[发明专利]一种滚刀更换机械手用末端执行器及其使用方法

说明书

本发明公开了一种滚刀更换机械手用末端执行器及其使用方法，解决的技术问题是人工换刀作业存在极大的安全风险，且换刀效率低，无法满足掘进机安全快速掘进的要求。本发明包括夹持机构，夹持机构上设有卡盘拧动机构，所述的夹持机构由驱动II驱动，卡盘拧动机构由驱动I驱动。本发明通过夹持机构和卡盘拧动机构的设置，实现刀具系统的自动拆除，结构动作简单、便于机器人化的实施。

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种隧道掘进机上用于滚刀更换的机械手用末端执行器及其使用方法。

背景技术

全断面掘进机施工过程中刀具消耗大、更换频繁，刀具检测及换刀作业时间占隧道施工周期的10%以上，现有刀具检测与换刀工作主要依赖人工作业。而全断面掘进机掘进过程中面临高压、高湿等极端运行环境，人工换刀作业存在极大的安全风险，且换刀效率低，无法满足掘进机安全快速掘进的要求。目前，国内外相关研究机构都在开展全断面掘进机换刀机器人技术研究，以替换人工换刀作业。全断面掘进机换刀机器人技术研究已成为隧道掘进领域的全球热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是人工换刀作业存在极大的安全风险，且换刀效率低，无法满足掘进机安全快速掘进的要求，提供一种高效安全的“机器换人”作业模式实现刀具检测与换刀作业的滚刀更换机械手用末端执行器及其使用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种滚刀更换机械手用末端执行器，包括夹持机构，夹持机构上设有卡盘拧动机构，所述的夹持机构由驱动II驱动，卡盘拧动机构由驱动I驱动。

所述的驱动I为液压马达，驱动II为液压油缸。

所述的夹持机构包括安装板，安装板上设有手指滑轨，安装板下部设有移动手指和固定手指，固定手指固定在安装板上，移动手指通过手指滑轨与安装板滑动连接，液压油缸的底座固定在安装板上，液压油缸的活塞杆与移动手指连接。

所述的卡盘拧动机构包括卡盘和卡板，液压马达固定在安装板上部，液压马达的输出轴穿过安装板与卡盘连接，卡板设置在卡盘的下表面上。

所述的卡板包括I号卡板和II号卡板，I号卡板和II号卡板在卡盘上对称设置。

所述与卡盘拧动机构相配合设有刀具系统，所述的刀具系统包括刀筒，刀筒内设有刀具，与刀筒相配合设有刀具锁紧机构，所述刀具与刀筒之间通过楔形面配合。

所述的刀具锁紧机构包括卡块，与卡块滑动配合设有滑块，滑块上设有卡盘，卡盘中间设有旋转轴，卡盘上设有卡板。

一种滚刀更换机械手用末端执行器的使用方法，包括采用末端执行器拆卸刀具系统的方法和安装刀具的方法，所述拆卸刀具系统的方法为先通过卡盘拧动机构使刀具锁紧机构中I号滑块与II号滑块同时缩回滑槽内，然后利用末端执行器中夹持机构向内卡紧刀具锁紧机构并将其拆出；所述安装刀具的方法为先夹持机构向外撑住刀具并通过旋转刀具使其卡紧刀筒；再利用夹持机构向内卡紧刀具锁紧机构中的卡块并将其放入刀筒内并锁紧。

所述拆卸刀具系统的方法具体包括以下步骤：①拆除刀具锁紧部分：首先通过卡盘拧动机构上的I号卡板和II号卡板分别与刀具锁紧机构中的III号卡板和IV号卡板相配合，通过液压马达旋转带动卡盘转动使刀具锁紧机构中I号滑块与II号滑块同时缩回滑槽内，然后利用末端执行器中夹持机构上的I号油缸和II号油缸使I号移动手指与I号固定手指形成配合抓手、II号移动手指与II号固定手指形成配合抓手，并同时向内卡紧刀具锁紧机构中卡块并将其拆出；

②拆除刀具部分：首先通过末端执行器夹持机构上的I号油缸和II号油缸使I号移动手指与I号固定手指、II号移动手指与II号固定手指形成配合抓手，并同时向外撑紧刀具中的刀轴座，旋转刀具利用抓手将刀具抽出。

所述安装刀具系统的方法包括以下步骤：①安装刀具：末端执行器中的夹持机构向外撑住刀具中的刀轴座并通过旋转刀具使其卡紧刀筒；