悬挂式机器人轨道行走装置的制作方法

本发明属于悬挂式轨道设备技术领域，特别涉及一种悬挂式机器人轨道行走装置。

背景技术：

轨道行走装置多用于运载物料，且多运用于铁路和采矿行业中，车间自动生产线上也有一些使用轨道行走装置。目前，现有轨道行走装置多是单轨走行结构，即轨道行走装置只放置在一个轨道上，且只在一个轨道上移动，当轨道行走装置处于工作状态时，就必须要两个人用手一起护着轨道行走装置慢慢移动，否则轨道行走装置就很容易由于失重而发生倾翻；当轨道行走装置在不移动的工作状态下，其也无法平稳的停放在轨道上，必须需要人把持着，否则也会因为失重而发生倾翻。现有技术中的轨道行走装置的移动操作非常麻烦，且无法稳固停放在轨道上，不便于使用。

随着工业机器人在铸造等生产领域的逐步应用，悬挂式可移动机器人将得到应用，但缺乏实用、可靠的悬挂式机器人轨道行走装置。国内众多技术人员在轨道式行走装置方面进行了一些探索和研究。其中，代表性的如：申请号为201320227930.1的中国专利公开了一种饲喂机器人悬挂式轨道行走装置，包括左支板、行走轮、右支板，该左支板和右支板内侧对称可滚动地分别设置两个行走轮，采用直流减速电机驱动摩擦轮在轨道上运行，主要依靠摩擦力驱动行走，制动不便；申请号为201010614482.1的中国专利公开了一种双轨道行走装置，解决了单轨走行结构工作时易发生倾翻、无法稳定停放在轨道上的问题，其两个移动机构间用伸缩杆连接可以调整两者间距离；申请号为200680035755.9的中国专利公开了一种用于悬挂导轨，尤其是悬挂式输送机或起重机行驶导轨的装置，将行走机构或支承结构上的牵引件通过保持机构由销钉固定在导轨上；申请号为201310224866.6的中国专利公开了一种吊装机器人的桁架行走导轨，提供了一种让机器人在空中行走的解决方案，扩展了机器人的工作范围，提高了生产效率；申请号为200720093902.x的中国专利公开了一种智能双轨悬挂自行输送机，利用双轨输送和四点吊挂方式解决了单轨输送不稳定、不适合大型宽体工件输送的问题。上述轨道行走装置多采用轮式行走，依靠摩擦力驱动，且只具有移动行走功能，不具备姿态调节功能。

本发明针对现有轨道行走装置技术的不足，提出一种悬挂式机器人轨道行走装置，采用四点悬挂、单侧双链轮驱动的方式，不仅可沿着轨道长距离可靠地行走，还具有空间另外两个方向的平移和两个转动共四个自由度的运动和姿态调节功能，可以扩大安装在本发明上的机器人的工作空间，节约制造和生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种悬挂式机器人轨道行走装置，除了可以驱动安装在轨道行走装置上的机器人沿着外导轨和内导轨行走外，还可根据安装在轨道行走装置上的机器人的不同工作需要，实现横向移动、垂向升降和绕水平面内两个垂直轴线的转动共四个自由度的姿态调节，且结构简单，操作方便，能克服现有行走装置的缺陷，弥补机器人工作空间的不足，扩大安装在其上的机器人作业空间，提高机器人的作业效率，降低生产成本。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种悬挂式机器人轨道行走装置，包括悬支架、外导轨、内导轨、并联吊架、行走驱动装置和横移装置。其中，所述的悬支架包括固定架和安装架，所述的固定架位于安装架的上方且与安装架固连，固定架用于将本发明固定安装在车间的顶部，安装架用于固定安装外导轨和内导轨；所述的外导轨与内导轨平行布置在悬支架中安装架的两侧，且外导轨与内导轨的上端和内侧面均通过螺钉与安装架相固连；所述的并联吊架的上端安装在外导轨与内导轨上，所述的并联吊架用于调整安装在本发明上的机器人的姿态，并扩大机器人的工作空间，所述的并联吊架的结构采用4upr(u表示万向节，p表示移动副，r表示转动副)结构的四自由度并联机构；所述的行走驱动装置用于驱动并联吊架沿着外导轨和内导轨行走，行走驱动装置位于并联吊架的上端靠近外导轨的一侧，所述的横移装置安装在并联吊架的底部，用于驱动安装在本发明上的机器人实现横向移动。

所述的外导轨的截面呈工字型对称结构，且在外导轨的顶部中间设有截面呈等腰梯形的凸起；在所述的外导轨的顶部右下侧面和中部右上侧面上均设有螺纹盲孔，用于与安装架相连接；为了延长外导轨的使用寿命和减少磨损，在外导轨的顶部导轨面和右下侧斜导轨面上均设有耐磨层；所述的内导轨与外导轨的结构、截面形状完全相同。所述的外导轨顶部导轨面上的耐磨层采用激光熔覆方法制造。

所述的并联吊架包括外轮架、内轮架、支链和横梁。其中，所述的外轮架、内轮架的数量均为二，两个内轮架之间通过连接板相连接，且所述的连接板与内轮架之间通过螺钉相连接，外轮架、内轮架可分别沿着外导轨、内导轨移动，在所述的外轮架上设有矩形链轮作业孔；所述的支链共有四条，位于外侧的两条支链的上端分别与两个外轮架的底部相固连，位于内侧的两条支链的上端分别与两个内轮架的底部相固连，四条支链的下端均与横梁相固连；在横梁的顶部两侧设有支撑轮轨道面。所述的并联吊架为4upr结构的四自由度并联机构，分别安装在外导轨、内导轨上的外轮架和内轮架即为并联机构的静平台，横梁即为并联机构的动平台。

并联吊架沿着外导轨和内导轨的行走驱动采用链传动驱动的方式，所述的行走驱动装置包括驱动马达、链轮和链条。所述的驱动马达通过螺栓固定安装在并联吊架顶部的外轮架的外侧面上，用于为行走驱动装置提供驱动动力；所述的链轮安装在驱动马达的输出轴上，且与驱动马达的输出轴通过平键相连接；所述的链条通过螺钉固定安装在外导轨的外侧面上，所述的链轮与链条相啮合。

所述的驱动马达采用液压伺服马达或气压伺服马达或伺服减速电机。

所述的行走驱动装置中的链轮采用双排或三排链轮，所述的行走驱动装置中的链条采用双排或三排链条。

所述的横移装置包括横移箱、支撑轮、张紧轮、横移电机、齿轮和齿条。其中，在所述的横移箱的底部设有四个导向孔，用于安装张紧轮，所述的横移箱的底部可安装机器人；所述的支撑轮有两组，且对称安装在横移箱的顶部，用于支撑横移箱及安装在横移箱上的张紧轮、横移电机、齿轮和机器人，两组支撑轮的轴线保持平行，所述的支撑轮的圆柱形轮面与横梁的顶部上的支撑轮轨道面保持接触；所述的张紧轮有两个，且对称安装在横移箱的底部，用于实现对横梁底部的张紧；所述的横移电机通过螺栓安装在横移箱的底部，且位于两组支撑轮之间，为横移装置在横梁上的横向移动提供动力；所述的齿轮安装在横移电机的输出轴上，且与横移电机的输出轴通过平键相连接；所述的齿条通过螺钉固定安装在并联吊架底部横梁的顶面上，所述的齿轮与齿条保持啮合。所述的横移电机采用伺服减速电机，其配置的减速器为涡轮蜗杆减速器，可以为横移装置在横梁上的横向移动提供停车自锁制动，以弥补齿轮与齿条所构成的齿轮齿条机构自身不具有自锁功能的缺陷。

所述的支链包括万向节、伸缩缸和铰链。其中，所述的伸缩缸的上端与万向节相固连，所述的伸缩缸的下端与铰链的上端相固连，所述的铰链的下端与横梁通过螺钉相连接；橫移装置中的齿条安装在横梁的顶部；所述的伸缩缸采用伺服液压缸或伺服气缸或电动推杆。所述的铰链的轴线平行于万向节的十字轴的一条轴线，四个铰链的轴线相互平行，四个万向节的十字轴的轴线均保持在同一平面内。

所述的张紧轮包括张紧轮架、张紧轮体、导向轴、压缩弹簧、限位挡圈。其中，所述的张紧轮架呈u形结构，所述的张紧轮体安装在张紧轮架的顶部；所述的导向轴有两根，且平行固定在张紧轮架的底部，导向轴的下端安装在横移箱底部的导向孔内，并可沿着导向孔滑移，所述的导向轴与导向孔保持间隙配合；所述的压缩弹簧套装在导向轴上，且位于横移箱与限位挡圈之间，用于为张紧轮体提供张紧力；所述的限位挡圈通过锁紧螺钉固定在导向轴的下末端，用于防止导向轴脱离横移箱的导向孔。

在所述的外轮架和内轮架的顶部均设有工字型支撑导向轮，在所述的外轮架的右下侧和内轮架的左下侧均设有圆锥形支撑导向轮；安装在外轮架上的工字型支撑导向轮与外导轨顶部的导轨面保持贴合，安装在内轮架上的工字型支撑导向轮与内导轨顶部的导轨面保持贴合，安装在外轮架上的圆锥形支撑导向轮与外导轨右下侧的斜导轨面保持接触，安装在内轮架上的圆锥形支撑导向轮与内导轨左下侧的斜导轨面保持接触。外轮架和内轮架上安装的工字型支撑导向轮和圆锥形支撑导向轮对于外轮架、内轮架分别沿着外导轨、内导轨的行走均起支撑与导向作用。

工作前，首先要根据使用需求在横移装置的底部安装工作需要的机器人，并根据所安装的机器人的工作需求确定本发明的运动方向、调节姿态和具体参数。当需要驱动机器人沿着外导轨和内导轨进行纵向移动时，启动行走驱动装置中的驱动马达，进而驱动链轮正转或反转即可；当需要驱动机器人沿着横梁进行横向移动时，只需启动横移电机，进而驱动齿轮正转或反转即可；需要驱动机器人沿着垂向升降时，只需同步驱动伸缩缸进行同步伸长或缩短即可；当需要使安装在横移箱底部的机器人产生绕横向水平轴转动时，只需使前方一组伸缩缸相对后方一组伸缩缸反向伸长或缩短即可；当需要使安装在横移箱底部的机器人产生绕纵向水平轴转动时，只需使左边一组伸缩缸相对右边一组伸缩缸反向伸长或缩短即可。

本发明的并联吊架具有两个平移、两个转动共四个运动自由度，横移装置可产生横向移动，并联吊架还可沿着外导轨、内导轨进行长距离移动。因此，从机构学的角度来看，本发明为具有空间三个平移和绕水平面内两个垂直轴线的转动共五个运动自由度，其中横向移动还属于冗余移动，本发明构成了一个五自由度混联机构。

本发明的有益效果是，与现有的技术相比，本发明除了可以驱动安装在其上的机器人沿着外导轨和内导轨进行长距离移动行走之外，还可根据机器人的不同工作需要，实现横向移动、垂向升降和绕水平面内两个垂直轴线的转动共四个自由度的姿态调节，且结构简单，操作方便，能克服现有行走装置的缺陷，弥补机器人工作空间的不足，扩大安装在其上的机器人的作业空间，提高机器人的作业效率，降低生产成本。此外，本发明中工字型支撑导向轮和圆锥形支撑导向轮的特殊结构设计和组合作用，使得工字型支撑导向轮和圆锥形支撑导向轮与外导轨、内导轨的接触面积增加，不仅增加了本发明在外导轨和内导轨上悬挂的稳定性，还有利于减少在外轮架和内轮架上安装的支撑轮和导向轮的数量，使结构更加紧凑，还降低了设备的制造成本和维护成本。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为图1的a向正投影视图；

图3为本发明的并联吊架的结构示意图；

图4为本发明的横移装置的结构示意图；

图5为本发明的行走驱动装置的结构示意图；

图6为本发明的横移装置中支撑轮与张紧轮在横移箱中的装配关系示意图；

图7为本发明的张紧轮的结构示意图；

图8为外导轨的截面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

如图1和图2所示，一种悬挂式机器人轨道行走装置，包括悬支架1、外导轨2、内导轨3、并联吊架4、行走驱动装置5和横移装置6。其中，所述的悬支架1包括固定架11和安装架12，所述的固定架11位于安装架12的上方且与安装架12通过焊接的方式相固连，固定架11用于将本发明固定安装在车间的顶部，安装架12用于固定安装外导轨2和内导轨3；所述的外导轨2与内导轨3平行布置在悬支架1中安装架12的两侧，且外导轨2与内导轨3的上端和内侧面均通过螺钉与安装架12相固连；所述的并联吊架4的上端安装在外导轨2与内导轨3上，所述的并联吊架4用于调整安装在本发明上的机器人的姿态，并扩大机器人的工作空间，所述的并联吊架4的结构采用4upr(u表示万向节，p表示移动副，r表示转动副)结构的四自由度并联机构；所述的行走驱动装置5用于驱动并联吊架4沿着外导轨2和内导轨3行走，行走驱动装置5位于并联吊架4的上端靠近外导轨2的一侧，所述的横移装置6安装在并联吊架4的底部，用于驱动安装在本发明上的机器人实现横向移动。

如图1、图2、图5和图8所示，所述的外导轨2的截面呈工字型对称结构，且在外导轨的顶部中间设有截面呈等腰梯形的凸起21；在所述的外导轨2的顶部右下侧面和中部右上侧面上均设有螺纹盲孔22，用于与安装架12相连接；为了延长外导轨2的使用寿命和减少磨损，在外导轨2的顶部导轨面23和右下侧斜导轨面24上均设有耐磨层；所述的内导轨3与外导轨2的结构、截面形状完全相同。所述的外导轨2顶部导轨面上的耐磨层采用激光熔覆方法制造。

如图1、图2、图3和图4所示，所述的并联吊4架包括外轮架41、内轮架42、支链43和横梁44。其中，所述的外轮架41、内轮架42的数量均为二，两个内轮架42之间通过连接板403相连接，且所述的连接板403与内轮架42之间通过螺钉相连接，外轮架41、内轮架42可分别沿着外导轨2、内导轨3移动，在所述的外轮架41上设有矩形链轮作业孔411；所述的支链43共有四条，位于外侧的两条支链43的上端分别与两个外轮架41的底部相固连，位于内侧的两条支链43的上端分别与两个内轮架42的底部相固连，四条支链43的下端均与横梁44相固连；在横梁44的顶部两侧设有支撑轮轨道面441。所述的并联吊架4为4upr结构的四自由度并联机构，分别安装在外导轨2、内导轨3上的外轮架41和内轮架42即为并联机构的静平台，横梁44即为并联机构的动平台。并联吊架4可产生沿着x、z方向的移动和绕x、y轴的转动。

如图1、图2和图5所示，并联吊架4沿着外导轨2和内导轨3的行走驱动采用链传动驱动的方式，所述的行走驱动装置5包括驱动马达51、链轮52和链条53。所述的驱动马达51通过螺栓固定安装在外轮架41的外侧面上，用于为行走驱动装置5提供驱动动力；所述的链轮52安装在驱动马达51的输出轴上，且与驱动马达51的输出轴通过平键相连接；所述的链条53通过螺钉固定安装在外导轨2的外侧面上，所述的链轮52与链条53相啮合。所述的驱动马达51采用液压伺服马达或气压伺服马达或伺服减速电机。所述的行走驱动装置5中的链轮52采用双排链轮，所述的行走驱动装置5中的链条53采用双排链条。

如图1、图2、图4和图6所示，所述的横移装置6包括横移箱61、支撑轮62、张紧轮63、横移电机64、齿轮65和齿条66。其中，在所述的横移箱61的底部设有四个导向孔，用于安装张紧轮63，所述的横移箱61的底部可安装机器人；所述的支撑轮62有两组，且对称安装在横移箱61的顶部，用于支撑横移箱61及安装在横移箱61上的张紧轮63、横移电机64、齿轮65和机器人，两组支撑轮62的轴线保持平行，所述的支撑轮62的圆柱形轮面与横梁44的顶部上的支撑轮轨道面441保持接触；所述的张紧轮63有两个，且对称安装在横移箱61的底部，用于实现对横梁44底部的张紧；所述的横移电机64通过螺栓安装在横移箱61的底部，且位于两组支撑轮62之间，为横移装置6在横梁44上的横向移动提供动力；所述的齿轮65安装在横移电机64的输出轴上，且与横移电机64的输出轴通过平键相连接；所述的齿条66通过螺钉固定安装在并联吊架4底部横梁44的顶面上，所述的齿轮65与齿条66保持啮合。所述的横移电机64采用伺服减速电机，其配置的减速器为涡轮蜗杆减速器，可以为横移装置6在横梁44上的横向移动提供停车自锁制动，以弥补齿轮65与齿条66所构成的齿轮齿条机构自身不具有自锁功能的缺陷。

如图1、图2和图3所示，所述的支链43包括万向节431、伸缩缸432和铰链433。其中，所述的伸缩缸432的上端与万向节431通过螺钉相固连，所述的伸缩缸432的下端与铰链433的上端通过螺钉相固连，所述的铰链433的下端与横梁44通过螺钉相连接；橫移装置6中的齿条66安装在横梁44的顶部；所述的伸缩缸432采用伺服液压缸。所述的铰链433的轴线平行于万向节431的十字轴的一条轴线，四个铰链433的轴线相互平行，四个万向节431的十字轴的轴线均保持在同一平面内。

如图6和图7所示，所述的张紧轮63包括张紧轮架631、张紧轮体632、导向轴633、压缩弹簧634、限位挡圈635。其中，所述的张紧轮架631呈u形结构，所述的张紧轮体632安装在张紧轮架631的顶部；所述的导向轴633有两根，且平行固定在张紧轮架631的底部，导向轴633的下端安装在横移箱61底部的导向孔内，并可沿着导向孔滑移，所述的导向轴633与导向孔保持间隙配合；所述的压缩弹簧634套装在导向轴633上，且位于横移箱61与限位挡圈635之间，用于为张紧轮体632提供张紧力；所述的限位挡圈635通过锁紧螺钉636固定在导向轴633的下末端，用于防止导向轴633脱离横移箱61的导向孔。

如图2、图5和图8所示，在所述的外轮架41和内轮架42的顶部均设有工字型支撑导向轮401，在所述的外轮架41的右下侧和内轮架42的左下侧均设有圆锥形支撑导向轮402；安装在外轮架41上的工字型支撑导向轮401与外导轨2顶部的导轨面23保持贴合，安装在内轮架42上的工字型支撑导向轮401与内导轨3顶部的导轨面保持贴合，安装在外轮架41上的圆锥形支撑导向轮402与外导轨2右下侧的斜导轨面24保持接触，安装在内轮架42上的圆锥形支撑导向轮401与内导轨42左下侧的斜导轨面保持接触。外轮架41和内轮架42上安装的工字型支撑导向轮401和圆锥形支撑导向轮402对于外轮架41、内轮架42分别沿着外导轨2、内导轨3的行走均起支撑与导向作用。

工作前，首先要根据使用需求在横移装置6的底部安装工作需要的机器人，并根据所安装的机器人的工作需求确定本发明的运动方向、调节姿态和具体参数。当需要驱动机器人沿着外导轨2和内导轨3进行y方向移动时，启动行走驱动装置5中的驱动马达51，进而驱动链轮52正转或反转即可；当需要驱动机器人沿着横梁44进行x向移动时，只需启动横移电机64，进而驱动齿轮65正转或反转即可；需要驱动机器人沿着z向升降时，只需同步驱动伸缩缸432进行同步伸长或缩短即可；当需要使安装在横移箱61底部的机器人产生绕x轴转动时，只需使前方一组伸缩缸432相对后方一组伸缩缸432反向伸长或缩短即可；当需要使安装在横移箱61底部的机器人产生绕y轴转动时，只需使左边一组伸缩缸432相对右边一组伸缩缸432反向伸长或缩短即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂向”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。