清仓机械手及煤仓清堵机器人的制作方法

本发明涉及一种清仓机械手、以及具有所述清仓机械手的煤仓清堵机器人。

背景技术：

现有技术中的地面煤仓，在使用过程中经常会出现板结问题，因此需要及时对板结煤层进行清理。常用的清理方式有两种：一种是手动清理，另一种是通过爆破方式清理。

手动清理需要工作人员进入地面煤仓，对板结煤层进行清理，清理效率低，并且由于煤仓内瓦斯和一氧化碳浓度比较高，容易引起工作人员中毒，且存在爆炸的安全隐患。

通过爆破的方式也可以清理板结煤层，然而此种方式需要控制好炸药的用量，如果炸药用量少，则无法有效清理板结煤层，如果炸药用量大，则容易损坏地面煤仓。

综上，现有技术中地面煤仓内板结煤层清理效率低，且存在安全性差等技术问题。

随着科技的进步，越来越多的工业机器人应用到煤炭行业，机械手的应用提高了生产的效率，节省了企业的开支，减轻了煤矿工人的劳动强度，并且提高了工作的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种清仓机械手，能够有效清理地面煤仓内的板结煤层。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

清仓机械手，包括由上向下依次连接的底座、机械手手臂以及扒落器；

在底座内安装有用于带动机械手手臂沿水平方向旋转的第一旋转驱动机构；

在机械手手臂上端配置有用于带动该机械手手臂在竖直面内摆动的第二旋转驱动机构；

扒落器安装于机械手手臂的下端，且为水平布置；

在扒落器内设有用于带动扒落器绕自身轴线旋转的第三旋转驱动机构；

扒落器的外侧表面设有用于对板结煤层进行清理的尖刺部。

优选地，第一旋转驱动机构、第二旋转驱动机构、第三旋转驱动机构采用气动驱动机构。

优选地，扒落器有两个，分别安装于机械手手臂的两个相对侧部，且轴线重合。

优选地，底座包括由上向下依次设置的一号底座壳体、二号底座壳体以及三号底座壳体；

其中，一号底座壳体的底部与二号底座壳体之间通过螺栓连接；

二号底座壳体位于三号底座壳体的顶部内侧；

在二号底座壳体与三号底座壳体的顶部之间安装有角接触球轴承；

第一旋转驱动机构位于一号底座壳体、二号底座壳体以及三号底座壳体内；

第一旋转驱动机构包括一号气动马达和一号rv减速器；

一号气动马达的马达座通过螺栓安装于二号底座壳体上；

一号气动马达的输出轴与一号rv减速器相连，并通过锁紧螺栓进行固定；

一号rv减速器的输出盘通过螺栓与三号底座壳体相连。

优选地，二号底座壳体的侧部设有一水平的第一放置台面；

三号底座壳体的顶部内侧设有一水平的第二放置台面；

第一放置台面和第二放置台面相平，且共同形成角接触球轴承的底部放置平面；

在角接触球轴承的顶部内侧和外侧还分别设有第一限位挡板和第二限位挡板；

其中，第一限位挡板与一号底座壳体的底部、二号底座壳体之间通过螺栓连接；

第二限位挡板与三号底座壳体之间通过螺栓连接。

优选地，机械手手臂包括t型支撑架、旋转主轴以及手臂本体；

t型支撑架的横板通过螺栓安装于底座的中部；

第二旋转驱动机构包括二号气动马达和二号rv减速器；

二号气动马达和二号rv减速器分别位于t型支撑架的竖板的两侧，其中：

二号气动马达的马达座通过螺栓安装于t型支撑架的竖板上；

二号气动马达的输出轴和二号rv减速器相连，并通过锁紧螺栓进行固定；

二号rv减速器的输出盘通过螺栓与旋转主轴连接；

手臂本体安装于旋转主轴上。

优选地，二号rv减速器外侧设有防护罩，防护罩通过螺栓安装于t型支撑架的竖板上；在防护罩上设有供旋转主轴穿过的主轴穿孔；

主轴穿孔处安装有定位隔套，定位隔套套置于旋转主轴上。

优选地，扒落器包括筒状的清理轮毂、以及套置于清理轮毂上的若干个尖刺部固定套；在清理轮毂的内侧设有一径向安装板；

径向安装板的端部通过螺栓安装于清理轮毂的内壁上；

第三旋转驱动机构包括三号气动马达；

三号气动马达的马达座通过螺栓安装于机械手手臂的下端；

三号气动马达从清理轮毂的一端伸入清理轮毂内；

在三号气动马达的马达座与清理轮毂的内壁之间安装有角接触球轴承；

三号气动马达的输出轴与径向安装板之间通过键连接；

在清理轮毂的另一端设有端部密封盖；

各个尖刺部固定套沿清理轮毂的长度方向均匀布置，各尖刺部固定套通过螺栓安装；

在每个尖刺部固定套的周向上布置有若干个尖刺部。

优选地，清理轮毂上还安装有压力传感器。

此外，本发明还提出了一种煤仓清堵机器人，以满足大型地面煤仓内清堵的要求。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

煤仓清堵机器人，包括控制器以及清仓机械手；其中，

清仓机械手采用上述清仓机械手；

控制器通过线路分别与第一旋转驱动机构、第二旋转驱动机构、第三旋转驱动机构相连。

本发明具有如下优点：

本发明中的清仓机械手具有三个自由度，其结构轻巧紧凑，能迅速响应控制命令，利于提高生产效率，利用该清仓机械手替代人工进入煤仓内部清理，使用方便，保证了清理作业的安全性和高效性。此外，本发明中的清仓机械手采用气动控制，其负载能力强，适用于易燃易爆物质的环境，完全可以满足煤仓内部作业环境的需求。另外，本发明中的清仓机械手还使用了具有旋转式结构的扒落器，在扒落器上设有尖刺部，能快速清理板结煤层。

附图说明

图1为本发明实施例中清仓机械手的结构示意图；

图2为本发明实施例中底座的结构示意图；

图3为本发明实施例中机械手手臂的结构示意图；

图4为本发明实施例中扒落器的结构示意图；

图5为本发明实施例中

其中，1-底座，2-机械手手臂，3-扒落器，4-第一旋转驱动机构，5-第二旋转驱动机构，6-第三旋转驱动机构，7-尖刺部，8-一号底座壳体，9-二号底座壳体；

10-三号底座壳体，11-角接触球轴承，12-一号气动马达，13-一号rv减速器，14-锁紧螺栓，15-一号花键轴，16-第一放置台面，17-第二放置台面，18-第一限位挡板；

19-第二限位挡板，20-唇形密封圈，21-安装通孔，22-观察孔，23-t型支撑架，24-旋转主轴，25-手臂本体，26-装配板，27-二号气动马达，28-二号rv减速器；

29-锁紧螺栓，30-二号花键轴，31-轴承端盖，32-防护罩，33-定位隔套，34-加强筋，35-进气口，36-清理轮毂，37-尖刺部固定套，38-径向安装板；

39-三号气动马达，40-圆螺母；41-角接触球轴，42-定位隔套，43-端部密封盖。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

本发明实施例1述及了一种清仓机械手。

如图1所示，清仓机械手包括由上向下依次连接的底座1、机械手手臂2和扒落器3。

其中，此处的方向仅仅是指图1中的方向，在使用时可能与上述方向不同。

在底座1内安装有第一旋转驱动机构4。

第一旋转驱动机构4作用在于带动机械手手臂2沿水平方向旋转，此为第一自由度。

在机械手手臂2上端配置有第二旋转驱动机构5。

第二旋转驱动机构5作用在于带动机械手手臂2在竖直面内进行摆动，此为第二自由度。

该摆动角度，例如可以是0度-90度范围之内。

即机械手手臂2在图1中向纸面外侧或内侧摆动的最大范围为水平状态。

扒落器3安装于机械手手臂2的下端，且为水平布置。

在扒落器3内设有第三旋转驱动机构6。

第三旋转驱动机构6作用在于带动扒落器3绕自身轴线旋转，此为第三自由度。

在扒落器3的外侧表面设有尖刺部7。

在扒落器3的高速旋转状态下，尖刺部7可以对板结煤层进行快速清理。

本发明实施例中的清仓机械手，由于具有上述三个自由度，因此结构轻巧紧凑，同时各旋转驱动机构能迅速响应控制命令，利于提高生产效率。

本实施例中各旋转驱动机构可以采用电动驱动，即利用旋转电机进行驱动。

优选地，第一旋转驱动机构4、第二旋转驱动机构5、第三旋转驱动机构6均采用气动驱动机构，即利用气动马达进行驱动，选择气动驱动方式的原因在于：

气动马达控制的清仓机械手具有安全，防爆等优点，在使用时不产生火花、过热、爆炸、短路(电)等危险因素，尤其适用于易燃、易爆、高温的作业环境(高瓦斯浓度煤仓)。

本实施例中扒落器3的数量可以有一个，也可以有两个。

当设置两个扒落器3时，两个扒落器3分别安装于机械手手臂2的两个相对侧部(例如左侧部、右侧部)，且两个扒落器3的轴线重合。

通过上述设计，利于增大清仓机械手的清理面积，提高清理效率。

下面结合附图2至附图4对本实施例中清仓机械手的具体结构进行详细说明：

如图2所示，底座1包括一号底座壳体8、二号底座壳体9以及三号底座壳体10。其中，一号底座壳体8、二号底座壳体9以及三号底座壳体10由上向下依次布置。

一号底座壳体8的底部与二号底座壳体9之间通过螺栓连接。

二号底座壳体9位于三号底座壳体10的顶部内侧。

在二号底座壳体9与三号底座壳体10的顶部之间安装有角接触球轴承11。

通过角接触球轴承11，使得三号底座壳体10可以相对于二号底座壳体9水平旋转。

第一旋转驱动机构4位于一号底座壳体8、二号底座壳体9以及三号底座壳体10内。

第一旋转驱动机构4包括一号气动马达12和一号rv减速器13。其中，

一号气动马达12的马达座通过螺栓安装于二号底座壳体9上。

一号气动马达12的输出轴与一号rv减速器13相连，并通过锁紧螺栓14进行固定。

具体的，一号气动马达12的输出轴与一号rv减速器13的一号花键轴15相连。

一号rv减速器13的输出盘通过螺栓与三号底座壳体10相连。

在一号气动马达12的带动下，三号底座壳体10相对于二号底座壳体9水平旋转。

下面对角接触球轴承11的安装结构进行详细说明：

在二号底座壳体9的侧部设有一水平的第一放置台面16。

在三号底座壳体10的顶部内侧也设有一水平的第二放置台面17。

第一放置台面16和第二放置台面17相平，且共同形成角接触球轴承11的底部放置平面。

一种优选方式，第一放置台面16与二号底座壳体9在加工时一体成型。同理，第二放置台面17与三号底座壳体10在加工时也可以一体成型。

将角接触球轴承11的底部放置于第一放置台面16和第二放置台面17上之后，需要考虑角接触球轴承11的上部限位问题，因此进行了如下设计：

在角接触球轴承11的顶部内侧和外侧还分别设有第一限位挡板18和第二限位挡板19。

第一限位挡板18具有与二号底座壳体9相适应的形状。

在安装时，将第一限位挡板18与一号底座壳体的底部、二号底座壳体之间通过螺栓连接。

第二限位挡板19与三号底座壳体10之间通过螺栓连接。

第一限位挡板18和第二限位挡板19均为环形结构。

此外，在角接触球轴承11的上侧还安装有唇形密封圈20，以实现密封。

在一号底座壳体8的顶部留有安装通孔21，用于实现第一旋转驱动机构4等的安装。

此外，在一号底座壳体8的侧部还留有观察孔22。

如图3所示，机械手手臂2包括t型支撑架23、旋转主轴24以及手臂本体25。

在三号底座壳体10的底部通过螺栓连接有一装配板26。

t型支撑架23由一竖板和一横板组成。其中：

t型支撑架23的横板通过螺栓安装于底座的中部，即装配板26的中部。

第二旋转驱动机构5包括二号气动马达27和二号rv减速器28。二号气动马达27和二号rv减速器28分别位于t型支撑架23的竖板的两侧(例如左侧和右侧)。

其中，二号气动马达27的马达座通过螺栓安装于t型支撑架23的竖板上。

二号气动马达27的输出轴和二号rv减速器28相连，并通过锁紧螺栓29进行固定。

具体的，二号气动马达27的输出轴与二号rv减速器28的二号花键轴30相连。

二号rv减速器28的输出盘通过螺栓与旋转主轴24连接。

手臂本体25安装于旋转主轴24上。具体的，

在旋转主轴24上洗出两个键槽，旋转主轴24的末端设计成锥形结构。

手臂本体25安装在旋转主轴24的右侧，利用键进行周向固定。

此外，本实施例还在旋转主轴24的末端加装轴承端盖31，进行轴向固定。

当然，在二号rv减速器28外侧还设有防护罩32。

防护罩32的一端开口，且开口端通过螺栓安装于t型支撑架23的竖板上。

在防护罩32(右端)上设有供旋转主轴24穿过的主轴穿孔(未示出)。

主轴穿孔处安装有定位隔套33，定位隔套套置于旋转主轴24上。

在二号气动马达27的带动下，手臂本体25可以在竖直面内进行摆动。

此外，手臂本体25内部为中空结构，以减轻重量。

在手臂本体25内由上向下依次布置有多个加强筋34，以提高手臂本体25的支撑强度。

在手臂本体25的下部设有进气口35，用于向下述三号气动马达供气。

如图4所示，扒落器3包括清理轮毂36以及若干个尖刺部固定套37。

其中，清理轮毂36呈筒状，且水平放置。

各个尖刺部固定套37均套置于清理轮毂36上，且沿清理轮毂36的长度方向均匀布置。

具体的，各个尖刺部固定套37分别通过螺栓进行安装。

如图5所示，在每个尖刺部固定套37的周向上布置有若干个尖刺部7。

尖刺部7的数量例如为四个、五个等等。

在清理轮毂36的内侧设有一径向安装板38。

径向安装板38的端部通过螺栓安装于清理轮毂36的内壁上。

第三旋转驱动机构6包括三号气动马达39。

径向安装板38的作用在于实现三号气动马达39与清理轮毂36的安装。

具体的，三号气动马达39的马达座通过螺栓安装于机械手手臂2的下端。

三号气动马达39从清理轮毂36的一端伸入清理轮毂36内。

在径向安装板38的中部设有安装孔(未示出)。三号气动马达39的输出轴与上述安装孔之间通过键连接。此外，三号气动马达39的输出轴端部通过圆螺母40安装。

在三号气动马达39的马达座与清理轮毂36的内壁之间安装有角接触球轴承41。

角接触球轴承41例如可以有两个。

角接触球轴承41利用轴承挡圈和定位隔套42进行轴向定位。

此外，在清理轮毂36的另一端设有端部密封盖43且采用螺栓连接。

本实施例还在清理轮毂36上安装有压力传感器(未示出)。当扒落器3接触到板结煤层后，会将该压力信号上传至下述控制器，由控制器控制第三旋转驱动机构6动作。

在三号气动马达39带动下，清理轮毂36高速旋转，尖刺部7可实现板结煤层快速清理。

本实施例中的清仓机械手具有结构轻巧、适用范围广，清理效率高等优点。

实施例2

本实施例2述及了一种煤仓清堵机器人，以满足大型地面煤仓内清堵的要求。

该煤仓清堵机器人包括控制器、气源以及上述实施例1中的清仓机械手。其中，气源通过管路为上述各个旋转驱动机构的气动马达供气。

尤其需要说明，当气源为三号气动马达39供气时，其供气管路可以经过手臂本体25下部的进气口35穿过，然后经手臂本体25向下，并连接到三号气动马达39的气路上。

控制器通过线路分别与第一旋转驱动机构4、第二旋转驱动机构5、第三旋转驱动机构6相连，控制器可以实现上述实施例1中清仓机械手的三自由度控制。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。