[发明专利]一种钻孔机械臂有效

专利信息
申请号: 202010596154.7 申请日: 2020-06-28
公开(公告)号: CN111648720B 公开(公告)日: 2022-01-14
发明(设计)人: 王大伟;赵刚;程爽;齐孟星;冀晓莹;邱晓杰 申请(专利权)人: 中铁九局集团电务工程有限公司
主分类号: E21B7/02 分类号: E21B7/02;E21B7/04;E21B15/04;E21B3/02;E21B12/00;E21B44/00;B23P19/06
代理公司: 沈阳亚泰专利商标代理有限公司 21107 代理人: 许宇来
地址: 110000 辽宁*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 钻孔 机械
【权利要求书】:

1.一种钻孔机械臂,包括底座(2),其特征在于底座(2)上设置有旋转底座(9),旋转底座(9)上设置有主机械臂电机(11),主机械臂电机(11)的转轴与主机械臂(12)下端相连,主机械臂(12)上端设置有高度调节臂电机,高度调节臂电机的转轴与高度调节臂下端相连,高度调节臂上端设置有角度调节臂电机(18),角度调节臂电机(18)与角度调节臂(17)下端相连,角度调节臂(17)上端设置有钻孔臂(21);

所述高度调节臂包括第一高度调节臂(13)与第二高度调节臂(5),主机械臂上端设置第一高度调节臂电机(14),第一高度调节臂电机(14)的转轴与第一高度调节臂(13)下端相连,第一高度调节臂(13)上端设置第二高度调节臂电机(16),第二高度调节臂电机(16)转轴与第二高度调节臂(5)下端相连,第二高度调节臂(5)上端设置角度调节臂电机(18);

所述角度调节臂(17)上端设置有切换螺栓安装与钻孔的作业模式切换电机(20),作业模式切换电机(20)的转轴分别与螺栓安装臂(22)、钻孔臂(21)相连;

所述角度调节臂电机(18)上设置有光电传感器(19)的发射器,第一高度调节臂电机(14)上设置有光电传感器(19)的接收器;

所述主机械臂电机(11)上设置有距离传感器(10);

所述距离传感器(10)包括第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器;第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器与地面夹角分别对应45°、90°、135°方向,且三个距离传感器中轴线方向延长线交于主机械臂(12)的旋转中心;

主机械臂(12)的旋转轴为主机械臂电机(11)的转子旋转轴,经过高度调节后位于隧道截面圆的圆心位置,机械臂的总长度为半径且交于圆心,圆的切线垂直于经过切点的半径,机械臂与作业点垂直,角度调节臂(17)、主机械臂(12)、钻孔臂(21)在同一直线上,保证了钻孔臂与作业面的垂直;

当高度调节完毕,即主机械臂(12)的旋转轴位于隧道截面圆的圆心处,第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器位于隧道截面圆圆心的同心圆上,所以第一距离传感器、第二距离传感器和第三距离传感器测得到隧道壁的距离是相等的,将此时的值作为最终确定值;在最终确定值的基础上加上距离传感器(10)与主机械臂(12)旋转轴之间的距离后作为机械臂的整体作业半径长度,进行机械臂的伸展;机械臂长度,可根据测算的作业半径伸展设定长度;

角度调节臂(17)与主机械臂(12)始终保持在同一直线上,机械臂的调节长度值ΔX根据测量的作业半径R、钻孔臂(21)长度d、角度调节臂(17)长度c、主机械臂(12)计算长度a、预留长度Y来确定,其中X由第一高度调节臂和第二高度调节臂长度b及第一高度调节臂与第二高度调节臂的夹角θ确定;

计算如下:

由R=X+d+c+a+Y推出X=R-d-c-a-Y

长度调节值ΔX=X-X0,即X=ΔX+X0

由X=2bsin(θ/2),θ∈30°~180°,角度θ极限值为30度,X的初始值,X0为2bsin15°,推出θ=2arcsin(X/2b);

角度调节量Δθ=θ-θ0,即Δθ=θ-30°;

机械臂初始状态第一高度调节臂(13)与第二高度调节臂(15)夹角θ=30°;第一高度调节臂(13)与作业半径轴线夹角θ1与第二高度调节臂(15)与作业半径轴线夹角θ2相等,等于75°,角度调节臂(17)与作业半径轴线夹角为θ3;当θ值确定,第二高度调节臂电机(16)启动逆时针转动角度Δθ=θ-30°,然后第一高度调节臂电机(14)启动顺时针转动Δθ/2,然后角度臂电机(18)启动顺时针转动Δθ/2,使主机械臂(12)和角度调节臂(17)在同一直线上,同时通过光电传感器(19)进行校验,校验方式为:光电传感器(19)的接收器与反射器的安装轴线分别与主机械臂(12)和角度调节臂(17)的中心轴线重合,当接收器与发射器信号中断时,即为主机械臂(12)和角度调节臂(17)不在同一直线,屏幕预警提示;当接收器正常接收发射器信号时,说明主机械臂(12)和角度调节臂(17)在同一直线,屏幕显示正常;

通过所述主机械臂电机(11)的旋转角度进行高度控制,初始状态下,主机械臂(12)处于垂直地面位置;主机械臂电机(11)轴心距离钢轨所在平面高度为H,机械臂轴线初始角度为90°,作业高度为h,调节角度Δθ1为机械臂半径与垂直平面夹角,0≤Δθ1≤135°;当作业高度大于H时,Δθ1=90°-arcsin((h-H)/R),当作业高度小于H时,Δθ1=90°+arcsin((h-H)/R),R为作业半径。

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