一种架设拱架的多维调节机械手的制作方法

1.本发明涉及工程施工技术领域，具体是涉及一种架设拱架的多维调节机械手。


背景技术：

2.在水电隧道、地下厂房、地铁工程、铁路隧道、军事地下工程及公路隧道工程等施工中遇到围岩破碎、断层等自稳能力较差的地段往往需要采用架设钢拱（格栅拱）、施做锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土等手段对围岩进行加固，保证施工安全。以隧道拱架安装为例，目前国内大部分拱架安装主要依靠人工进行。首先将拱架安放于岩层之下，用锚杆固定，将多节拱架采用螺栓依次连接成环状。在此施工过程中，单个拱架节重量高达200-400公斤，需要十多个工人同时进行作业，工人作业强度大，存在极大的安全隐患，且单个拱架安装时间长，效率低，严重影响隧道施工进度。
3.中国专利cn201210232210.4公开了一种多向调节机械手，包括安装平台，在安装平台上有多向调节机械手。本发明采用一个主夹紧机构，同时固定一个起定位作用的辅助抓手，通过更换夹头，还可以实现格栅拱架的安装，操作方便、安装快捷、准确，安全性得到提高，极大的减轻劳动强度与时间，有利于实现隧道施工的机械化和自动化。
4.该机械手仅适用于架设顶部拱架，而两侧的拱架翻转角度较大，仅由活动夹紧板和夹紧油缸进行夹紧，容易出现拱架滑落事故。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种架设拱架的多维调节机械手。
6.为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：一种架设拱架的多维调节机械手，包括夹持机构，夹持机构包括举升板、第一夹持架、第二夹持架、第一双杆油缸、剪叉架、抵接杆和连杆件，第一夹持架和第二夹持架相向或背向滑动设置在举升板的顶部，第一双杆油缸固定设置在举升板上，第一双杆油缸的两端分别设有第一执行杆和第二执行杆，第一执行杆与第一夹持架连接，第二执行杆与第二夹持架连接，两个剪叉架设置在第一夹持架和第二夹持架的相对侧，剪叉架的转动轴沿水平方向延伸，抵接杆同轴向贯穿剪叉架的转动轴并与其滑动配合，连杆件设置在第一夹持架和第二夹持架上，连杆件传动连接剪叉架和抵接杆，当抵接杆抵接拱架的腹板并相对剪叉架的转动轴滑动时，抵接杆通过连杆件引导剪叉架展开并抵接拱架的翼缘内侧。
7.优选地，剪叉架包括第一转臂、第二转臂和固定筒，两个固定筒同轴设置在第一双杆油缸和剪叉架的相对侧，第一转臂和第二转臂的中间位置与固定筒转动连接，抵接杆同轴滑动设置在固定筒中；连杆件包括第一导轨、第一滑块、第一连杆、第二连杆和第三连杆，第一导轨设置在第一夹持架和第二夹持架中，第一导轨沿竖直方向延伸，第一滑块沿竖直方向滑动设置在第一导轨上，第一连杆的两端分别与抵接杆的外端以及第一滑块转动连接，第二连杆的两端分别与第二转臂以及第一滑块转动连接，第三连杆的两端分别与第一转臂以及第一滑块转动连接，第一滑块向上滑动时，第一转臂和第二转臂展开。
8.优选地，夹持机构还包括抵接盘和弹簧，抵接盘同轴设置在抵接杆的内端，弹簧套设在抵接杆上，弹簧的两端分别抵接在抵接盘和固定筒的相对端。
9.优选地，夹持机构还包括抵接块，抵接块设置在第一转臂和第二转臂的两端。
10.优选地，还包括搭接机构和偏转板，搭接机构包括结构完全相同的第一搭接件和第二搭接件，以及第二双杆油缸，夹持机构固定设置在偏转板的顶部，第一搭接件和第二搭接件相向或背向滑动设置在偏转板上，第一搭接件和第二搭接件位于夹持机构的两侧，第一搭接件包括搭接辊和伺服电机，搭接辊沿水平方向延伸，且伺服电机的输出轴与搭接辊传动连接，第二双杆油缸设置在偏转板上，第二双杆油缸两端的执行杆分别于第一搭接件和第二搭接件固定连接。
11.优选地，第一搭接件还包括安置架、第一框体、第二框体、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第四连杆、第五连杆和压力传感器，安置架滑动设置在偏转板上，第一框体和第二框体沿竖直方向滑动设置在安置架内，搭接辊的两端分别于第一框体和第二框体转动连接，第一锥齿轮同轴设置在搭接辊的一端，伺服电机固定设置在第一框体的底端，伺服电机的输出轴贯穿第一框体并与第二锥齿轮同轴连接，第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合，压力传感器固定设置在安置架内，压力传感器的检测端朝上，第四连杆的一端与第一框体转动连接，第五连杆的一端与第二框体转动连接，第四连杆和第五连杆的另一端转动连接且搭接在压力传感器的检测端。
12.优选地，第一搭接件还包括液压减震器和光电编码器，两个液压减震器均与安置架的内部底端转动连接，两个液压减震器的另一端分别于第四连杆和第五连杆转动连接，光电编码器设置在第二框体内，光电编码器的输入端与搭接辊的一端传动连接。
13.优选地，第一搭接件还包括锥筒，两个锥筒同轴设置在搭接辊上，两个锥筒的锥面相对。
14.优选地，第一搭接件还包括第二导轨、第二滑块和限位销，第二导轨设置在安置架的内部两侧，安置架沿竖直方向延伸，第二滑块沿竖直方向滑动设置在第二导轨上，第一框体和第二框体分别设置在两个第二滑块的相对侧，限位销固定设置在第二导轨上，且限位销位于第二滑块的顶部。
15.优选地，还包括偏转调节机构，偏转调节机构包括第一单杆油缸、第一固定钢、第三双杆油缸、第二固定钢、第三固定钢、第二单杠油缸、第四固定钢、第四双杆油缸和第五固定钢，四个第一单杆油缸的输出杆与偏转板的底端四角转动连接，两个第一固定钢固定连接的两个第一单杆油缸的底端，第三双杆油缸的两端包括第三执行杆和第四执行杆，第三执行杆和第四执行杆分别与两个第一固定钢转动连接，第二固定钢与第三双杆油缸固定连接，两个第三固定钢与第二固定钢垂直固定连接，四个第二单杠油缸的输出轴与两个第三固定钢的两端转动连接，两个第四固定钢固定连接两个第二单杠油缸的底端，第四双杆油缸的两端包括第五执行杆和第六执行杆，第五执行杆和第六执行杆分别与两个第四固定钢的相对侧转动连接，第五固定钢固定连接第四双杆油缸和升降机。
16.本技术相比较于现有技术的有益效果是：1.本技术通过第一夹持架和第一夹持架上的抵接杆能够同轴夹持拱架的腹板，同时剪叉架能够展开并抵接拱架的翼缘内侧，从而能够稳定夹持拱架，以便于进行安装；2.本技术通过第一连杆、第二连杆和第三连杆能够传动连接剪叉架和抵接杆，使
得抵接杆抵接腹板并相对固定筒滑动时，剪叉架能够展开并抵接翼缘的内侧，从而稳定夹持拱架；3.本技术通过压力传感器能够检测搭接辊的承受压力，而第二搭接件与第一搭接件的结构相同，使得第二搭接件同一能够检测其承受压力，以便于通过旋转搭接辊，使得拱架的重心移动至第一搭接件和第二搭接件的中间顶部；4.本技术通过第一单杆油缸和第二单杠油缸能够稳定调节偏转板的倾斜角度，从而便于倾斜架设拱架。
附图说明
17.图1是本技术的机械手工作工作状态下的立体图；图2是本技术的机械手在第一种视角下的立体图；图3是本技术的机械手在第二种视角下的立体图；图4是本技术的机械手的正视图；图5是图4的b-b截面处的剖视图；图6是图4的c-c截面处的剖视图；图7是本技术的夹持机构的立体图；图8是本技术的搭接机构和偏转板的立体图；图9是本技术的机械手工作工作状态下的正视图。
18.图中标号为：1-夹持机构；1a-举升板；1b-第一夹持架；1c-第二夹持架；1d-第一双杆油缸；1d1-第一执行杆；1d2-第二执行杆；1e-剪叉架；1e1-第一转臂；1e2-第二转臂；1e3-固定筒；1f-抵接杆；1g-连杆件；1g1-第一导轨；1g2-第一滑块；1g3-第一连杆；1g4-第二连杆；1g5-第三连杆；1h-抵接盘；1i-弹簧；1j-抵接块；2-搭接机构；2a-第一搭接件；2a1-搭接辊；2a2-伺服电机；2a3-安置架；2a4-第一框体；2a5-第二框体；2a6-第一锥齿轮；2a7-第二锥齿轮；2a8-第四连杆；2a9-第五连杆；2a10-压力传感器；2a11-液压减震器；2a12-光电编码器；2a13-锥筒；2a14-第二导轨；2a15-第二滑块；2a16-限位销；2b-第二搭接件；2c-第二双杆油缸；3-偏转板；4-偏转调节机构；4a-第一单杆油缸；4b-第一固定钢；4c-第三双杆油缸；4c1-第三执行杆；4c2-第四执行杆；4d-第二固定钢；4e-第三固定钢；4f-第二单杠油缸；4g-第四固定钢；4h-第四双杆油缸；4h1-第五执行杆；4h2-第六执行杆；4i-第五固定钢；9a-腹板；9b-翼缘。
具体实施方式
19.为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
20.如图1-9所示，本技术提供：一种架设拱架的多维调节机械手，包括夹持机构，夹持机构包括举升板1a、第一夹持架1b、第二夹持架1c、第一双杆油缸1d、剪叉架1e、抵接杆1f和连杆件1g，第一夹持架1b和第二夹持架1c相向或背向滑动设置在举升板1a的顶部，第一双杆油缸1d固定设置在举升板1a上，第一双杆油缸1d的两端分别设有第一执行杆1d1和第二执行杆1d2，第一执行杆1d1与
第一夹持架1b连接，第二执行杆1d2与第二夹持架1c连接，两个剪叉架1e设置在第一夹持架1b和第二夹持架1c的相对侧，剪叉架1e的转动轴沿水平方向延伸，抵接杆1f同轴向贯穿剪叉架1e的转动轴并与其滑动配合，连杆件1g设置在第一夹持架1b和第二夹持架1c上，连杆件1g传动连接剪叉架1e和抵接杆1f，当抵接杆1f抵接拱架的腹板并相对剪叉架1e的转动轴滑动时，抵接杆1f通过连杆件1g引导剪叉架1e展开并抵接拱架的翼缘内侧。
21.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何稳定夹持倾斜的拱架。为此，本技术通过第一夹持架1b和第一夹持架1b上的抵接杆1f能够同轴夹持拱架的腹板，同时剪叉架1e能够展开并抵接拱架的翼缘内侧，从而能够稳定夹持拱架，以便于进行安装；具体地，将拱架放置在举升板1a的顶部，为拱架位于第一夹持架1b和第二夹持架1c之间，拱架包括腹板9a以及腹板9a两侧的翼缘9b，启动第一双杆油缸1d，使得第一执行杆1d1带动第一夹持架1b移动，而第二执行杆1d2带动第二夹持架1c移动，使得第一夹持架1b和第二夹持架1c在举升板1a上相向移动，而同轴贯穿剪叉架1e的转动轴的抵接杆1f抵接在腹板9a上两侧，而剪叉架1e继续移动并靠近腹板9a，同时抵接杆1f相对剪叉架1e发生滑动，而连杆件1g传动连接剪叉架1e和抵接杆1f，使得剪叉架1e靠近腹板9a并展开，从而使展开的抵接杆1f能够抵接在翼缘9b的内侧，进而稳定夹持拱架，以便于架设倾斜的拱架。
22.如图5和图7所示，进一步的：剪叉架1e包括第一转臂1e1、第二转臂1e2和固定筒1e3，两个固定筒1e3同轴设置在第一双杆油缸1d和剪叉架1e的相对侧，第一转臂1e1和第二转臂1e2的中间位置与固定筒1e3转动连接，抵接杆1f同轴滑动设置在固定筒1e3中；连杆件1g包括第一导轨1g1、第一滑块1g2、第一连杆1g3、第二连杆1g4和第三连杆1g5，第一导轨1g1设置在第一夹持架1b和第二夹持架1c中，第一导轨1g1沿竖直方向延伸，第一滑块1g2沿竖直方向滑动设置在第一导轨1g1上，第一连杆1g3的两端分别与抵接杆1f的外端以及第一滑块1g2转动连接，第二连杆1g4的两端分别与第二转臂1e2以及第一滑块1g2转动连接，第三连杆1g5的两端分别与第一转臂1e1以及第一滑块1g2转动连接，第一滑块1g2向上滑动时，第一转臂1e1和第二转臂1e2展开。
23.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是连杆件1g如何传动连接剪叉架1e和抵接杆1f。为此，本技术通过第一连杆1g3、第二连杆1g4和第三连杆1g5能够传动连接剪叉架1e和抵接杆1f，使得抵接杆1f抵接腹板9a并相对固定筒1e3滑动时，剪叉架1e能够展开并抵接翼缘9b的内侧，从而稳定夹持拱架；具体地，当第一夹持架1b和第二夹持架1c相向移动时，处于收拢状态的剪叉架1e移动至腹板9a和翼缘9b形成的沟槽中，抵接杆1f抵接在腹板9a的两侧后，固定筒1e3继续靠近腹板9a，抵接杆1f相对固定筒1e3发生滑动，抵接杆1f的外端通过第一连杆1g3带动第一滑块1g2在第一导轨1g1上向上滑动，而第一滑块1g2又通过第二连杆1g4和第三连杆1g5分别与第一转臂1e1和第二转臂1e2的上半部分转动连接，即使得处于收拢状态的第一转臂1e1和第二转臂1e2在腹板9a的两侧展开，使得展开的第一转臂1e1和第二转臂1e2能够抵紧翼缘9b的内侧，从而稳定固定拱架。
24.作为本技术的其他实施例，抵接杆1f的圆周面上设置有沿其轴向延伸的凹槽，且固定筒1e3内设置有沿其轴向延伸的凸条，凹槽与凸条滑动配合，以防止抵接杆1f在固定筒1e3中转动。
25.如图5所示，进一步的：夹持机构还包括抵接盘1h和弹簧1i，抵接盘1h同轴设置在抵接杆1f的内端，弹簧1i套设在抵接杆1f上，弹簧1i的两端分别抵接在抵接盘1h和固定筒1e3的相对端。
26.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何避免抵接杆1f在抵接腹板9a后，拱架相对连杆件1g发生滑动。为此，本技术通过在两个抵接杆1f的相对端设置抵接盘1h，从而增大连杆件1g与腹板9a的接触面积，进而增大摩擦力，能够使两个抵接盘1h稳定夹持腹板9a。
27.如图7所示，进一步的：夹持机构还包括抵接块1j，抵接块1j设置在第一转臂1e1和第二转臂1e2的两端。
28.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何使得第一转臂1e1和第二转臂1e2的两端稳定抵接翼缘9b的内侧。为此，本技术通过在第一转臂1e1和第二转臂1e2的两端设置抵接块1j，从而增大第一转臂1e1和第二转臂1e2与翼缘9b内侧的接触面积，进而增大摩擦力，使得剪叉架1e和抵接杆1f能够稳定抵接翼缘9b的内侧。
29.如图6所示，进一步的：还包括搭接机构和偏转板3，搭接机构包括结构完全相同的第一搭接件2a和第二搭接件2b，以及第二双杆油缸2c，夹持机构固定设置在偏转板3的顶部，第一搭接件2a和第二搭接件2b相向或背向滑动设置在偏转板3上，第一搭接件2a和第二搭接件2b位于夹持机构的两侧，第一搭接件2a包括搭接辊2a1和伺服电机2a2，搭接辊2a1沿水平方向延伸，且伺服电机2a2的输出轴与搭接辊2a1传动连接，第二双杆油缸2c设置在偏转板3上，第二双杆油缸2c两端的执行杆分别于第一搭接件2a和第二搭接件2b固定连接。
30.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何稳定托举拱架并调节夹持机构1的夹持位置。为此，本技术通过在偏转板3上设置搭接机构2，使得并通过第二双杆油缸2c能够同步调节第一搭接件2a和第二搭接件2b上的相对位置，当启动伺服电机2a2时，搭接辊2a1旋转，使搭接在第一搭接件2a和第二搭接件2b上拱架能够滑动，从而调节夹持机构1的夹持位置，同时通过调节第一搭接件2a和第二搭接件2b的相对位置，能够调节拱架和偏转板3的相对距离，以确保剪叉架1e能够正好抵接翼缘9b的内侧。
31.如图6所示，进一步的：第一搭接件2a还包括安置架2a3、第一框体2a4、第二框体2a5、第一锥齿轮2a6、第二锥齿轮2a7、第四连杆2a8、第五连杆2a9和压力传感器2a10，安置架2a3滑动设置在偏转板3上，第一框体2a4和第二框体2a5沿竖直方向滑动设置在安置架2a3内，搭接辊2a1的两端分别于第一框体2a4和第二框体2a5转动连接，第一锥齿轮2a6同轴设置在搭接辊2a1的一端，伺服电机2a2固定设置在第一框体2a4的底端，伺服电机2a2的输出轴贯穿第一框体2a4并与第二锥齿轮2a7同轴连接，第一锥齿轮2a6和第二锥齿轮2a7啮合，压力传感器2a10固定设置在安置架2a3内，压力传感器2a10的检测端朝上，第四连杆2a8的一端与第一框体2a4转动连接，第五连杆2a9的一端与第二框体2a5转动连接，第四连杆2a8和第五连杆2a9的另一端转动连接且搭接在压力传感器2a10的检测端。
32.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何确保拱架的重心正好位于第一搭接件2a和第二搭接件2b之间的中间顶部。为此，本技术通过压力传感器2a10能够检测搭接辊2a1的承受压力，而第二搭接件2b与第一搭接件2a的结构相同，使得第二搭接件2b同
一能够检测其承受压力，以便于通过旋转搭接辊2a1，使得拱架的重心移动至第一搭接件2a和第二搭接件2b的中间顶部；具体地，搭接辊2a1通过第一框体2a4和第二框体2a5在安置架2a3上沿竖直方向滑动，而第一框体2a4和第二框体2a5分别通过第四连杆2a8和第五连杆2a9作用与压力传感器2a10的顶部，使得搭接辊2a1所承受的压力能够直接作用于压力传感器2a10，同时启动伺服电机2a2，其输出轴通过第二锥齿轮2a7和第一锥齿轮2a6能够将扭矩传递给搭接辊2a1，使得搭接辊2a1能够带动拱架滑动。
33.如图6所示，进一步的：第一搭接件2a还包括液压减震器2a11和光电编码器2a12，两个液压减震器2a11均与安置架2a3的内部底端转动连接，两个液压减震器2a11的另一端分别于第四连杆2a8和第五连杆2a9转动连接，光电编码器2a12设置在第二框体2a5内，光电编码器2a12的输入端与搭接辊2a1的一端传动连接。
34.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是在夹持机构1夹持拱架后，如何监测拱架是否滑动以确保安全。为此，本技术通过在第二框体2a5中设置输入轴与搭接辊2a1传动连接的光电编码器2a12，当拱架在夹持机构1上滑动时，搭接辊2a1同步滑动，而光电编码器2a12能够实时监测搭接辊2a1是否发生转动，从而在拱架相对夹持机构1发生滑动时，能够精准预警而及时停止架设，同时通过液压减震器2a11能够使得第四连杆2a8和第五连杆2a9能够弹性托举搭接辊2a1，使得搭接辊2a1始终弹性抵接在拱架的内弧面，从而精准监测。
35.如图6所示，进一步的：第一搭接件2a还包括锥筒2a13，两个锥筒2a13同轴设置在搭接辊2a1上，两个锥筒2a13的锥面相对。
36.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何防止拱架沿轴向滑出搭接辊2a1。为此，本技术通过在搭接辊2a1上设置两个锥筒2a13，使得拱架能够在锥筒2a13锥面的引导下，抵接在搭接辊2a1上，且拱架在两侧锥筒2a13的限制下，能够防止拱架脱离搭接辊2a1，同时调节两个锥筒2a13在搭接辊2a1上的位置，能够适应定位不同宽度的拱架。
37.如图6所示，进一步的：第一搭接件2a还包括第二导轨2a14、第二滑块2a15和限位销2a16，第二导轨2a14设置在安置架2a3的内部两侧，安置架2a3沿竖直方向延伸，第二滑块2a15沿竖直方向滑动设置在第二导轨2a14上，第一框体2a4和第二框体2a5分别设置在两个第二滑块2a15的相对侧，限位销2a16固定设置在第二导轨2a14上，且限位销2a16位于第二滑块2a15的顶部。
38.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何使得第一框体2a4和第二框体2a5在安置架2a3内稳定滑动。为此，本技术通过第二导轨2a14和第二滑块2a15能够引导第一框体2a4和第二框体2a5在安置架2a3内稳定滑动，而限位销2a16能够防止第二滑块2a15向上脱离第二导轨2a14。
39.如图2、图3和图4所示，进一步的：还包括偏转调节机构4，偏转调节机构4包括第一单杆油缸4a、第一固定钢4b、第三双杆油缸4c、第二固定钢4d、第三固定钢4e、第二单杠油缸4f、第四固定钢4g、第四双杆油缸4h和第五固定钢4i，四个第一单杆油缸4a的输出杆与偏转板3的底端四角转动连接，两个第
一固定钢4b固定连接的两个第一单杆油缸4a的底端，第三双杆油缸4c的两端包括第三执行杆4c1和第四执行杆4c2，第三执行杆4c1和第四执行杆4c2分别与两个第一固定钢4b转动连接，第二固定钢4d与第三双杆油缸4c固定连接，两个第三固定钢4e与第二固定钢4d垂直固定连接，四个第二单杠油缸4f的输出轴与两个第三固定钢4e的两端转动连接，两个第四固定钢4g固定连接两个第二单杠油缸4f的底端，第四双杆油缸4h的两端包括第五执行杆4h1和第六执行杆4h2，第五执行杆4h1和第六执行杆4h2分别与两个第四固定钢4g的相对侧转动连接，第五固定钢4i固定连接第四双杆油缸4h和升降机。
40.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何调节偏转板3的倾斜角度以倾斜架设拱架。为此，本技术通过第一单杆油缸4a和第二单杠油缸4f能够稳定调节偏转板3的倾斜角度，从而便于倾斜架设拱架；具体地，一个第一固定钢4b稳定连接两个第一单杆油缸4a，当一个第一固定钢4b上的第一单杆油缸4a输出时，偏转板3相对第一固定钢4b发生偏转，而第三双杆油缸4c两端的第三执行杆4c1和第四执行杆4c2能够稳定调节两个第一固定钢4b之间的距离，使得第一固定钢4b能够稳定输出；第二固定钢4d和第三固定钢4e用于稳定连接第三双杆油缸4c和第二单杠油缸4f，而一个第四固定钢4g稳定连接两个第二单杠油缸4f，当一个第四固定钢4g上的第二单杠油缸4f输出时，第三固定钢4e相对第五固定钢4i发生偏转，而第四双杆油缸4h两端的第五执行杆4h1和第六执行杆4h2能够稳定调节两个第四固定钢4g之间的距离，使得第二单杠油缸4f能够稳定输出。
41.以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。