清污机器人抓取方式的快换机构与方法与流程

本发明属于清污方式自动切换装载技术领域，涉及一种清污机器人抓取方式的快换机构与方法。

背景技术：

在水电站水轮机进水口处一般均设有拦污栅，用于拦截河道中漂浮或悬浮的杂物，为了保证拦污栅水流畅通，需对拦污栅前污物进行定期清理。然而在汛期时，受暴雨冲刷的影响，库区上游大量漂浮物会快速向拦污栅前汇聚，漂浮物中除了泡沫块、编织袋塑料杂物等较小的柔性漂浮物，通常还伴随着树杆、木料等大型漂浮物。大型漂浮物不但会造成拦污栅堵塞，还会导致拦污栅压力剧增，破坏力明显，严重时还会危及拦污栅和机组运行安全。

现有技术中常采用回转清污装置清理较小的漂浮物，采用瓣式清污装置清理大型漂浮物，其存在以下不足：

（1）现实清污过程中，来污速度快，回转清污装置和瓣式清污装置需要经常更换，更换时其中一个装置位于坝面相邻的门槽旁的更换区内，另一个装置与清污机器人连接，回转清污装置和瓣式清污装置的重量均以吨计算，需要先将清污机器人已连接装置的伸缩臂拆除后，再将另一个装置的伸缩臂与机器人连接，采用人工更换两个装置的周期过长，需要耗费大量时间，待更换后，坝前漂浮物又会快速堆积，达不到快速清污的目的，影响清污效率，甚至会威胁拦污栅和机组的安全运行。

（2）在更换清污方式时需配备专业持证人员起吊，技术要求高。

（3）操作的灵活性差，往往难以保证一次到位。

（4）清污现场需要的协调人员众多，起吊时存在一定的安全风险。

因此，为了实现对坝前不同类型漂浮物的清理，确保拦污栅和机组运行安全，需提供一种清污机器人抓取方式的快换机构与操作方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种清污机器人抓取方式的快换机构与方法，结构简单，采用在主梁轴线方向设置推进机构和受力支撑组件，位于受力支撑组件的受力座两侧分别设置锁定机构和位置检测装置，推进机构驱动切换轴与回转清污装置或瓣式清污装置的伸缩臂配合，锁定机构锁定切换轴，位置检测装置检测切换轴的切换状态，具备快速切换，一次切换到位，自动化程度高，安全可靠，操作简单方便。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种清污机器人抓取方式的快换机构，它包括主梁、推进机构、受力支撑组件、锁定机构和位置检测装置；所述推进机构和受力支撑组件与主梁位于同一轴线上连接固定，锁定机构和位置检测装置分别位于受力支撑组件的两侧；推进机构推动切换轴与受力支撑组件配合，锁定机构与切换轴配合，位置检测装置检测切换状态。

所述推进机构包括与固定座连接的推进油缸，以及与推进油缸伸缩端连接的切换轴，切换轴与限位座滑动配合。

所述切换轴的轴体上设置轴向凹进的限位槽，切换轴远离推进油缸的一端设置连接孔。

所述受力支撑组件包括受力板和受力座，受力板上的轴孔朝向受力座的两支板之间。

所述受力座包括位于底板上竖直连接的两个支板，锁定孔水平贯穿两支板上端，位于两支板对应的内侧设置监测管与锁定孔连通，位于两监测管上分别设置第一光电传感器和第二光电传感器。

所述锁定机构包括与电推杆连接的锁定轴，电推杆与受力座一侧的支板连接，锁定轴与锁定孔滑动配合。

所述电推杆为三级推进，一级中速推进、二级快速推进、三级缓慢推进，复位时快速复位；电推杆在二级快速推进动作时穿过连接孔。

所述位置检测装置包括与弯板连接的位移传感器，弯板与受力座连接，位移传感器的感应端深入受力座一侧的锁定孔内。

所述推进机构推动切换轴伸展后，锁定机构开始动作，推动锁定轴穿过受力座和切换轴，由锁定轴触发位置检测装置的位移传感器判断切换状态。

在优选的方案中，如上所述的清污机器人抓取方式的快换机构的快换方法，它包括如下步骤：

s1，提升，清污机器人启动，驱动主梁上升，从清漂门槽将回转清污装置提升至坝面高度以上后停止提升；此时，瓣式清污装置位于更换区内的瓣式工位；

s2，转移，清污机器人沿轨道行驶至坝面上部更换区内的回转工位后停止，清污机器人驱动主梁下降，降低回转清污装置的高度，当回转清污装置与回转工位接触支撑时停止；

s3，解除锁定，锁定机构启动，电推杆快速回缩拉动锁定轴退出受力座至初始位置；

s4，分离，推进机构的推进油缸启动，拉动切换轴退出伸缩臂，清污机器人驱动主梁升高使其与回转清污装置分离；

s5，对位，清污机器人沿轨道行驶至更换区内的瓣式工位上部后停止，再驱动主梁下降，当瓣式清污装置的伸缩臂位于受力板和受力座之间，且伸缩臂上的行程开关与主梁下侧面接触时，主梁停止下降；此时，伸缩臂上的穿销孔与受力板上的轴孔位于同一轴线；

s6，穿销，推进机构的推进油缸启动，推动切换轴依次穿过受力板上的轴孔和伸缩臂上的穿销孔；

s7，锁定，锁定机构启动，电推杆中速推动锁定轴；当锁定轴穿过受力座的锁定孔被第一光电传感器感应时，电推杆快速推动锁定轴；当锁定轴继续穿过受力座的锁定孔被第二光电传感器感应时，电推杆缓慢推动锁定轴；

在s7中，电推杆中速推动动作完成后，锁定轴靠近切换轴一侧的连接孔；

在s7中，电推杆快速推动动作完成后，锁定轴从切换轴的连接孔完全穿过进入受力座另一侧的锁定孔；

在s7中，电推杆缓慢推动过程中，锁定轴向位置检测装置靠近；

s8，切换确定，当锁定轴的端头与位置检测装置的位移传感器抵触后，位移传感器将感应到的位移信号发送给清污机器人，清污机器人确定切换动作完成，驱动主梁上升，瓣式清污装置随主梁上升达到设定高度后停止；

s9，归位，清污机器人从更换区沿轨道行驶至清漂门槽设定位置后停止，再驱动主梁下降，当瓣式清污装置下降到设定工作位置时停止，此时，瓣式清污装置进入清漂工作模式。

一种清污机器人抓取方式的快换机构，它包括主梁、推进机构、受力支撑组件、锁定机构和位置检测装置；推进机构和受力支撑组件与主梁位于同一轴线上连接固定，锁定机构和位置检测装置分别位于受力支撑组件的两侧；推进机构推动切换轴与受力支撑组件配合，锁定机构与切换轴配合，位置检测装置检测切换状态。结构简单，通过主梁轴线方向设置推进机构和受力支撑组件，位于受力支撑组件的受力座两侧分别设置锁定机构和位置检测装置，通过推进机构驱动切换轴与回转清污装置或瓣式清污装置的伸缩臂配合，锁定机构锁定切换轴，位置检测装置检测切换轴的切换状态，具备快速切换，一次切换到位，自动化程度高，安全可靠，操作简单方便。

在优选的方案中，推进机构包括与固定座连接的推进油缸，以及与推进油缸伸缩端连接的切换轴，切换轴与限位座滑动配合。结构简单，使用时，推进油缸驱动切换轴动作与回转清污装置或瓣式清污装置的伸缩臂配合，固定座和限位座起到支撑推进油缸和切换轴的作用。

在优选的方案中，切换轴的轴体上设置轴向凹进的限位槽，切换轴远离推进油缸的一端设置连接孔。结构简单，使用时，切换轴上的限位槽与伸缩臂上的凸起部配合，限制切换轴伸缩时径向位移。

在优选的方案中，受力支撑组件包括受力板和受力座，受力板上的轴孔朝向受力座的两支板之间。结构简单，使用时，受力支撑组件主要承受回转清污装置或瓣式清污装置的重力，回转清污装置或瓣式清污装置切换时，与其连接的伸缩臂位于受力板和受力座之间。

在优选的方案中，受力座包括位于底板上竖直连接的两个支板，锁定孔水平贯穿两支板上端，位于两支板对应的内侧设置监测管与锁定孔连通，位于两监测管上分别设置第一光电传感器和第二光电传感器。结构简单，使用时，当锁定轴穿过受力座上的锁定孔时，其端头先后被第一光电传感器和第二光电传感器感应，配合锁定机构完成锁定动作。

在优选的方案中，锁定机构包括与电推杆连接的锁定轴，电推杆与受力座一侧的支板连接，锁定轴与锁定孔滑动配合。结构简单，使用时，电推杆推动锁定轴伸缩完成对切换轴的锁定。

在优选的方案中，电推杆为三级推进，一级中速推进、二级快速推进、三级缓慢推进，复位时快速复位；电推杆在二级快速推进动作时穿过连接孔。结构简单，使用时，采用三级推进、推进速度不一的电推杆，实现精准、快速、稳定的锁定动作。

在优选的方案中，位置检测装置包括与弯板连接的位移传感器，弯板与受力座连接，位移传感器的感应端深入受力座一侧的锁定孔内。结构简单，安装时，弯板与主梁连接固定，位移传感器的位移感应端深入支板上的锁定孔内，当锁定轴与其抵触时，位移传感器感应位移信号。

在优选的方案中，推进机构推动切换轴伸展后，锁定机构开始动作，推动锁定轴穿过受力座和切换轴，由锁定轴触发位置检测装置的位移传感器判断切换状态。结构简单，穿销时，在推进机构动作后锁定机构才动作，避免锁定机构误动作导致与切换轴冲撞造成变形，之后再由锁定轴触发位置检测装置的位移传感器判断切换状态。

在优选的方案中，如上清污机器人抓取方式的快换机构的快换方法，它包括如下步骤：

s1，提升，清污机器人启动，驱动主梁上升，从清漂门槽将回转清污装置提升至坝面高度以上后停止提升；此时，瓣式清污装置位于更换区内的瓣式工位；

s2，转移，清污机器人沿轨道行驶至坝面上部更换区内的回转工位后停止，清污机器人驱动主梁下降，降低回转清污装置的高度，当回转清污装置与回转工位接触支撑时停止；

s3，解除锁定，锁定机构启动，电推杆快速回缩拉动锁定轴退出受力座至初始位置；

s4，分离，推进机构的推进油缸启动，拉动切换轴退出伸缩臂，清污机器人驱动主梁升高使其与回转清污装置分离；

s5，对位，清污机器人沿轨道行驶至更换区内的瓣式工位上部后停止，再驱动主梁下降，当瓣式清污装置的伸缩臂位于受力板和受力座之间，且伸缩臂上的行程开关与主梁下侧面接触时，主梁停止下降；此时，伸缩臂上的穿销孔与受力板上的轴孔位于同一轴线；

s6，穿销，推进机构的推进油缸启动，推动切换轴依次穿过受力板上的轴孔和伸缩臂上的穿销孔；

s7，锁定，锁定机构启动，电推杆中速推动锁定轴；当锁定轴穿过受力座的锁定孔被第一光电传感器感应时，电推杆快速推动锁定轴；当锁定轴继续穿过受力座的锁定孔被第二光电传感器感应时，电推杆缓慢推动锁定轴；

在s7中，电推杆中速推动动作完成后，锁定轴靠近切换轴一侧的连接孔；

在s7中，电推杆快速推动动作完成后，锁定轴从切换轴的连接孔完全穿过进入受力座另一侧的锁定孔；

在s7中，电推杆缓慢推动过程中，锁定轴向位置检测装置靠近；

s8，切换确定，当锁定轴的端头与位置检测装置的位移传感器抵触后，位移传感器将感应到的位移信号发送给清污机器人，清污机器人确定切换动作完成，驱动主梁上升，瓣式清污装置随主梁上升达到设定高度后停止；

s9，归位，清污机器人从更换区沿轨道行驶至清漂门槽设定位置后停止，再驱动主梁下降，当瓣式清污装置下降到设定工作位置时停止，此时，瓣式清污装置进入清漂工作模式。该方法自动化程度高，清漂抓取装置切换改变清漂方式，切换方便快捷，切换精准，效率高，避免在人工切换过程中因周期过长导致漂浮在坝前堆积造成影响，切换安全可靠。

一种清污机器人抓取方式的快换机构与方法，它包括主梁、推进机构、受力支撑组件、锁定机构和位置检测装置，通过主梁轴线方向设置推进机构和受力支撑组件，位于受力支撑组件的受力座两侧分别设置锁定机构和位置检测装置，通过推进机构驱动切换轴与回转清污装置或瓣式清污装置的伸缩臂配合，锁定机构锁定切换轴，位置检测装置检测切换轴的切换状态。本发明克服了原清漂机器人依靠人工切换周期过长、效率低，存在安全隐患的问题，具有结构简单，具备快速切换，一次切换到位，自动化程度高，安全可靠，操作简单方便的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明与伸缩臂对接后的状态图。

图3为本发明局部结构示意图。

图4为图3的a处放大示意图。

图5为本发明受力座与锁定机构及位置检测装置配合的结构示意图。

图中：主梁1，推进机构2，固定座21，推进油缸22，切换轴23，限位座24，限位槽25，连接孔26，受力支撑组件3，受力板31，受力座32，监测管33，第一光电传感器34，第二光电传感器35，锁定机构4，电推杆41，锁定轴42，位置检测装置5，弯板51，位移传感器52。

具体实施方式

如图1~图5中，一种清污机器人抓取方式的快换机构，它包括主梁1、推进机构2、受力支撑组件3、锁定机构4和位置检测装置5；所述推进机构2和受力支撑组件3与主梁1位于同一轴线上连接固定，锁定机构4和位置检测装置5分别位于受力支撑组件3的两侧；推进机构2推动切换轴23与受力支撑组件3配合，锁定机构4与切换轴23配合，位置检测装置5检测切换状态。结构简单，通过主梁1轴线方向设置推进机构2和受力支撑组件3，位于受力支撑组件3的受力座32两侧分别设置锁定机构4和位置检测装置5，通过推进机构2驱动切换轴23与回转清污装置或瓣式清污装置的伸缩臂配合，锁定机构4锁定切换轴23，位置检测装置5检测切换轴23的切换状态，具备快速切换，一次切换到位，自动化程度高，安全可靠，操作简单方便。

优选地，主梁1与清污机器人的升降系统连接，推进机构2、受力支撑组件3、锁定机构4和位置检测装置5位于主梁1的下方。

优选的方案中，所述推进机构2包括与固定座21连接的推进油缸22，以及与推进油缸22伸缩端连接的切换轴23，切换轴23与限位座24滑动配合。结构简单，使用时，推进油缸22驱动切换轴23动作与回转清污装置或瓣式清污装置的伸缩臂配合，固定座21和限位座24起到支撑推进油缸22和切换轴23的作用。

优选的方案中，所述切换轴23的轴体上设置轴向凹进的限位槽25，切换轴23远离推进油缸22的一端设置连接孔26。结构简单，使用时，切换轴23上的限位槽25与伸缩臂上的凸起部配合，限制切换轴23伸缩时径向位移。

优选的方案中，所述受力支撑组件3包括受力板31和受力座32，受力板31上的轴孔朝向受力座32的两支板之间。结构简单，使用时，受力支撑组件3主要承受回转清污装置或瓣式清污装置的重力，回转清污装置或瓣式清污装置切换时，与其连接的伸缩臂位于受力板31和受力座32之间。

优选的方案中，所述受力座32包括位于底板上竖直连接的两个支板，锁定孔水平贯穿两支板上端，位于两支板对应的内侧设置监测管33与锁定孔连通，位于两监测管33上分别设置第一光电传感器34和第二光电传感器35。结构简单，使用时，当锁定轴42穿过受力座32上的锁定孔时，其端头先后被第一光电传感器34和第二光电传感器35感应，配合锁定机构4完成锁定动作。

优选的方案中，所述锁定机构4包括与电推杆41连接的锁定轴42，电推杆41与受力座32一侧的支板连接，锁定轴42与锁定孔滑动配合。结构简单，使用时，电推杆41推动锁定轴42伸缩完成对切换轴23的锁定。

优选的方案中，所述电推杆41为三级推进，一级中速推进、二级快速推进、三级缓慢推进，复位时快速复位；电推杆41在二级快速推进动作时穿过连接孔26。结构简单，使用时，采用三级推进、推进速度不一的电推杆41，实现精准、快速、稳定的锁定动作。

优选地，一级中速推进过程中，锁定轴42靠近切换轴23的连接孔26，锁定轴42前端的锥形部与连接孔26初始配合，锥形部的直径较连接孔26的直径小，消除配合误差带来的影响，引导锁定轴42后段穿过连接孔26。

优选地，二级快速推进过程中，锁定轴42快速穿过连接孔26时，利用加速度带来的冲击力，克服连接孔26因为环境因素和长期磨损造成内壁锈蚀及变形带来影响。

优选地，三级缓慢推进过程中，锁定轴42的端头已穿过连接孔26，向受力座32另一侧支板上的锁定孔运动，避免速度过快导致对位置检测装置5的冲击力过大造成检测失真。

优选的方案中，所述位置检测装置5包括与弯板51连接的位移传感器52，弯板51与受力座32连接，位移传感器52的感应端深入受力座32一侧的锁定孔内。结构简单，安装时，弯板51与主梁1连接固定，位移传感器52的位移感应端深入支板上的锁定孔内，当锁定轴42与其抵触时，位移传感器52感应位移信号。

优选的方案中，所述推进机构2推动切换轴23伸展后，锁定机构4开始动作，推动锁定轴42穿过受力座32和切换轴23，由锁定轴42触发位置检测装置5的位移传感器52判断切换状态。结构简单，穿销时，在推进机构2动作后锁定机构4才动作，避免锁定机构4误动作导致与切换轴23冲撞造成变形，之后再由锁定轴42触发位置检测装置5的位移传感器52判断切换状态。

优选的方案中，如上所述的清污机器人抓取方式的快换机构的快换方法，它包括如下步骤：

s1，提升，清污机器人启动，驱动主梁1上升，从清漂门槽将回转清污装置提升至坝面高度以上后停止提升；此时，瓣式清污装置位于更换区内的瓣式工位；

s2，转移，清污机器人沿轨道行驶至坝面上部更换区内的回转工位后停止，清污机器人驱动主梁1下降，降低回转清污装置的高度，当回转清污装置与回转工位接触支撑时停止；

s3，解除锁定，锁定机构4启动，电推杆41快速回缩拉动锁定轴42退出受力座32至初始位置；

s4，分离，推进机构2的推进油缸22启动，拉动切换轴23退出伸缩臂，清污机器人驱动主梁1升高使其与回转清污装置分离；

s5，对位，清污机器人沿轨道行驶至更换区内的瓣式工位上部后停止，再驱动主梁1下降，当瓣式清污装置的伸缩臂位于受力板31和受力座32之间，且伸缩臂上的行程开关与主梁1下侧面接触时，主梁1停止下降；此时，伸缩臂上的穿销孔与受力板31上的轴孔位于同一轴线；

s6，穿销，推进机构2的推进油缸22启动，推动切换轴23依次穿过受力板31上的轴孔和伸缩臂上的穿销孔；

s7，锁定，锁定机构4启动，电推杆41中速推动锁定轴42；当锁定轴42穿过受力座32的锁定孔被第一光电传感器34感应时，电推杆41快速推动锁定轴42；当锁定轴42继续穿过受力座32的锁定孔被第二光电传感器35感应时，电推杆41缓慢推动锁定轴42；

在s7中，电推杆41中速推动动作完成后，锁定轴42靠近切换轴23一侧的连接孔26；

在s7中，电推杆41快速推动动作完成后，锁定轴42从切换轴23的连接孔26完全穿过进入受力座32另一侧的锁定孔；

在s7中，电推杆41缓慢推动过程中，锁定轴42向位置检测装置5靠近；

s8，切换确定，当锁定轴42的端头与位置检测装置5的位移传感器52抵触后，位移传感器52将感应到的位移信号发送给清污机器人，清污机器人确定切换动作完成，驱动主梁1上升，瓣式清污装置随主梁1上升达到设定高度后停止；

s9，归位，清污机器人从更换区沿轨道行驶至清漂门槽设定位置后停止，再驱动主梁1下降，当瓣式清污装置下降到设定工作位置时停止，此时，瓣式清污装置进入清漂工作模式。该方法自动化程度高，清漂抓取装置切换改变清漂方式，切换方便快捷，切换精准，效率高，避免在人工切换过程中因周期过长导致漂浮在坝前堆积造成影响，切换安全可靠。

如上所述的清污机器人抓取方式的快换机构与方法，安装使用时，主梁1轴线方向设置推进机构2和受力支撑组件3，位于受力支撑组件3的受力座32两侧分别设置锁定机构4和位置检测装置5，通过推进机构2驱动切换轴23与回转清污装置或瓣式清污装置的伸缩臂配合，锁定机构4锁定切换轴23，位置检测装置5检测切换轴23的切换状态，具备快速切换，一次切换到位，自动化程度高，安全可靠，操作简单方便。

使用时，推进油缸22驱动切换轴23动作与回转清污装置或瓣式清污装置的伸缩臂配合，固定座21和限位座24起到支撑推进油缸22和切换轴23的作用。

使用时，切换轴23上的限位槽25与伸缩臂上的凸起部配合，限制切换轴23伸缩时径向位移。

使用时，受力支撑组件3主要承受回转清污装置或瓣式清污装置的重力，回转清污装置或瓣式清污装置切换时，与其连接的伸缩臂位于受力板31和受力座32之间。

使用时，当锁定轴42穿过受力座32上的锁定孔时，其端头先后被第一光电传感器34和第二光电传感器35感应，配合锁定机构4完成锁定动作。

使用时，电推杆41推动锁定轴42伸缩完成对切换轴23的锁定。

使用时，采用三级推进、推进速度不一的电推杆41，实现精准、快速、稳定的锁定动作。

安装时，弯板51与主梁1连接固定，位移传感器52的位移感应端深入支板上的锁定孔内，当锁定轴42与其抵触时，位移传感器52感应位移信号。

穿销时，在推进机构2动作后锁定机构4才动作，避免锁定机构4误动作导致与切换轴23冲撞造成变形，之后再由锁定轴42触发位置检测装置5的位移传感器52判断切换状态。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。