自定位快速抓取管片机械手.pdf

一种应用于隧道工程施工机械行业中的自定位快速抓取管片机械手，由旋转环、驱动装置、悬臂梁、提升架、四滚轮、抓取平台、抓取油缸、抓取头等组成，将隧道的轴线方向设为X轴，隧道径向水平方向为Y轴，隧道径向垂直方向为Z轴；旋转环与固定环的轴线与X轴重合，驱动装置固定在固定环上，其液压马达经过减速箱驱动小齿轮，从而带动大齿圈及与大齿圈联接的旋转环绕X轴旋转，从而带动与旋转环相联接的提升架转动；悬臂梁沿盾构机的轴向且平行地固定在盾构机的壳体内侧，在悬臂梁的外侧分别设有供四滚轮滚动的槽形轨道，四滚轮分别固定于固定环的两侧内壁，二平移油缸的缸体固定在悬臂梁上，其活塞杆与固定环铰接固定。该装置具有全方位管片安装功能，实现管片到达任意预定安装位置，抓取头更灵活，实现四种运动，有效提高管片拼装效率。

1.  一种自定位快速抓取管片机械手，整个装置由旋转环、固定环、驱动装置、悬臂梁、槽形轨道、二平移油缸、二导向柱、四导向套、二提升油缸、提升架、四滚轮、抓取平台、抓取油缸、偏转油缸、三倾斜油缸、定位杆、关节轴承、抓取头组成，其特征在于：将隧道的轴线方向发为X轴，隧道径向水平方向为Y轴，隧道径向垂直方向为Z轴；旋转环与固定环的轴线与X轴重合，驱动装置固定在同定环上，其液压马达经过减速箱驱动小齿轮，从而带动大齿圈及与大齿圈联接的旋转环绕X轴旋转，从而带动与旋转环相联接的提升架转动；悬臂梁沿盾构机的轴向且平行地固定在盾构机的壳体内侧，在悬臂梁的外侧分别设有供四滚轮滚动的槽形轨道，四滚轮分别固定于固定环的两侧内壁，二平移油缸的缸体固定在悬臂梁上，其活塞杆与固定环铰接固定，在二平移油缸伸缩时带动固定环上的四滚轮在槽形轨道内滚动，即整个结构沿X轴移动；四导向套平行固定于旋转环的两侧，二提升油缸的缸体与二导向柱的上端联接固定，二提升油缸的活塞杆端与旋转环铰接固定，二提升油缸伸缩时带动二导向柱沿四导向套滑动，二导向柱下端与提升架同定联接，从而带动抓取平台沿Z轴移动；抓取平台为Y形支架，提升架通过三倾斜油缸分别与抓取平台的三个顶点相饺接，三倾斜油缸的伸缩可以带动抓取平台绕Y轴及X轴摆动，偏转油缸一端与提升架相铰接，另一端与抓取平台相铰接，偏转油缸的伸缩可以带动抓取平台绕Z轴转动，抓取油缸位于抓取平台中心位置，起到连接、提升和抓紧管片的作用，定位杆同定在提升架上，与抓取平台上的关节轴承配合，限制抓取平台在XZ平面内的位移。

自定位快速抓取管片机械手
技术领域：
本发明涉及一种隧道工程施工机械的自定位快速抓取管片机械手，特别涉及盾构机管片拼装机。
背景技术：
管片拼装设备是隧道施工用盾构掘进机的重要组成部件之一，盾构机向前推进一段距离后，管片拼装设备立即开始工作，将管片及时拼装成隧道衬砌，管片拼装设备的性能直接影响到隧道成型质量及工程施工的进度。现有技术虽然可以实现管片旋转角度和位置的要求，但由于其与管片连接的转动平台仅可以实现两个运动：绕隧道径向水平力向及绕隧道径向铅垂力向的转动，其余的运动都是通过大行程的油缸和驱动装置来实现的，显然，其转动平台的运动并不灵活，即在管片旋转到预定角度后对于管片的姿态调整方面存在局限，对于隧道的成型质量会有一定的影响。因此研制一种自定位快速抓取管片机械手是急需解决的新课题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种改进现有技术的不足，具有全方位管片安装功能，实现管片到达任意预定安装位置，抓取头更灵活，实现四种运动，有效提高管片拼装效率，管片的姿态调整更简便，使管片拼装效率更高，隧道成形质量更有保证的自定位快速抓取管片机械手。
本发明的目的是这样实现的：自定位快速抓取管片机械手，整个装置由旋转环、同定环、驱动装置、悬臂梁、槽形轨道、二平移油缸、二导向柱、四导向套、二提升油缸、提升架、四滚轮、抓取平台、抓取油缸、偏转油缸、三倾斜油缸、定位杆、关节轴承、抓取头组成，将隧道的轴线方向设为X轴，隧道径向水平方向为Y轴，隧道径向垂直方向为Z轴；旋转环与固定环的轴线与X轴重合，驱动装置固定在固定环上，其液压马达经过减速箱驱动小齿轮，从而带动大齿圈及与大齿圈联接的旋转环绕X轴旋转，从而带动与旋转环相联接的提升架转动；悬臂梁沿盾构机的轴向且平行地固定在盾构机的壳体内侧，在悬臂梁的外侧分别设有供四滚轮滚动的槽形轨道，四滚轮分别固定于固定环的两侧内壁，二平移油缸的缸体固定在悬臂梁上，其活塞杆与固定环铰接固定，在二平移油缸伸缩时带动固定环上的四滚轮在槽形轨道内滚动，即整个结构沿X轴移动；四导向套平行固定于旋转环的两侧，二提升油缸的缸体与二导向柱的上端联接固定，二提升油缸的活塞杆端与旋转环铰接同定，二提升油缸伸缩时带动二导向柱沿四导向套滑动，二导向柱下端与提升架固定联接，从而带动抓取平台沿Z轴移动；抓取平台为Y形支架，提升架通过三倾斜油缸分别与抓取平台的三个顶点相铰接，三倾斜油缸的伸缩可以带动抓取平台绕Y轴及X轴摆动，偏转油缸一端与提升架相铰接，另一端与抓取平台相铰接，偏转油缸的伸缩可以带动抓取平台绕Z轴转动，抓取油缸位于抓取平台中心位置，起到连接、提升和抓紧管片的作用，定位杆固定在提升架上，与抓取平台上的关节轴承配合，限制抓取平台在XZ平面内的位移。
本发明的要点在于它的结构及工作原理。其工作原理是，驱动装置的小齿轮驱动固定在旋转环上的大齿圈，从而带动旋转环在固定环内转动，抓取头的提升、平移以及一些调节微动分别由若干大小和行程不等的液压缸完成，拼装机的所有运动均为液压驱动，利用无线遥控器实现管片的拼装。
自定位快速抓取管片机械手与现有技术相比，具有全方位管片安装功能，实现管片到达任意预定安装位置，抓取头更灵活，实现四种运动，有效提高管片拼装效率，管片的姿态调整更简便，使管片拼装效率更高，隧道成形质量更有保证等优点，将广泛地应用于隧道工程施工机械行业中。
附图说明：
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1大的左视图。
图3为本发明的管片桥的结构示意图。
图4为本发明的抓取平台部位的结构示意图。
具体实施方式：
参照附图，自定位快速抓取管片机械手，整个装置由旋转环1、固定环2、驱动装置3、悬臂梁4、槽形轨道5、二平移油缸6、二导向柱7、四导向套8、二提升油缸9、提升架10、四滚轮11、抓取平台12、抓取油缸13、偏转油缸14、三倾斜油缸15、定位杆16、关节轴承17、抓取头18组成，将隧道的轴线方向设为X轴，隧道径向水平方向为Y轴，隧道径向垂直方向为Z轴；旋转环1与固定环2的轴线与X轴重合，驱动装置3固定在固定环2上，其液压马达经过减速箱驱动小齿轮，从而带动大齿圈及与大齿圈联接的旋转环1绕X轴旋转，从而带动与旋转环1相联接的提升架10转动；悬臂梁4沿盾构机的轴向且平行地固定在盾构机的壳体内侧，在悬臂梁4的外侧分别设有供四滚轮11滚动的槽形轨道5，四滚轮11分别固定于固定环2的两侧内壁，二平移油缸6的缸体固定在悬臂梁4上，其活塞杆与固定环2铰接固定，在二平移油缸6伸缩时带动固定环2上的四滚轮11在槽形轨道5内滚动，即整个结构沿X轴移动；四导向套8平行同定于旋转环1的两侧，二提升油缸9的缸体与二导向柱7的上端联接固定，二提升油缸9的活塞杆端与旋转环1铰接固定，二提升油缸9伸缩时带动二导向柱7沿四导向套8滑动，二导向柱7下端与提升架10固定联接，从而带动抓取平台12沿Z轴移动；抓取平台12为Y形支架，提升架10通过三倾斜油缸15分别与抓取平台12的三个顶点相铰接，三倾斜油缸15的伸缩可以带动抓取平台12绕Y轴及X轴摆动，偏转油缸14一端与提升架10相铰接，另一端与抓取平台12相铰接，偏转油缸14的伸缩可以带动抓取平台12绕Z轴转动，抓取油缸13位于抓取平台12中心位置，起到连接、提升和抓紧管片的作用，定位杆16同定在提升架10上，与抓取平台12上的关节轴承17配合，限制抓取平台12在XZ平面内的位移。
提升架10可实现绕X轴的转动、沿X轴及Z轴的位移，这三个大的位移用于快速定位管片，抓取头18可实现四种运动：绕X轴、Y轴、Z轴的转动及沿Z轴的平移，这四个较小位移用于管片到达预定角度后，在就位前的姿态调整，从而保证管片的安装既快速又简便。