一种可回转的机械手及作业车的制作方法 专利技术说明

水利;给水;排水工程装置的制造及其处理技术1.本发明涉及工程机械领域，更进一步涉及一种可回转的机械手。此外，本发明还涉及一种作业车。背景技术：2.机械手是一种能够模仿人手臂运动的机械装置。它可以代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，提高工作效率，也可以代替人在危险有害的环境下工作，保障工作的安全性。在现今的生活中，机械手不仅广泛应用于机械制造、边坡修复等普通工作场景，还逐渐应用于军事排雷、核工业放射物处理等特殊工作场景。3.目前可移动作业的机械手其夹持装置基本上是多爪结构，通过多个夹爪的配合完成对目标物的夹持动作，多个夹爪需要设置多套控制系统，结构复杂。这些机械手仍然有存在不便的地方，比如：核工业废料清理作业中，当核工业放射物呈圆柱形且其中心轴线方向与夹挖装置形成的抱合空腔中心轴线方向不平行时，夹挖装置也难以找到合适的夹持点对其进行有效夹持，需要调整可移动底盘的位置或操控机械手将其拨动至合适位置方向，这无疑增加了操控难度，降低了工作效率。4.对于本领域的技术人员来说，如何更加贴合地实现夹取，是目前需要解决的技术问题。技术实现要素：5.本发明提供一种可回转的机械手，能够实现第二斗杆的旋转调节，从而可以实现不同角度的抓取操作，具体方案如下：6.一种可回转的机械手，包括依次铰接相连的立柱、动臂、第一斗杆，所述立柱和所述动臂之间设置动臂驱动器实现驱动，所述动臂和所述第一斗杆之间设置斗杆驱动器实现驱动；7.所述第一斗杆的末端连接第二斗杆，所述第一斗杆与所述第二斗杆之间设置第二回转驱动，所述第二回转驱动带动所述第二斗杆相对于所述第一斗杆围绕中心轴旋转，所述中心轴平行于所述第一斗杆的长度方向与所述第二斗杆的长度方向；8.所述第二斗杆的末端铰接设置挖斗，所述挖斗和所述第二斗杆之间设置挖斗驱动器实现驱动；所述第二斗杆的末端铰接设置夹爪，所述夹爪和所述第二斗杆之间设置夹爪驱动器实现驱动；所述挖斗和所述夹爪能够相互配合实现夹取。9.可选地，所述夹爪的深度小于所述挖斗的深度，所述夹爪能够伸入所述挖斗之内，以供所述挖斗独立工作实现挖掘操作。10.可选地，所述挖斗的侧壁靠近所述夹爪的边缘呈弧形；所述夹爪靠近所述挖斗的边缘呈弧形。11.可选地，所述夹爪的宽度为所述挖斗宽度的1/3-1/2。12.可选地，所述第二回转驱动上设置两个第二限位块，所述第二限位块用于限定所述第二斗杆的转动范围；13.所述立柱通过第一回转驱动转动安装于车体；所述第一回转驱动上设置两个第一限位块，所述第一限位块用于限定所述立柱的转动范围。14.可选地，所述斗杆驱动器与所述动臂之间铰接设置第一连杆；所述斗杆驱动器与所述第一斗杆之间设置第二连杆。15.可选地，所述动臂上设置用于监控所述挖斗挖掘状态的摄像头；16.所述动臂和所述第一斗杆上分别设置用于检测俯仰角度的角度传感器；17.所述立柱和所述第二斗杆设置用于检测回转角度的回转编码器。18.可选地，还包括数据处理单元，能够获取所述角度传感器和所述回转编码器的检测值；19.所述数据处理单元预设所述角度传感器和所述回转编码器的撤收状态初始值和展开状态目标值；20.所述数据处理单元将检测值与目标值对比，自动完成展开和回收动作。21.本发明还提供一种作业车，包括上述任一项所述的可回转的机械手。22.本发明提供一种可回转的机械手及作业车，立柱和动臂之间设置动臂驱动器实现驱动，可使动臂改变俯仰角度，动臂和第一斗杆之间设置斗杆驱动器实现驱动，可以使第一斗杆改变俯仰角度。第一斗杆的末端连接第二斗杆，第一斗杆与第二斗杆之间设置第二回转驱动，第二回转驱动带动第二斗杆相对于第一斗杆围绕中心轴旋转，从而改变第二斗杆的角度，第二斗杆的末端铰接设置挖斗，挖斗和第二斗杆之间设置挖斗驱动器实现驱动，在挖掘时利用第二回转驱动带动第二斗杆和挖斗调节角度，第二斗杆的末端铰接设置夹爪，所述夹爪和第二斗杆之间设置夹爪驱动器实现驱动；挖斗和夹爪能够相互配合实现夹取。在夹取操作时通过俯仰角度的调节以及第二斗杆的旋转，使夹取的角度与被夹物的角度相匹配，从而更加贴合地实现夹取操作。附图说明23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。24.图1为本发明提供的可回转的机械手撤收状态的示意图；25.图2为本发明提供的可回转的机械手展开状态的示意图；26.图3为第二斗杆从正置状态旋转到右偏置状态的俯视方向示意图；27.图4为第二斗杆向左偏置、正置、向右偏置状态的三种状态示意图；28.图5为本发明提供的可回转的机械手的工作流程示意图；29.图6为本发明提供的可回转的机械手自动调节流程示意图。30.图中包括：31.立柱1、动臂2、动臂驱动器21、摄像头22、第一斗杆3、斗杆驱动器31、第一连杆32、第二连杆33、第二斗杆4、第二回转驱动5、第二限位块51、夹爪6、夹爪驱动器61、挖斗7、挖斗驱动器71、第一回转驱动8、第一限位块81、角度传感器9。具体实施方式32.本发明的核心在于提供一种可回转的机械手，能够实现第二斗杆的旋转调节，从而可以实现不同角度的抓取操作。33.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的可回转的机械手及作业车进行详细的介绍说明。34.结合图1、图2，本发明提供一种可回转的机械手，包括依次铰接相连的立柱1、动臂2、第一斗杆3，立柱1和动臂2相互铰接，两者之间能够相对改变夹角的角度，立柱1和动臂2之间设置动臂驱动器21实现驱动，使动臂2调节自身所处的俯仰角度。动臂2和第一斗杆3相互铰接，两者之间能够相对改变夹角的角度，动臂2和第一斗杆3之间设置斗杆驱动器31实现驱动，使第一斗杆3调节自身所处的俯仰角度。35.第一斗杆3的末端连接第二斗杆4，第一斗杆3的两端分别连接第二斗杆4和动臂2。第一斗杆3和第二斗杆4保持同轴共线设置，两者之间无法调节夹角，只能够绕轴线相对旋转。第一斗杆3与第二斗杆4之间设置第二回转驱动5，第二回转驱动5带动第二斗杆4相对于第一斗杆3围绕中心轴旋转，中心轴平行于第一斗杆3的长度方向和第二斗杆4的长度方向。36.第二斗杆4的末端铰接设置挖斗7，挖斗7和第二斗杆4之间设置挖斗驱动器71实现驱动；第二斗杆4的末端铰接设置夹爪6，夹爪6和第二斗杆4之间设置夹爪驱动器61实现驱动；挖斗7和夹爪6能够相互配合实现夹取，对于设置一个挖斗7和一个夹爪6的结构来说，挖斗7的转轴平行于夹爪6的转轴，挖斗7和夹爪6能够相互张开或者闭合，从而实现夹取。本发明并不排除采用一个挖斗7配合两个夹爪6等其他情况的设置方式。37.结合图2，挖斗7和夹爪6相对设置，当需要张开时，挖斗驱动器71带动挖斗7远离夹爪6、同时夹爪驱动器61带动夹爪6远离挖斗7，挖斗7和夹爪6之间的空间增大。当需要闭合时，挖斗驱动器71带动挖斗7靠近夹爪6、同时夹爪驱动器61带动夹爪6靠近挖斗7，挖斗7和夹爪6之间的空间减小。38.动臂驱动器21、斗杆驱动器31、夹爪驱动器61、挖斗驱动器71可以采用油缸、电缸等伸缩装置，39.结合图3，当挖斗7和夹爪6配合夹取柱状目标物时，挖斗7和夹爪6之间的抱合空腔中心轴线与柱状目标物的轴线方向可能并不相同，为了与柱状目标物形成紧密的接触抓握配合，第二回转驱动5带动第二斗杆4旋转，使挖斗7和夹爪6之间的抱合空腔中心轴线与柱状目标物的轴线方向相同，能够对目标物形成更加紧密的握持配合，从而更好地对目标物施加作用力。40.在核工业废料清理或者军事排雷作业时，假设一圆柱形目标物置于地面，其中心轴线方向与夹挖装置形成的抱合空腔中心轴线方向呈一定角度l。不具备回转功能的机械手难以找到合适的夹持点对目标物进行有效夹持，并且夹持过程中还容易脱落。此时操作者需要先调整可移动底盘的位置，使角度l无限接近0°才方便进行夹持操作。本发明提供的机械手其斗杆具备回转功能，此时操作者可以直接操作第二回转驱动转动使角度l接近0°，便可以对目标物进行有效夹持操作；在作业完成后点击“一键回归零位”按键，第二回转驱动内的回转编码器就会采集第二斗杆的回转角度信息并反馈给控制器，经计算处理后控制器就会控制第二斗杆转动回初始零位状态，提升了操作的稳定性、适应性及工作效率。41.需要说明的是，挖斗7和夹爪6的运动相互独立，也即挖斗7和夹爪6可以只有一个动作，另一保持不动，挖斗7和夹爪6并不必须同步开合运动。42.在上述方案的基础上，夹爪6的深度小于挖斗7的深度，夹爪6能够伸入挖斗7之内，以供挖斗7独立工作实现挖掘操作。本发明提供的可回转的机械手不仅可以通过夹爪6和挖斗7相互配合夹取，还可以独立地由挖斗7进行挖掘操作，此时夹爪6朝向挖斗7移动，并移入挖斗7之内，夹爪6贴在挖斗7的内壁，从而预留足够的内部空间以供挖斗7挖取。43.结合图2，在军事排雷作业时，假设一小型地雷埋藏于土壤中，其上端约三分之一体积裸露在地表。普通的不具备挖掘功能的机械手由于目标物可夹持面积过小很难对其进行有效夹持。本发明提供的具备夹挖功能且第二斗杆可回转的机械手可轻松解决该问题。操作者可以先操作挖斗7对地雷附近的土壤进行挖掘清理，使土壤与地雷逐渐分离开，让地雷更多地裸露出来，再操作夹爪6配合挖斗7对其进行夹持或利用夹爪6将地雷拨入挖斗7内，挖斗7即可兜住地雷并运往指定安全地点；也可以直接操作挖斗17将地雷与其周围的土壤一同兜入挖斗17中并运往指定安全地点。44.挖斗7的侧壁靠近夹爪6的边缘呈弧形；夹爪6靠近挖斗7的边缘呈弧形，结合图1和图2所示，挖斗7和夹爪6形成中间宽、两侧窄的抓取空间，能够更好抓取柱状目标物。通常情况下，挖斗7的弧形下凹深于夹爪6的弧形下凹。45.优选地，本发明中的夹爪6的宽度为挖斗7宽度的1/3-1/2，包含两个端点值，既保证夹爪6能够完全伸入挖斗7，同时也能够在宽度方向具有足够的尺寸，夹持住状目标物时具有足够的稳定性。46.具体地，在第二回转驱动5上设置两个第二限位块51，第二限位块51用于限定第二斗杆4的转动范围；第二限位块51能够与第一斗杆3上设置的固定限位块配合形成阻碍，从而限定第二斗杆4的转动角度范围，使第二斗杆4在一定的角度范围内旋转，例如第二斗杆4的回转角度为±45°，第二斗杆4的转动范围在左右对称面为零位的±45°内，在这转动范围内可操作夹挖装置对多数呈不同姿态的物体进行有效夹持及挖掘动作，提升了操作的稳定性、适应性及工作效率。47.立柱1通过第一回转驱动8转动安装于车体；第一回转驱动8上设置两个第一限位块81，第一限位块81用于限定立柱1的转动范围；第一限位块81能够与车体上安装的固定限位块配合形成阻碍，从而限定立柱1的转动角度范围，使立柱1在一定的角度范围内旋转。48.第二回转驱动5和第一回转驱动8可以采用回转支承、轴承等回转结构。49.本发明的斗杆驱动器31与动臂2之间铰接设置第一连杆32；斗杆驱动器31与第一斗杆3之间设置第二连杆33；斗杆驱动器31的其中一端、第一连杆32和第二连杆33铰接于同一个铰接轴上，结合图1、图2，斗杆驱动器31的伸缩端铰接于第一连杆32和第二连杆33，通过斗杆驱动器31同时驱动第一连杆32和第二连杆33，可以使动臂2和第一斗杆3形成更大的运动幅度。50.结合图1，动臂2上设置用于监控挖斗7挖掘状态的摄像头22；摄像头22的拍摄方向为倾斜向前下方，能够在挖掘或者夹取时拍摄挖斗7的工作情况。51.动臂2和第一斗杆3上分别设置用于检测俯仰角度的角度传感器9，角度传感器9能够分别获取动臂2和第一斗杆3的俯仰角度。立柱1和第二斗杆4设置用于检测回转角度的回转编码器，回转编码器能够分别获取立柱1和第二斗杆4的角度和方位。位移传感器可以替代本发明中的角度传感器，实现相同功能。52.本发明的可回转的机械手还包括数据处理单元，数据处理单元能够获取角度传感器9和回转编码器的检测值；数据处理单元预设角度传感器9和回转编码器的撤收状态初始值和展开状态目标值；数据处理单元将检测值与目标值对比，自动完成展开和回收动作。53.结合图5、图6，本发明可回转的机械手的控制逻辑如下：54.程序设定角度传感器和回转编码器撤收状态初始值和展开状态目标值；机械手处于撤收状态；操作者在远程遥控端点击“一键展收”按键发出展开指令；检测动臂上的角度传感器的角度参数值；基于所检测的角度参数值识别动臂与可移动平台的相对位置；数据处理单元将检测值与目标值对比；控制器驱动动臂驱动器调整动臂的位置使动臂上角度传感器的角度参数值达到设定的展开状态目标值。55.检测第一回转驱动内回转编码器的参数值；基于所检测的参数值识别机械手与可移动平台的相对位置；数据处理单元将检测值与目标值对比；控制器驱动第一回转驱动调整机械手位置使第一回转驱动内回转编码器的参数值达到设定的展开状态目标值。56.检测第一斗杆上的角度传感器的角度参数值；基于所检测的角度参数值识别第一斗杆与动臂的相对位置；数据处理单元将检测值与目标值对比；控制器驱动斗杆驱动器调整第一斗杆的位置使第一斗杆上角度传感器的角度参数值达到设定的展开状态目标值；机械手完成展开动作。57.若没有进行第二斗杆转动的作业任务，则作业完成后操作者再次点击“一键展收”按键，机械手就会按照与展开步骤相反的控制逻辑并以撤收状态初始值为目标自动回到撤收状态。58.若进行了第二斗杆转动的作业任务，则作业完成后操作者点击“一键回归零位”按键后按照以下控制逻辑进行：59.检测第二回转驱动内回转编码器的参数值；基于所检测的参数值识别第二斗杆与第一斗杆的相对角度位置；数据处理单元将检测值与目标值对比；控制器驱动第二回转驱动调整第二斗杆位置使第二回转驱动内回转编码器的参数值达到设定的展开状态目标值；第二斗杆回到初始零位状态。60.随后操作者再点击“一键展收”按键，机械手就会按照与展开步骤相反的控制逻辑并以撤收状态初始值为目标自动回到撤收状态。61.本发明还提供一种作业车，包括上述的可回转的机械手，能够实现上述的技术效果。该作业车的其他结构请参考现有技术，本发明在此不再赘述。62.目前可移动作业的机械手不能集回转和挖掘功能于一体，作业时存在诸多不便。本发明涉及的具备夹挖功能且斗杆可回转的机械手功能种类更加丰富，可以适应更多的作业工况，在军事排雷、核工业废料处理等工作领域优势更加明显。不管地雷还是未知爆炸物或者核工业废料以何种样式存在，本发明提供的机械手均有对应方式将其进行有效夹持，并且更加可靠、高效，提升了操作的稳定性、适应性及工作效率。63.机械手通过提高自身自动化程度的方法来减少因自主性低、信号延迟所带来的操作风险。操作者只需要在远程遥控上点击“一键展收”按键，机械手便可以根据角度传感器和回转编码器采集的信息自动控制展开和撤收操作；点击“一键回归零位”按键，第二斗杆便可以根据回转编码器采集的信息自动进行回归原始零位操作；这样尽管在空间受限的情况下也不用因为担心信息远程传输延时而缓慢谨慎操作，也不用担心因手动操作不当而造成损伤甚至安全事故的问题，提升了操作的自主性及安全性。64.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。









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