一种工程施工机器人用动臂结构的制作方法

1.本实用新型涉及工程施工机器人的组成设备，具体是一种工程施工机器人用的动臂结构。


背景技术：

2.近年来，各种应用于土建、垃圾处理等工程施工作业的机器人得到了大量推广，这些工程施工机器人具有结构精巧、重量轻、施工灵活、安全性好、成本低等特点，能够很好的补充传统工程车辆的施工作业局限性，甚至在一定程度上能够替代传统工程车辆。
3.机械臂是机器人完成执行动作的技术关键。目前，常见的工程施工机器人的机械臂主要有两种结构。一种是与流水线等行业机器人的机械臂基本类似的多关节复杂铰接结构，例如中国专利文献公开的“一种用于船体外表面施工的机器人”（公开号cn 111633565，公开日2020年09月08日）”等，其虽然灵活性好，但其承载力矩较差，在工程施工中只能应用于力矩偏小的轻巧施工作业，应用范围非常有限，无法用于松土、铲土、翻搅、耙拢等施工作业。另一种是与工程车辆的动臂结构基本类似的大体积结构，例如中国专利文献公开的“一种施工机器人”（公开号cn 109531536，公开日2019年03月29日）等，其虽然承载力矩较大，但其结构体积偏大、灵活性较差，不利于工程施工机器人的精巧化成型。


技术实现要素：

4.本实用新型的技术目的在于：针对上述工程施工的特殊性和现有技术的不足，提供一种结构简单、体积紧凑、施工灵活且承载力矩较大的工程施工机器人用动臂结构。
5.本实用新型的技术目的通过下述技术方案实现：一种工程施工机器人用动臂结构，所述动臂结构具有铰接于所述机器人的机械臂前端处的后动臂、铰接于所述后动臂前端处且用作连接施工器具的前动臂、以及铰接于所述后动臂和所述前动臂之间且用作驱动所述前动臂在所述后动臂前端处作上下摆动动作的伺服电动缸。该技术措施作为工程施工机器人的机械臂前部结构，用作在机械臂的带动下可靠、灵活地支配施工器具的施工动作，其相较工程车辆的动臂结构而言，在具有较大承载力矩的同时，整体结构简单、体积紧凑、动作灵活，有利于精巧型工程施工机器人的成型；其相较流水线机器人的机械臂前部结构而言，承载力矩较大，可以适用于松土、铲土、翻搅、耙拢等力矩较大的工程施工作业。
6.作为优选方案之一，所述后动臂的后端处具有用作铰接所述机械臂前端处的后侧铰座、前端处具有用作铰接所述前动臂的前侧铰座，所述后动臂的后侧铰座穿装在所述机械臂前端处的铰座内，且由连杆轴将二者铰接在一起，所述连杆轴的旋转动作能够带动所述后动臂相对于所述机械臂作左右摆动动作；该技术措施在机械臂不动作的状态下，既能够使施工作业面积在大幅宽范围内灵活调整，又能够对后动臂在机械臂前端处的结构形成灵活的可折叠调整，以应对复杂的工况环境。进一步的，所述连杆轴通过至少一组轴承组件装配在所述机械臂前端处的铰座内；该技术措施有效地将后动臂的重力及承载重力分散到机械臂的前端处，以减少作用在连杆轴上的摩擦力，提高连杆轴运行的灵活性、稳定性及服
役寿命。所述连杆轴上连接有能够驱动所述连杆轴进行旋转动作的回转电机；该技术措施使得后动臂在机械臂前端处的动作更为稳定、灵活。再进一步的，所述回转电机为伺服电机；该技术措施借助于伺服电机便于精准控制的特性，有利于对后动臂相对于机械臂前端处的左右摆动行程进行方便、精准的控制。
7.作为优选方案之一，所述后动臂的一侧设置有用作铰接伺服电动缸的支撑铰座，所述支撑铰座在所述后动臂上的位置靠后，所述后动臂通过所述支撑铰座与所述伺服电动缸的后端处相铰接。该技术措施既有利于整个动臂结构的紧凑化，亦有利于驱动前动臂在后动臂的前端处实现较大幅宽范围内的上下摆动动作灵活调整。
8.作为优选方案之一，所述前动臂的前端处具有用作连接施工器具的器具接头、中部处具有用作铰接所述后动臂前端处的连接铰座、后端处具有用作铰接所述伺服电动缸前端处的驱动铰座，所述前动臂通过所述连接铰座铰接于所述后动臂的前端处，所述前动臂的器具接头在所述后动臂的前端处向前外延、且与施工器具连接，所述前动臂的驱动铰座在所述后动臂的前端处一侧向后外延、且与所述伺服电动缸的前端处相铰接。该技术措施有利于驱动前动臂在后动臂的前端处实现较大幅宽范围内的上下摆动动作灵活调整。
9.作为优选方案之一，所述施工器具为松土器、耙子或铲斗。该技术措施通过更换对应的施工器具，能够实现在不同的工程施工作业中的应用，用途多样，通用性好。
10.本实用新型的有益技术效果是：上述技术措施作为工程施工机器人的机械臂前部结构，用作在机械臂的带动下可靠、灵活地支配施工器具的施工动作，机械臂为可旋转、可升降、可伸缩和/或可滑移等结构；上述技术措施的动臂结构相较工程车辆的动臂结构而言，在具有较大承载力矩的同时，其整体结构简单、体积紧凑、动作灵活，有利于精巧型工程施工机器人的成型；上述技术措施的动臂结构相较流水线机器人的机械臂前部结构而言，承载力矩较大，可以适用于松土、铲土、翻搅、耙拢等力矩较大的工程施工作业。
附图说明
11.图1为本实用新型的一种结构示意图。
12.图2为本实用新型的一种使用状态参考图。
13.图中代号含义：1—后动臂；11—后侧铰座；12—前侧铰座；13—连杆轴；14—回转电机；15—支撑铰座；2—前动臂；21—连接铰座；22—器具接头；23—驱动铰座；3—伺服电动缸；a—行走装置；b—旋转装置；c—滑台装置；d—机械臂；e—施工器具。
具体实施方式
14.本实用新型涉及工程施工机器人的组成设备，具体是一种工程施工机器人用的动臂结构，下面以多个实施例对本实用新型的主体技术内容进行详细说明。其中，实施例1结合说明书附图
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即图1和图2对本实用新型的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；其它实施例虽未单独绘制附图，但其主体结构仍可参照实施例1的附图。
15.在此需要特别说明的是，本实用新型的附图是示意性的，其为了清楚本实用新型的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本实用新型贡献于现有技术的技术方案。
16.实施例1
17.本实用新型为工程施工机器人用的动臂结构，其铰接装配于工程施工机器人的机械臂前端处，组成机械臂的前部结构。
18.参见图1所示，本实用新型包括后动臂1、前动臂2和伺服电动缸3。
19.具体的，后动臂1为一根长臂结构。后动臂1的后端处具有用作铰接机械臂前端处的后侧铰座11、前端处具有用作铰接下述前动臂2的前侧铰座12。相对于图中方向而言，后动臂1的后侧铰座11上的铰孔以上下方向成型，后动臂1的前侧铰座12上的铰孔以左右方向成型。此外，后动臂1的一侧设置有用作铰接伺服电动缸3的支撑铰座15，该支撑铰座15在后动臂1上的成型位置靠后（即不处在中部之前），通常处在后端起的1/4位置处。
20.前动臂2呈t型结构。前动臂2的前端处具有用作连接施工器具的器具接头22、中部处具有用作铰接上述后动臂1前端处的连接铰座21、后端处一侧具有用作铰接伺服电动缸3前端处的驱动铰座23。
21.上述结构后动臂1的后侧铰座11穿装在机械臂前端处的铰座内（机械臂前端处铰座的铰孔对应于后侧铰座11上的铰孔方向），且由连杆轴13将二者铰接在一起，即连杆轴13轴向穿装在机械臂前端处铰座的铰孔内、以及后侧铰座11的铰孔内，使后动臂1通过后侧铰座11铰接于机械臂的前端处。连杆轴13通过销键等结构与后动臂1的后侧铰座11形成相对固定连接，后动臂1与连杆轴13之间不能相对旋转、只能同步旋转，如此，连杆轴13的旋转动作能够带动后动臂1相对于机械臂作左右摆动动作。连杆轴13通过上、下两组轴承组件装配在机械臂前端处的铰座内，连杆轴13在机械臂前端处的旋转动作平稳、灵活。
22.上述结构连杆轴13的一端连接有回转电机14，该回转电机14优选伺服电机（也可以采用步进电机等代替）。回转电机14的输出轴与连杆轴13之间形成相对固定连接，回转电机14的输出轴与连杆轴13之间不能相对旋转、只能同步旋转，如此，回转电机14能够驱动连杆轴13进行旋转动作。
23.上述结构前动臂2的连接铰座21与上述结构后动臂1的前侧铰座12通过铰轴（或者配套必要轴承组件，下同）铰接在一起，即前动臂2通过连接铰座21铰接于后动臂1前端处的前侧铰座12上。前动臂2前端处的器具接头22在后动臂1的前端处向前外延，外延方向不确定，根据前动臂2相对于后动臂1前端处的旋转方位而定，外延的器具接头22用作与施工器具连接。前动臂2后端处的驱动铰座23在后动臂1的前端处一侧向后外延，驱动铰座23在后动臂1前端处的相对位置对应于后动臂1后部的支撑铰座15，即前动臂2后端处的驱动铰座23是对应于支撑铰座15而在后动臂1的前端处一侧向后外延，外延方向不确定，根据前动臂2相对于后动臂1前端处的旋转方位而定，外延的驱动铰座23通过铰轴与伺服电动缸3的传动杆前端处相铰接。
24.伺服电动缸3的后端处通过铰轴与后动臂1上的支撑铰座15相铰接，即后动臂1通过支撑铰座15与伺服电动缸3的后端处相铰接。如此，在伺服电动缸3的传动杆以支撑铰座15为支点的伸出/收缩过程中，对应的带动前动臂2在后动臂前端处平稳的产生“跷跷板效应”动作，以支配所连接的施工器具的施工动作。
25.参见图2所示，上述本实用新型在工程施工机器人上的应用是通过机器人的机械臂d实现的，即上述动臂结构铰接装配于工程施工机器人的机械臂d前端处。具体的，工程施工机器人具有行走装置a、旋转装置b、滑台装置c、机械臂d和动臂。
26.工程施工机器人的行走装置a为履带式结构。其主要由机架、行走轮、履带、行走动
力等组成。机架作为承载基体，其两侧分别排布一组行走轮，每一组行走轮主要由驱动轮、诱导轮、托带轮等组成；机架的内部用作排布行走动力（例如电机及蓄电池等）。履带为两副，分别套装在机架每一侧的对应行走轮上。行走装置a的驾驶系统可以采用已成熟的红外远程遥控驾驶技术，无需人员在车内驾驶，即以无人驾驶技术使行走装置a实现可控的行走功能。
27.工程施工机器人的旋转装置b主要由转盘组件、承载平台和旋转动力组成。转盘组件通常采用转盘轴承，其外圈/内圈与行走装置a的机架顶部形成固定连接，其内圈/外圈与承载平台的底部形成固定连接，即转盘组件的底部装配在行走装置a的机架上、顶部用作连接承载平台，从而将承载平台支撑在行走装置a的上方。承载平台作为施工作业执行平台，其面积通常与行走装置a的平面面积相仿，能够有效排布滑台装置c，在转盘组件的作用下，承载平台能够在行走装置a的机架上方实现周向旋转的位置调整。旋转动力通常优选控制方便、精准的伺服电机（也可以采用步进电机等代替），旋转动力通过紧固件等固定在行走装置a的机架内，其输出端与转盘组件实现啮合连接，旋转动力用作驱动转盘组件产生周向旋转动作。
28.工程施工机器人的滑台装置c主要由两根滑轨、多块滑台侧滑块、安装板、滑台侧丝杠和滑台侧驱动电机组成。滑台装置c的两根滑轨沿着承载平台的长度方向中心区域处，通过紧固件等固定在承载平台上，在承载平台上，两根滑轨以间距排布并保持平行，两根滑轨的外侧之间间距基本等于或略小于安装板的宽度，两根滑轨的内侧之间间距用作排布滑台侧丝杠。滑台装置c的多块滑台侧滑块对应于两根滑轨而分为两组，滑动装配在各自对应的滑轨上。滑台装置c的安装板两侧底面分别通过紧固件等与下方所对应的滑台侧滑块形成连接，如此，安装板通过多块滑台侧滑块以可滑动结构装配在下方的滑轨上。滑台装置c的滑台侧丝杠通过两组轴承组件沿着滑轨的长度方向排布在两根滑轨之间，两组轴承组件之间的滑台侧丝杠与安装板的底部形成螺纹连接，滑台侧丝杠在动作过程中，通过与安装板之间的配合结构而将周向旋转运动转换为安装板在滑轨上的直线运动。滑台装置c的滑台侧驱动电机的输出轴与滑台侧丝杠的一端相连接，滑台侧丝杠的周向旋转动作由滑台侧驱动电机控制，滑台侧驱动电机通常优选控制方便、精准的伺服电机。
29.工程施工机器人的机械臂d主要由第一竖向机械臂、第二竖向机械臂和横向机械臂组成，第一竖向机械臂和第二竖向机械臂的结构相同。第一竖向机械臂和第二竖向机械臂分别通过紧固件等竖立固定在滑台装置c的安装板上，第一竖向机械臂和第二竖向机械臂在安装板上的排布间距对应于安装板的长度方向，即沿着安装板的长度方向间距排布。为了增强第一竖向机械臂和第二竖向机械臂之间相对位置的结构强度，在第一竖向机械臂和第二竖向机械臂之间还设置有支撑板。
30.第一竖向机械臂主要由臂体、丝杠、滑块和驱动电机组成。其中，臂体作为排布丝杠、滑块、驱动电机的承载基础，其通过紧固件等竖立在上述安装板的一端顶部；设定臂体用作排布丝杠的侧面为正面，臂体的正面中心处沿着高度方向设置有能够排布丝杠的空间，该空间的上、下两端分别设置有一组轴承组件，臂体的正面两侧处沿着高度方向设置有滑轨结构。丝杠长度方向对应于臂体的高度方向；丝杠通过臂体正面两端处的轴承组件而固定在臂体上，使得丝杠沿着臂体的高度方向装配。滑块背面以螺纹结构与丝杠连接，滑块的背面两侧与臂体的正面两侧滑轨结构形成滑动配合，丝杠在动作过程中，通过与滑块之
间的配合结构而将周向旋转运动转换为滑块在臂体滑轨上的直线运动。驱动电机的输出轴与丝杠的一端相连接，通常驱动电机通过紧固件等固定在臂体的顶部，如此，驱动电机的输出轴与丝杠的顶端相连接，丝杠的周向旋转动作由驱动电机控制；驱动电机通常优选控制方便、精准的伺服电机。
31.第二竖向机械臂的结构参见第一竖向机械臂的结构，不再另行赘述。但是，需要特别说明的是，第一竖向机械臂的滑块上下位移动作，独立于第二竖向机械臂的滑块上下位移动作。
32.横向机械臂主要由从前而后依次连接在一起的横臂侧铰座三、横臂侧铰座一、伸缩机构、横臂侧铰座二组成。横臂侧铰座三用作与上述动臂结构的后动臂铰接，在横臂侧铰座三的上、下两端处分别装配有轴承组件，通过这两处的轴承组件与后动臂连接的连杆轴相连接。横臂侧铰座一通过铰轴铰接在第一竖向机械臂的滑块上。横臂侧铰座二通过铰轴铰接在第二竖向机械臂的滑块上。伸缩机构为气缸结构，伸缩机构的作用在于调节横臂侧铰座一与横臂侧铰座二在不等高状态下滑动位移时的横向机械臂长度变化。
33.上述动臂结构铰接于上述机械臂d的横向机械臂前端处，用作连接施工器具e。该施工器具e可以为松土器，也可以为耙子，还可以为铲斗等，具体应根据当前工程工况需求而进行灵活更换即可。
34.实施例2
35.本实施例的其它内容与实施例1相同，不同之处在于：连杆轴与后动臂的后侧铰座以十字型结构一体成型。
36.实施例3
37.本实施例的其它内容与实施例1相同，不同之处在于：工程施工机器人的机械臂为其它常见结构，例如行走装置上的转动副结构。
38.以上各实施例仅用以说明本实用新型，而非对其限制。
39.尽管参照上述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述实施例进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，例如回转电机与传动杆之间非直接连接而采用中间传动连接结构等；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的精神和范围。