4的上翼板和下翼板连接；两组管道顶紧件3的缸体分别与径向平移架4的左翼板和右翼板连接；径向平移驱动件5的缸套与周向摆动架6的方形端板连接，两端活塞杆与径向平移架4的左翼板和右翼板连接；竖向摆动架8包括方形端板以及设置在方形端板左右两边缘的左翼板和右翼板；周向摆动驱动件7的摆动筒与竖向摆动架8的方形端板连接，活塞杆与周向摆动架6的方形端板连接；竖向摆动驱动件9的活塞杆与竖向摆动架8的左翼板和右翼板连接。

上述可错位微调多自由度抓管机械手可实现竖向回转、周向回转及径向滑动，基本满足了管道抓取状态下错位微调的功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。