專利名稱：高爐爐頂維修機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高爐爐頂維修用工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，屬于特種大型工業(yè)機(jī)器 人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在企業(yè)特大型設(shè)備維修過程中，往往會(huì)遇到一些困難，或者危險(xiǎn)，例如對(duì)體積為 2500立方米高約40米的高爐爐頂(如圖l)的維修，對(duì)高爐錐形頂部?jī)?nèi)部的焊接預(yù) 埋鋼腳和噴耐火材料就是一項(xiàng)難度很大的工作。現(xiàn)在這項(xiàng)工作都是由人工來完成，不 但效率低，質(zhì)量差，工人也有掉落下來的危險(xiǎn)，對(duì)生命造成威脅。于是考慮使用大型 工業(yè)機(jī)器人來代替工人進(jìn)行作業(yè)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種高爐爐頂維修運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 使得作業(yè)工具焊槍和噴頭等能夠首先伸到高爐爐膛內(nèi)壁，然后沿內(nèi)壁進(jìn)行圓周旋轉(zhuǎn)作 業(yè)，在完成一圈之后，伸縮臂根據(jù)工況進(jìn)行伸縮，之后作業(yè)工具能夠升降到另一個(gè)需 要作業(yè)的位置，從而可使作業(yè)工具沿著爐膛的壁面進(jìn)行作業(yè)，提高工作效率，節(jié)約了 人力成本和降低了危險(xiǎn)系數(shù)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度好，運(yùn)動(dòng)位置能夠由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確控制。為達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的構(gòu)思是根據(jù)高爐自身的圓柱狀的特點(diǎn)，發(fā)明了圓柱坐標(biāo)式機(jī)械結(jié)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)能夠很好地 完成高爐的圓錐形頂部?jī)?nèi)壁表面上的作業(yè)。該圓柱坐標(biāo)式機(jī)械結(jié)構(gòu)為空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 有三個(gè)自由度，主要有四個(gè)部分組成，包括支撐架、轉(zhuǎn)臺(tái)(如圖2)、升降臺(tái)(升降架如圖l)、伸縮臂(如圖5)等，轉(zhuǎn)臺(tái)、升降臺(tái)和伸縮臂各實(shí)現(xiàn)一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。支撐架是一個(gè)大型的整體式殼體造型，上面帶有吊環(huán)，用于吊車的吊送，頂部有法蘭， 可以依托法蘭將機(jī)器人固定于高爐壁溜槽布料機(jī)的安裝人孔上，端部開有線孔，便于 電纜、耐火材料輸送管和焊絲等在殼體內(nèi)部通過，通至機(jī)器人作業(yè)工具處。轉(zhuǎn)臺(tái)由底箱和臺(tái)面組成，底箱固定在支撐架上，臺(tái)面和底箱通過滾子式旋轉(zhuǎn)支撐 裝置連接，滾子式旋轉(zhuǎn)支撐裝置能夠有效降低摩擦與磨損，承載能力大，能承受較大的傾覆力矩，結(jié)構(gòu)緊湊；在底箱內(nèi)壁上安裝有齒輪箱，它的輸出軸穿出底箱并與臺(tái)面 固定連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪箱的輸入軸，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。底箱中可以裝配電器設(shè) 備和工作設(shè)備等，其電纜、耐火材料輸送管和焊絲等可以通過轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸的空腔與上 方的作業(yè)工具連接。升降臺(tái)包含一個(gè)升降架，升降架有上下兩個(gè)滑軌，升降架的下滑軌固定在轉(zhuǎn)臺(tái)的 臺(tái)面上，下滑軌既能作為升降架的支座，又可安裝滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，滑塊螺母可在 其上滑動(dòng)；升降架采用叉式機(jī)構(gòu)，四根連桿由連接軸連接，其上部和下部通過滑塊與 滑軌連接，下部滑塊由滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)。伸縮臂是一個(gè)兩級(jí)伸縮殼體結(jié)構(gòu)，伸縮臂第一節(jié)固定在升降臺(tái)的頂板上；伸縮臂 第二節(jié)上裝有齒輪，與第一節(jié)上安裝的齒條嚙合傳動(dòng)，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，第二節(jié)可以 沿第一節(jié)內(nèi)壁做伸縮運(yùn)動(dòng)；伸縮臂第三節(jié)用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠和裝在伸縮臂第 二節(jié)上的螺母導(dǎo)塊配合運(yùn)動(dòng)，從而使第三節(jié)運(yùn)動(dòng)，伸縮臂第三節(jié)頂端可以安裝噴頭， 焊槍等作業(yè)工具。根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種高爐爐頂維修機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)與高爐爐頂人孔固定連接而處于高爐爐 頂內(nèi)腔的支撐架，其特征在于所述的支撐架上安裝一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心處于高 爐爐頂?shù)闹行奶帲凰龅霓D(zhuǎn)臺(tái)上安裝一個(gè)升降臺(tái)；所述的升降臺(tái)上安裝一個(gè)伸縮臂。上述的支撐架是一個(gè)呈"L"形的整體式殼體，由頭部、"L"形殼體和端部焊接 構(gòu)成，其頭部的進(jìn)口成斜面與高爐爐頂?shù)娜丝灼ヅ涔潭ㄟB接；端部與所述的轉(zhuǎn)臺(tái)固定 連接，頭部和端部與"L"形殼體連接界面處均有線孔，連接處有筋板，頭部上有吊 環(huán)。上述的轉(zhuǎn)臺(tái)是 一個(gè)底箱與所述的支撐架的端部固定連接，底箱頂部?jī)?nèi)壁安裝一 個(gè)齒輪箱，齒輪箱下面安裝一個(gè)電機(jī)，電機(jī)經(jīng)齒輪箱傳動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的磚軸，該轉(zhuǎn)軸為為空 心轉(zhuǎn)軸，伸出底箱頂端，轉(zhuǎn)軸的頂端通過一個(gè)頂蓋固定連接一個(gè)臺(tái)面，臺(tái)面下方有一 個(gè)固定的底盤，臺(tái)面下面固定連接一個(gè)支撐體，支撐體上裝有圓錐滾子支撐圈與底盤 的凹槽形成滾動(dòng)支撐。上述的升降臺(tái)是由一塊頂板和兩個(gè)折疊式升降架構(gòu)成；兩個(gè)折疊式升降架平行 排列，下端的兩根下滑軌與臺(tái)面固定連接，兩套叉形鉸鏈連桿的下端兩側(cè)與兩個(gè)螺母 滑塊鉸連，螺母滑塊與下滑軌滑配， 一根由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿與下滑軌平行安裝，螺桿 與兩個(gè)螺母滑塊旋配，兩個(gè)螺母滑塊的螺紋旋轉(zhuǎn)方向相反，連桿通過銷釘相互鉸連，連桿上端與上滑塊鉸連，上滑塊與上滑軌滑配，上滑軌與頂板固定連接。上述的伸縮臂為兩級(jí)伸縮機(jī)構(gòu)第一節(jié)固定管固定安裝在所述的頂板上；第二節(jié) 滑動(dòng)管滑動(dòng)套裝在第一節(jié)固定管內(nèi)，第一節(jié)固定管內(nèi)沿長(zhǎng)度方向固定一條齒條，第二 節(jié)滑動(dòng)管內(nèi)安裝一個(gè)電機(jī)，其輸出軸上安裝一個(gè)齒輪與所述的齒條嚙合；第三節(jié)滑動(dòng) 架與第二節(jié)滑動(dòng)管滑配，第三節(jié)滑動(dòng)架與第二節(jié)滑動(dòng)管內(nèi)滑動(dòng)的墊板固定連接，第三 節(jié)滑動(dòng)架的兩個(gè)端板之間安裝一個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠絲桿，滾珠絲桿與固定在第二節(jié) 滑動(dòng)管內(nèi)的一個(gè)螺母塊旋配。本發(fā)明的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，由于采用圓柱坐標(biāo)式三自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 轉(zhuǎn)動(dòng)、升降和移動(dòng)三自由度各自獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，在升降臺(tái)升高數(shù)米，伸縮臂數(shù)米等惡劣工 況下，機(jī)構(gòu)因撓度引起的偏差可經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件補(bǔ)償，便于滿足工程精度要求。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是高爐與維修機(jī)器人的整體安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是高爐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是支撐架的結(jié)構(gòu)說明圖。圖5是轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是轉(zhuǎn)臺(tái)的齒輪箱示意圖。圖7是升降架結(jié)構(gòu)主視圖。圖8是升降架結(jié)構(gòu)右視圖。圖9是伸縮臂結(jié)構(gòu)主視圖。圖io是伸縮臂結(jié)構(gòu)右視圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下參見圖1、圖2、圖3和圖4，本 高爐爐頂維修機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用圓柱坐標(biāo)式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它含有三個(gè)自由度， 該結(jié)構(gòu)將各自實(shí)現(xiàn)一個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的三個(gè)分機(jī)構(gòu)組裝在一起，并固定在支撐架4上， 形成了一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。其具體實(shí)施方式
是通過三個(gè)分機(jī)構(gòu)協(xié)同作業(yè)共同完成的，在柱 坐標(biāo)空間內(nèi)或轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，最終使末端的作業(yè)工具到達(dá)預(yù)期的高爐爐頂內(nèi)壁表面。參見圖4和圖5，支撐架4是一個(gè)呈大"L"形的整體式殼體ll造型，頭部7粗 端部9細(xì)，頭部7和高爐6壁上的人孔5相接觸，其利用自身的法蘭將機(jī)器人整體固定在高爐溜槽布料機(jī)的安裝固定在人孔5上。端部9在滿足強(qiáng)度和剛度的要求上盡量 減小尺寸，與轉(zhuǎn)臺(tái)3的底箱20固定連接后可以使底箱20的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與高爐6的中心 軸重合，得到精確的定位。支撐架4上有吊環(huán)8可以用吊車之類的起重裝備吊起，工 作時(shí)移入高爐，完成后移出高爐，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人與工作環(huán)境之間的動(dòng)作。在頭部7 與端部9的連接處有筋板12來增加支撐架4的強(qiáng)度，在端部9與底箱20連接處開有 線孔10，能夠使電纜、耐火材料輸送管和焊絲等在支撐架殼體內(nèi)部通過，通至機(jī)器 人作業(yè)工具處。參見圖5和圖6，轉(zhuǎn)臺(tái)3包括底箱20、圓柱形滾子支撐體18、臺(tái)面19、齒輪箱 15，圓錐形滾子支撐體17，底盤16和頂蓋14。底箱20是一個(gè)正方形殼體，根據(jù)需 要除了作為其他分機(jī)構(gòu)的底座之外，還和臺(tái)面19通過滾子式旋轉(zhuǎn)支撐裝置連接，并 且在形體中安裝有焊接設(shè)備，噴涂設(shè)備和電氣設(shè)備等，最大限度的利用了空間，使結(jié) 構(gòu)更加緊湊。滾子式旋轉(zhuǎn)支撐裝置采用圓錐形滾子支撐體17承受垂直力，圓錐形滾 子支撐體17是由圓錐形滾子裝在拉桿構(gòu)成的保持架上構(gòu)成的，傾覆力由圓柱形滾子 支撐體18承受，水平力由齒輪箱15的轉(zhuǎn)軸21作為中心軸承受。底盤16起到支撐圓 錐形滾子和支撐圓柱形滾子的作用，臺(tái)面19和轉(zhuǎn)軸21通過頂蓋14固定連接。在底 箱20內(nèi)壁上安裝有齒輪箱15，其轉(zhuǎn)軸21是一個(gè)空心軸，其空腔可以使電纜、耐火 材料輸送管和焊絲等通過，可以防止在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不必要的纏繞。電機(jī)22驅(qū)動(dòng)齒輪箱15 的輸入軸，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后帶動(dòng)臺(tái)面19上的其他兩個(gè)分機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 繞Z軸的在X-Y平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)角度范圍為0—360度，Z軸與高爐的中心線參見圖7和圖8，升降臺(tái)2和伸縮臂1都可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的空間移動(dòng)。升降臺(tái)2 是用兩個(gè)升降架和一塊頂板23組成的，兩個(gè)升降架對(duì)稱安裝在臺(tái)面19的中心孔的兩 側(cè)，升降架有上下兩個(gè)滑軌25、 28，采用叉式機(jī)構(gòu)，升降架的下滑軌28作為底部與 臺(tái)面19連接固定，下滑軌28上安裝了滾珠絲杠29，下滑軌28與連桿30通過下螺 母滑塊26連接，下螺母滑塊26有兩個(gè)功能， 一個(gè)是滑塊可以在下滑軌28的滑道中 作直線移動(dòng)，另一個(gè)是和滾珠絲杠29連接，受其驅(qū)動(dòng)。各根連桿30通過連接軸43、 31、 32連接，最后與上滑軌25構(gòu)成一個(gè)整體。電機(jī)27驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠29旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng) 下螺母滑塊26沿著滑道直線運(yùn)動(dòng)，再帶動(dòng)各根連桿30連動(dòng)，之后帶動(dòng)上滑塊24沿 上滑軌25的軌道滑動(dòng)，從而使上滑軌25做直線升降運(yùn)動(dòng)，頂板23將兩個(gè)上滑軌固 定在同一平面上，也即頂板23做直線升降運(yùn)動(dòng)，并且頂板23上在中部位置開有兩個(gè)圓孔，可以使電纜、耐火材料輸送管和焊絲等通過。升降架的兩個(gè)支架結(jié)構(gòu)相反，即 下螺母滑塊26相向運(yùn)動(dòng)，與相同的運(yùn)動(dòng)方向相比能夠提升機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定程度，獲得更 好的支撐，此機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為垂直移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了升降臺(tái)在Z軸方向上的直線移 動(dòng)。參見圖9和圖10，伸縮臂1是一個(gè)兩級(jí)伸縮機(jī)構(gòu)，是根據(jù)高爐頂部是錐形體而 設(shè)計(jì)的，隨著錐形體上下半徑的變化而伸縮；伸縮臂1第一節(jié)固定管33固定在頂板 23上，并在內(nèi)部裝有齒條39，伸縮臂l第二節(jié)滑動(dòng)管34—端裝有齒輪41，在電機(jī) 42的驅(qū)動(dòng)下，通過齒輪齒條傳動(dòng)，能夠使第二節(jié)滑動(dòng)管34相對(duì)第一節(jié)固定管33內(nèi) 做直線移動(dòng)。伸縮臂1第三節(jié)滑動(dòng)架37由墊板44固定連接，滑動(dòng)架37的兩端裝有 端板38，滾珠絲杠18安裝在端板38上，并和固定在伸縮臂1第二節(jié)滑動(dòng)管34上的 螺母導(dǎo)塊35連接，在電機(jī)40的驅(qū)動(dòng)下，滾珠絲杠36旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過螺母導(dǎo)塊35 轉(zhuǎn)變?yōu)樯炜s臂1第三節(jié)滑動(dòng)架37的直線移動(dòng)，至此可以實(shí)現(xiàn)X-Y平面內(nèi)的移動(dòng)過程。 伸縮臂1第三節(jié)滑動(dòng)架37尾部頂端可以安裝噴涂設(shè)備和焊接設(shè)備等作業(yè)工具，以滿 足工業(yè)機(jī)器人的需要。
權(quán)利要求
1.一種高爐爐頂維修機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)與高爐爐頂(6)人孔(5)固定連接而處于高爐爐頂(6)內(nèi)腔的支撐架(4)，其特征在于所述的支撐架(4)上安裝一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)(3)，轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心處于高爐爐頂?shù)闹行奶?；所述的轉(zhuǎn)臺(tái)(3)上安裝一個(gè)升降臺(tái)(2)；所述的升降臺(tái)(2)上安裝一個(gè)伸縮臂(1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐頂維修機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的支撐架(4)是一個(gè)呈"L"形的整體式殼體，由頭部(7)、 "L"形殼體(11)和端部(9) 焊接構(gòu)成，其頭部(7)的進(jìn)口成斜面與高爐爐頂(6)的人孔(5)匹配固定連接； 端部(9)與所述的轉(zhuǎn)臺(tái)(3)固定連接，頭部(7)和端部(9)與"L"形殼體(11) 連接界面處均有線孔(10)，連接處有筋板(12)，頭部(7)上有吊環(huán)(8)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高爐爐頂維修機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)臺(tái)(3) 是 一個(gè)底箱(20)與所述的支撐架(4)的端部(9)固定連接，底箱(20)頂 部?jī)?nèi)壁安裝一個(gè)齒輪箱(15)，齒輪箱(15)下面安裝一個(gè)電機(jī)(22)，電機(jī)(22) 經(jīng)齒輪箱(15)傳動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)(3)的磚軸(21)，該轉(zhuǎn)軸(21)為為空心轉(zhuǎn)軸，伸出 底箱(20)頂端，轉(zhuǎn)軸(21)的頂端通過一個(gè)頂蓋(14)固定連接一個(gè)臺(tái)面(19)， 臺(tái)面(19)下方有一個(gè)固定的底盤(16)，臺(tái)面(19)下面固定連接一個(gè)支撐體(18)， 支撐體(18)上裝有圓錐滾子支撐圈(17)與底盤(16)的凹槽形成滾動(dòng)支撐。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高爐爐頂維修機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的升降臺(tái)(2)是由一塊頂板(23)和兩個(gè)折疊式升降架構(gòu)成；兩個(gè)折疊式升降架平行排 歹ij，下端的兩根下滑軌(28)與臺(tái)面(29)固定連接，兩套叉形鉸鏈連桿(30) 的下端兩側(cè)與兩個(gè)螺母滑塊(26)鉸連，螺母滑塊(26)與下滑軌(28)滑配， 一根由電機(jī)(27)驅(qū)動(dòng)的螺桿(29)與下滑軌(28)平行安裝，螺桿(29)與兩 個(gè)螺母滑塊(26)旋配，兩個(gè)螺母滑塊(26)的螺紋旋轉(zhuǎn)方向相反，連桿(30) 通過銷釘(31、 32)相互鉸連，連桿(30)上端與上滑塊(24)鉸連，上滑塊(24) 與上滑軌(25)滑配，上滑軌(25)與頂板(23)固定連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高爐爐頂維修機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的伸縮 臂(1)為兩級(jí)伸縮機(jī)構(gòu)第一節(jié)固定管(33)固定安裝在所述的頂板(23)上； 第二節(jié)滑動(dòng)管(34)滑動(dòng)套裝在第一節(jié)固定管(33)內(nèi)，第一節(jié)固定管(33)內(nèi) 沿長(zhǎng)度方向固定一條齒條(39)，第二節(jié)滑動(dòng)管(34)內(nèi)安裝一個(gè)電機(jī)(42)，其 輸出軸上安裝一個(gè)齒輪(41)與所述的齒條(39)嚙合；第三節(jié)滑動(dòng)架(37)與第二節(jié)滑動(dòng)管滑配，第三節(jié)滑動(dòng)架(37)與第二節(jié)滑動(dòng)管(34)內(nèi)滑動(dòng)的墊板(44) 固定連接，第三節(jié)滑動(dòng)架的兩個(gè)端板(38)之間安裝一個(gè)由電機(jī)(40)驅(qū)動(dòng)的滾 珠絲桿(36)，滾珠絲桿(36)與固定在第二節(jié)滑動(dòng)管(34)內(nèi)的一個(gè)螺母塊(35) 旋配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高爐爐頂維修機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它包括一個(gè)與高爐爐頂人孔固定連接而處于高爐爐頂內(nèi)腔的支撐架，支撐架上安裝一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心處于高爐爐頂?shù)闹行奶帲晦D(zhuǎn)臺(tái)上安裝一個(gè)升降臺(tái)，升降臺(tái)上安裝一個(gè)伸縮臂。本機(jī)構(gòu)很好的實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的三自由度運(yùn)動(dòng)。本機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度好，運(yùn)動(dòng)位置能夠自動(dòng)精確控制，滿足工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)要求。
文檔編號(hào)B05B15/06GK101234490SQ20081003409
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者冀衛(wèi)東, 張利勇, 張國賢, 健 金 申請(qǐng)人:上海大學(xué)