CN105397842B - 路面切割机器人的伸缩臂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种路面切割机器人的伸缩臂，它包括依次连接的一级臂、二级臂和三级臂；所述一级臂与设于路面切割机器人上的回转臂固定连接，二级臂套装在一级臂内且与一级臂滑动连接，三级臂套装在二级臂内且与二级臂滑动连接。本发明的伸缩臂很好了解决了液压方式响应速度缓慢，难以精确控制，齿轮齿条方式定位难以精确，蜗杆方式效率低下，关节机械臂方式成本高的技术问题。

Description

路面切割机器人的伸缩臂
技术领域
本发明属于路面养护机械设备领域，具体涉及一种路面切割机器人的伸缩臂。
背景技术
目前在我国道路养护市场，在路面修补切割路面窨井盖圆周多采用锯片形式。然而，锯片形式切割有很多弊端。
比如，在路面修补切割时，开槽修补坑槽根据交通部文件，要求圆洞方补，斜洞正补的原则，所以需要切割出矩形的修补坑槽。但是传统的路面切割机由于使用锯片切割的限制，只能切直线，并且在切割时无法转弯，所以在切割时，切割出的矩形必然是一个“井”字形，因为圆形锯片进行直线切割形成矩形图案时，只有切出矩形的边才能和与切割线垂直的那一边进行交汇，所以 形成一个“井”字形图案，而且矩形的4个角均为尖角。在修补完以后，由于车辆的反复碾压摩擦，热胀冷缩等因素，在这4个尖角处将会产生应力集中的现象，形成新的裂缝，造成了新的路面损伤。而且传统的的路面切割机采取人工手持推行的方式进行切割，由于人工的误差，经常会将修补槽切歪，切斜，造成修补槽不是正规的矩形，这样不但不美观而且使得应力集中效应加大。
又比如，在路面窨井盖圆周切割时，传统的窨井盖圆周切割机同样采用锯片切割的方式，由于锯片是平面旋转，切割与其平面垂直的路面时，在切割缝内会不断的研磨和弯曲锯片，使得锯片切割寿命短。并且由于其工作调节装置的限制，造成切割大小只能局限于700mm~1800mm直径的圆形。并且传统的窨井盖圆周切割机进行圆心定位时极不方便，需要人工打入定位钉，切完以后还需要将定位钉取出，费时费力。
因此 ，开发一种新型的路面切割器械设备显得尤为重要。而在切割机械研发中，其机械臂的研发则是核心之一。现有的机械臂主要采用液压方式、齿轮齿条方式和蜗杆方式，但是，液压方式响应速度缓慢，难以精确控制；齿轮齿条方式定位难以精确；蜗杆方式效率低下；关节机械臂方式则成本高。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种路面切割机器人的伸缩臂。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述路面切割机器人的伸缩臂包括依次连接的一级臂、二级臂和三级臂；所述一级臂与设于路面切割机器人上的回转臂固定连接，二级臂套装在一级臂内且与一级臂滑动连接，三级臂套装在二级臂内且与二级臂滑动连接。
其中，所述一级臂内腔底部设有一级臂滑台底座，所述一级臂滑台底座上设有一级臂滑轨，一级臂滑轨上装有一级臂滑台；所述一级臂滑台底座一端设有一级臂电机，一级臂电机通过一级臂精密减速箱与固定在一级臂滑台底座另一端的一级臂滚珠丝杆连接；所述一级臂滚珠丝杆通过丝杆螺母与一级臂滑台连接；所述二级臂固定在一级臂滑台上，所述二级臂内腔底部设有二级臂滑台底座，所述二级臂滑台底座上设有二级臂滑轨，二级臂滑轨上装有二级臂滑台；所述二级臂滑台底座一端设有二级臂电机，二级臂电机通过二级臂精密减速箱与固定在二级臂滑台底座另一端的二级臂滚珠丝杆连接；所述二级臂滚珠丝杆通过丝杆螺母与二级臂滑台连接；所述三级臂固定在二级臂滑台上。所述一级臂电机和二级臂电机为伺服电机或者步进电机，优选为伺服电机。
所述一级臂内腔顶部和二级臂内腔顶部均设有顶部滚轮；所述一级臂滑台底座和二级臂滑台底座上均设有位置感应器。
所述三级臂前端设有垂直滑台，所述垂直滑台底端连接钻铣刀。
所述三级臂前端设有垂直滑台固定板，所述垂直滑台安装在垂直滑台固定板上；所述垂直滑台顶部设有垂直运动伺服电机；所述垂直滑台底端连接主轴电机，主轴电机底端连接钻铣刀刀夹，钻铣刀刀夹底端连接钻铣刀。
下面对本发明作进一步说明：
本发明中涉及的路面切割机器人包括底座；所述底座顶部设有回转臂，回转臂绕底座的中心轴线旋转；所述回转臂前端连接本发明所述的伸缩臂；所述伸缩臂前端设有垂直滑台；所述垂直滑台底端连接钻铣刀；所述路面切割机器人还包括总控制盒。本发明中，路面切割机器人的回转臂上搭载的一级臂，二级臂，三级臂以及垂直模块（垂直滑台等）绕底座的中心轴线进行旋转，并且回转臂内有伺服电机配合精密减速箱驱动回转驱动齿轮，使回转臂绕中心轴线进行旋转。一级臂固定在回转臂上，内部安装有滑台机构，二级臂安装于滑台上，可以达到自由伸缩的目的二级臂固定在一级臂滑台上，内部安装有滑台机构，三级臂安装于滑台上，可以达到自由伸缩的目的。三级臂固定在二级臂滑台上，顶端用于固定垂直滑台。
一级臂滑台用于承载二级臂，一级臂滑台通过滑块或滑轮等在一级臂滑轨上自由滑动。二级臂固定在一级臂滑台上并随一级臂滑台移动。二级臂滑台用于承载三级臂，二级臂滑台通过滑块或滑轮等在二级臂滑轨上自由滑动。三级臂固定在二级臂滑台上并随二级臂滑台移动。
一级臂伺服电机用于驱动一级臂滚珠丝杆转动，推动一级臂滑台在滑轨上运动；二级臂伺服电机用于驱动二级臂滚珠丝杆转动，推动二级臂滑台在滑轨上运动。即，一级臂伺服电机用于控制二级臂的直线伸缩运动；二级臂伺服电机用于控制三级臂直线伸缩运动。垂直运动伺服电机用于控制钻铣刀的垂直运动；回转臂伺服电机用于控制整个回转臂绕中心轴旋转；二级臂和三级臂的水平运动为同时同步的叠加直线运动。
顶部滚轮用于约束二级臂工作时在垂直方向上的跳动。位置感应器用于感应滑台运动的起始位置。
垂直运动伺服电机用于驱动垂直滑台做垂直运动。垂直滑台上固定有主轴电机，可以随垂直滑台做垂直运动。主轴电机是钻铣刀旋转切铣的动力来源。
钻铣刀刀夹用于夹持钻铣刀。钻铣刀用于切铣路面。
路面切割机器人采用圆柱坐标运动形式，为一台圆柱坐标运动机器人，其结构由支撑台，伸缩臂，切割主轴等部分组成。切割机器人伸缩臂围绕旋转轴进行旋转，伸缩臂进行水平伸缩，垂直滑台可以搭载主轴电机上下移动，在圆柱坐标运动方式下，切割主轴上的钻铣刀可以在路面铣切出圆形，矩形等各种图形，由于是采用钻铣刀切割，所以切割出的线性平整光滑，并且切割矩形时，可以根据程序设定，在矩形四角切割出合适大小的圆角，而且切割出的缝隙是完全闭合的，不会切出。路面切割机器人只需人工输入需要切出的矩形长宽数据，机器将全自动进行切割，不需要人工干预。在进行路面窨井盖圆周切割时，由于路面切割机器人使用圆柱坐标方式切割，伸缩臂最大可伸至2048mm长，所以切割圆周大小最小为0mm，最大可达4096mm，并且在圆周切割进行圆心定位时，路面切割机器人采取电控定位，不需要钉入定位钉，省去了打入定位钉和拔出定位钉人力和时间。
本发明所述伸缩臂的路面切割机器人是用于路面切割的一种圆柱坐标方式运动的机器人。可以用于道路养护坑洞修补时切割出修补坑槽；同时也可以用于路面窨井盖孔的圆周切割。用户使用手持触控屏控制器，将要切割图形的数据输入触控屏控制器，控制器通过无线或有线方式将图形数据发送至总控制盒内部的运动控制器以及PLC控制模块(如果是切割矩形图案，控制器会先根据用户输入的矩形长宽数据，计算出最合适的圆角半径，再将倒好圆角的矩形图案数据发送至运动控制器和PLC控制模块）。由运动控制器和PLC控制模块运算切铣路径数据并驱动路面切割机器人上的4台伺服电机相互配合运动，使主轴电机上的钻铣刀沿用户输入的图形路径进行路面切铣切割。
通过装有本发明伸缩臂的路面切割机器人切割出来的修补坑槽，槽壁表面光滑圆润，外观整齐美观，并且在矩形图案的四个角的位置为圆角，这样就避免了修补后坑槽四角位置产生应力集中现象，防止修补的坑洞再次裂开的危险。
使用装有本发明伸缩臂的路面切割机器人切割窨井盖槽，可以在0mm—4096mm之间任意旋转切割直径，可以适应不同的切割要求，满足不同井盖的需求。并且除了通过垂直滑台可以调节钻铣的深度以外，通过更换刀杆更长的钻铣刀可以达到更深的铣切深度。
总之，本发明的伸缩臂很好了解决了液压方式响应速度缓慢，难以精确控制，齿轮齿条方式定位难以精确，蜗杆方式效率低下，关节机械臂方式成本高的技术问题。装有本发明伸缩臂的路面切割机器人很好的解决了现有机器的弊端，可以将路面修补坑槽切割，和路面窨井盖圆周切割合二为一，达到一机多用的效果。并且路面切割机人具有智能化，自动化的优点，进行切割时，完全自主完成，不需要人工干预，节省人力与工作时间，并且在切割时，切割缝周边圆滑美观。
附图说明
图1为伸缩臂结构示意图；
图2为伸缩臂内部结构示意图；
图3为一级臂内部结构示意图。
图中：1、一级臂；2、二级臂；3、三级臂；4、回转臂；5、一级臂滑台底座；6、一级臂滑轨；7、一级臂滑台；8、一级臂伺服电机；9、一级臂滚珠丝杆；10、二级臂滑台底座；11、二级臂滑轨；12、二级臂滑台；13、二级臂伺服电机；14、二级臂滚珠丝杆；15、顶部滚轮；16、位置感应器；17、垂直滑台；18、钻铣刀；19、垂直滑台固定板；20、垂直运动伺服电机；21、主轴电机；22、钻铣刀刀夹；23、一级臂精密减速箱；24、二级臂精密减速箱；25、丝杆螺母。
具体实施方式
实施例1
参见图1至图3，所述路面切割机器人的伸缩臂包括依次连接的一级臂1、二级臂2和三级臂3；所述一级臂1与设于路面切割机器人上的回转臂4固定连接，二级臂2套装在一级臂1内且与一级臂1滑动连接，三级臂3套装在二级臂2内且与二级臂2滑动连接。
所述一级臂1内腔底部设有一级臂滑台底座5，所述一级臂滑台底座5上设有一级臂滑轨6，一级臂滑轨6上装有一级臂滑台7；所述一级臂滑台底座5一端设有一级臂电机8，一级臂电机8通过一级臂精密减速箱23与固定在一级臂滑台底座5另一端的一级臂滚珠丝杆9连接；所述一级臂滚珠丝杆9过丝杆螺母25与一级臂滑台7连接；所述二级臂7固定在一级臂滑台7上，所述二级臂7内腔底部设有二级臂滑台底座10，所述二级臂滑台底座10上设有二级臂滑轨11，二级臂滑轨11上装有二级臂滑台12；所述二级臂滑台底座10一端设有二级臂电机13，二级臂电机13通过二级臂精密减速箱24与固定在二级臂滑台底座10另一端的二级臂滚珠丝杆14连接；所述二级臂滚珠丝杆14过丝杆螺母25与二级臂滑台12连接；所述三级臂8固定在二级臂滑台12上。所述一级臂电机8和二级臂电机13为伺服电机。所述一级臂1内腔顶部和二级臂2内腔顶部均设有顶部滚轮15；所述一级臂滑台底座5和二级臂滑台底座10上均设有位置感应器16。所述三级臂8前端设有垂直滑台17，所述垂直滑台17底端连接钻铣刀18。所述三级臂8前端设有垂直滑台固定板19，所述垂直滑台17安装在垂直滑台固定板19上；所述垂直滑台17顶部设有垂直运动伺服电机20；所述垂直滑台17底端连接主轴电机21，主轴电机21底端连接钻铣刀刀夹22，钻铣刀刀夹22底端连接钻铣刀18。

Claims (4)

1.一种路面切割机器人的伸缩臂，其特征在于，所述伸缩臂包括依次连接的一级臂(1)、二级臂(2)和三级臂(3)；所述一级臂(1)与设于路面切割机器人上的回转臂(4)固定连接，二级臂(2)套装在一级臂(1)内且与一级臂(1)滑动连接，三级臂(3)套装在二级臂(2)内且与二级臂(2)滑动连接；所述一级臂(1)内腔底部设有一级臂滑台底座(5)，所述一级臂滑台底座(5)上设有一级臂滑轨(6)，一级臂滑轨(6)上装有一级臂滑台(7)；所述一级臂滑台底座(5)一端设有一级臂电机(8)，一级臂电机(8)通过一级臂精密减速箱(23)与固定在一级臂滑台底座(5)另一端的一级臂滚珠丝杆(9)连接；所述一级臂滚珠丝杆(9)通过丝杆螺母(25)与一级臂滑台(7)连接；所述二级臂(2)固定在一级臂滑台(7)上，所述二级臂(2)内腔底部设有二级臂滑台底座(10)，所述二级臂滑台底座(10)上设有二级臂滑轨(11)，二级臂滑轨(11)上装有二级臂滑台(12)；所述二级臂滑台底座(10)一端设有二级臂电机(13)，二级臂电机(13)通过二级臂精密减速箱(24)与固定在二级臂滑台底座(10)另一端的二级臂滚珠丝杆(14)连接；所述二级臂滚珠丝杆(14)通过丝杆螺母(25)与二级臂滑台(12)连接；所述三级臂(3)固定在二级臂滑台(12)上；所述三级臂(3)前端设有垂直滑台(17)，所述垂直滑台(17)底端连接钻铣刀(18)。
2.如权利要求1所述路面切割机器人的伸缩臂，其特征在于，所述一级臂电机(8)和二级臂电机(13)为伺服电机或者步进电机。
3.如权利要求1所述路面切割机器人的伸缩臂，其特征在于，所述一级臂(1)内腔顶部和二级臂(2)内腔顶部均设有顶部滚轮(15)；所述一级臂滑台底座(5)和二级臂滑台底座(10)上均设有位置感应器(16)。
4.如权利要求3所述路面切割机器人的伸缩臂，其特征在于，所述三级臂(3)前端设有垂直滑台固定板(19)，所述垂直滑台(17)安装在垂直滑台固定板(19)上；所述垂直滑台(17)顶部设有垂直运动伺服电机(20)；所述垂直滑台(17)底端连接主轴电机(21)，主轴电机(21)底端连接钻铣刀刀夹(22)，钻铣刀刀夹(22)底端连接钻铣刀(18)。
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