一种机械臂装置

技术领域

本发明涉及煤矿生产领域，具体涉及一种矿井下的巡检机器人的机械臂装置。

背景技术

随着矿山智能化的发展，轨道式巡检机器人逐步应用于带式输送机的巡检中。轨道式巡检机器人可以实现从带式输送机机头到机尾的全线范围内的移动巡检，可以连续采集、存储、传输现场的图像、声音、温度、湿度等数据，并通过对现场数据的分析，判断设备是否存在故障以及故障的位置。由于井下巷道空间有限，在布置完轨道式巡检机器人后，机器人机身会遮挡部分视野，形成视野盲区，影响到检测效率，而机械臂移动灵活，操控简单，现今广泛运用于巡检机器人中，辅助机器人完成巡检任务。

迄今为止，已有多种结构的机械臂，例如6自由度机械臂、3自由度机械臂、2自由度机械臂等等。其中，2自由度机械臂具有升降与伸缩自由度，工作空间为一个平面，无法满足煤矿巡检要求；3自由度机械臂分别具有升降、摆动、某段执行器旋转，如轮式移动平台平面机械臂，结构较简单，但是不够灵活，对应用于煤矿巡检环境中，稍显不足；6自由度机械臂作业灵活、工作范围大，但是成本高且控制复杂，也不适用于煤矿中带式输送机的巡检中。因此，缺乏一种适合在煤矿中使用的、既灵活又低成本的机械臂。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于井下带式输送机的轨道式巡检机器人专用机械臂。

本发明提供一种机械臂装置，包括伸缩组件和执行器，其中伸缩组件包括下套管、钢丝绳导轮和钢丝绳，下套管设置于上套管内部，下套管可自由伸缩；钢丝绳导轮位于钢丝绳导轮基座上，钢丝绳缠绕在钢丝绳导轮上；执行器包括爪手和执行器机架，爪手通过执行器机架连接下套管。

进一步的，下套管和上套管实现相对伸缩移动。

进一步的，下套管为中空的管道。

进一步的，还包括一位于机械臂机架上的伸缩电机。伸缩电机与钢丝绳导轮连接，控制钢丝绳导轮的转动。

进一步的，执行器还包括可转动的转台结构，位于执行器机架和下套管之间。

进一步的，爪手为电动机械爪手。

进一步的，还包括一直角勾，位于靠近爪手的一侧。

综上所述，本发明在传统轨道式巡检机器人3自由度机械臂的基础上，加入伸缩组件与执行器的转台结构，增加了机械臂的伸缩自由度与机械臂爪手的转动自由度，增强了机械臂的灵活度，扩大了工作空间，同时结构简单，便于维修，适用于煤矿井下的复杂工作场景中。

附图说明

图1显示了本发明中机械臂装置的结构示意图。

图2显示了本发明中机械臂装置的缩回状态示意图。

图3显示了本发明中机械臂装置的伸长状态示意图。

图4显示了本发明中机械臂装置的爪手打开的状态示意图。

图5显示了本发明中机械臂装置的爪手关闭的状态示意图。

图6显示了本发明中机械臂装置的闲置触发机构的结构示意图一。

图7显示了本发明中机械臂装置的闲置触发机构的结构示意图二。

元件标号说明

100–机械臂装置

01-转动组件

011-转动电机

012-机械臂基座

013-上套管

014-钢丝绳导轮基座

02-伸缩组件

021-下套管

022-钢丝绳

023-钢丝绳导轮

024-伸缩电机

025-转动机架

03-执行器

031-爪手

032–执行器机架

033–转台结构

04–闲置机构

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图7。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1显示了本发明中机械臂装置的结构示意图。图2显示了本发明中机械臂装置的缩回状态示意图。图3显示了本发明中机械臂装置的伸长状态示意图。图4显示了本发明中机械臂装置的爪手打开的状态示意图。图5显示了本发明中机械臂装置的爪手关闭的状态示意图。图6显示了本发明中机械臂装置的闲置触发机构的结构示意图一。图7显示了本发明中机械臂装置的闲置触发机构的结构示意图二。

如图1所示，机械臂装置100包括转动组件01、伸缩组件02和执行器03。其中,转动组件01包括转动电机011，安装于机械臂基座012上；上套管013位于机械臂基座012下方，并与转动电机011连接；钢丝绳导轮基座014可自由转动，与转动电机011的输出轴固定连接。转动电机011转动时，带动上套管013同步摆动，实现了机械臂装置100的转动功能，为机械臂装置100提供转动自由度。

如图1所示，伸缩组件02包括下套管021、钢丝绳022、钢丝绳导轮023和伸缩电机024。其中，钢丝绳022缠绕在所述钢丝绳导轮023上，钢丝绳导轮023安装于钢丝绳导轮基座014上，并与伸缩电机024连接；伸缩电机024位于转动机架025上，用于驱动钢丝绳导轮023转动，从而收缩或伸长钢丝绳022；下套管021为中空的管道，下套管021设置于上套管013内部，与上套管031实现相对伸缩移动。钢丝绳022被伸长或缩短时，下套管021也会随之伸出或缩回。机械臂装置100需要缩回操作时，如图2所示，伸缩电机024带动钢丝绳导轮023转动，使得钢丝绳导轮023上的钢丝绳022收缩，带动下套管021向上运动，向上套盒013的方向缩回；机械臂装置100需要伸出时，如图3所示，伸缩电机024带动钢丝绳导轮023反向转动，使得钢丝绳被伸长，因为钢丝绳023具有一定的刚度，可以承受将下套管021推回的拉力，下套管021因向下运动而被伸出，从而实现机械臂装置100的伸缩运动。

进一步的，上述实施例中的上套管013和下套管021形成双套管结构。上套管013和下套管021的长度可以自行设定，例如，若巡检机器人安装轨道与带式输送机输送带的距离较长，可以增加套管的长度，并且可以使用双套管、三套管等多节套管结构，以此满足实际监测距离的要求。

如图4和图5所示，执行器03包括爪手031和执行器机架032，下套管021的前端依次连接执行器032和爪手031，执行器机架032控制爪手031的打开和收缩。当机械臂装置100需要抓取物体时，在伸缩电机024的驱动下，钢丝绳022被伸长或缩短，下套管021被伸长或缩短，使执行器机架032接近物体，到达指定位置后，执行器机架032控制打开爪手031，再收缩爪手031从而抓取物体。

在另一实施例中，执行器03还包括可转动的转台结构033，位于执行器机架032和下套管021之间，从而实现了爪手031的转动功能，为机械臂装置100提供了执行器03的转动自由度。

在又一实施例中，执行器03为驱控一体设计，实现即插即用。并且，可以通过有线或无线方式连接机架032，从而实现对爪手031的遥控控制。爪手031为电动机械爪手，力控精准，不会对夹持的物体造成损耗。同时，井下矿石较多，机械臂爪手在使用时容易造成磨损损坏，执行器03可拆卸地连接下套管021，即插即用，方便更换与维修。

本申请还包括一种闲置机构04，如图6所示。当机械臂闲置时，将执行器03放入闲置机构04中，以来存放机械臂。闲置机构04用于对处于闲置状态的机械臂装置100进行保护，有助于降低机械臂装置100的故障率。

在一优选实施例中，闲置机构04为一直角勾，如图7所示。巡检机器人收到闲置指令后，下套管021向上运动，向上套盒013的方向缩回，使得机械臂装置100为最短状态；再控制下套管021向下运动，根据转动机构01与直角勾之间的距离H计算下套管021向下运动的距离，使得执行器03刚好位于直角勾处，执行器03从直角勾的缺口进入，并被直角勾扣住，以此固定执行器03。

综上所述，本发明在传统轨道式巡检机器人机械臂3自由度的基础上，结合矿井需求，增加了伸缩组件和执行器的转台结构，实现了机械臂伸缩自由度与执行器转动自由度，形成一款具有3+2自由度的机械臂。伸缩组件结构简单，有助于扩大执行器的工作范围，使得机械臂装置更加灵活；执行器可拆卸地连接机械臂装置，方便维护，并且增加了执行器的转动功能，实现了执行器的转动自由度，使得执行器更加灵活。本申请的伸缩组件和执行器扩大了工作空间与应用场合，满足了更多的巡检需求。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。