射孔弹装配机械手的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供射孔弹装配机械手，包括射孔弹装配手抓、增效火药装配手爪、压紧装置、臂部和腕部、升降机构、机身旋转机构、绕线装置、滑动机构，所述的滑动机构包括驱动电机、滑块、导轨、滚珠丝杠副，滑块安装在导轨上，滑块的一端固定有带内螺纹的滑动螺母，滚珠丝杠副穿过滑动螺母和滑块，滚珠丝杠副的外螺纹与滑动螺母的内螺纹相配合，驱动电机连接并驱动滚珠丝杠副转动；机身旋转机构和绕线装置安装在滑块上，升降机构安装在机身旋转机构上，所述的臂部和腕部有两个，压紧装置与两个臂部和腕部安装在升降装置上，射孔弹装配手抓安装在第一臂部和腕部上，增效火药装配手爪安装在第二臂部和腕部上。本发明整体结构简单，易于实现控制。
【专利说明】射孔弹装配机械手
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种机械手，具体地说是装配机械手。
【背景技术】
[0002]油井射孔技术是石油试采时的一个十分重要的技术，射孔弹是油井射孔时采用的一种十分重要的装备。目前，射孔弹的制造技术已经十分成熟，但是射孔弹的装配工作依然要靠人工完成。相比于工人，机械手装配射孔弹的精度和效率高，而且更加安全，优势十分明显，采用机械手代替工人将是必然的趋势。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供能够实现射孔弹装配、结构简单、易于控制的射孔弹装配机械手。
[0004]本发明的目的是这样实现的:
[0005]本发明射孔弹装配机械手，其特征是:包括射孔弹装配手抓、增效火药装配手爪、压紧装置、臂部和腕部、升降机构、机身旋转机构、绕线装置、滑动机构，所述的滑动机构包括驱动电机、滑块、导轨、第一滚珠丝杠副，滑块安装在导轨上，滑块的一端固定有带内螺纹的滑动螺母，第一滚珠丝杠副穿过滑动螺母和滑块，第一滚珠丝杠副的外螺纹与滑动螺母的内螺纹相配合，驱动电机连接并驱动第一滚珠丝杠副转动；机身旋转机构和绕线装置安装在滑块上，升降机构安装在机身旋转机构上，所述的臂部和腕部有两个，压紧装置与两个臂部和腕部安装在升降装置上，射孔弹装配手抓安装在第一臂部和腕部上，增效火药装配手爪安装在第二臂部和腕部上。
[0006]本发明还可以包括:
[0007]1、所述的机身旋转机构包括底座、第一伺服电机、内轴、支撑外壳、中轴，底座安装在滑块上，第一伺服电机和支撑外壳固定在底座上，支撑外壳位于第一伺服电机的外部，内轴安装在第一伺服电机上，中轴通过圆锥滚子轴承安装在支撑外壳上，内轴与中轴相连，第一伺服电机驱动内轴从而带动中轴旋转。
[0008]2、所述的绕线装置包括第二伺服电机、箱体、支撑立柱、反向圆弧运动机构，所述的反向圆弧运动机构包括连杆、齿条、凸轮、反向圆弧齿轮，连杆的一端通过旋转轴与齿条相连，连杆的另一端安装吊环，反向圆弧齿轮与齿条啮合，凸轮与反向圆弧齿轮固定在一起，凸轮位于连杆的下方；反向圆弧运动机构安装在箱体里，箱体固定在支撑立柱上，第二伺服电机连接并驱动凸轮旋转从而使连杆端部的吊环作反向圆弧运动，支撑立柱安装在滑块上。
[0009]3、所述的升降机构包括安装板、大齿轮、小齿轮、第三伺服电机、第二滚珠丝杠副、升降平台，安装板安装在中轴上，第三伺服电机安装在安装板上方，大齿轮和小齿轮想啮合并均安装在安装板下方，第三伺服电机连接小齿轮，第二滚珠丝杠副与大齿轮相连，升降平台中部设置内螺纹，升降平台安装在滚珠丝杠副上，升降平台中部的内螺纹与滚珠丝杠副相配合，第三伺服电机驱动小齿轮从而实现升降平台的升降动作。
[0010]4、所述的压紧装置包括第一主支架、滚子支撑臂、滚子、支撑套筒，第一主支架安装在升降平台上，支撑套筒的上端安装在第一主支架上，滚子支撑臂的上端套装在支撑套筒里，支撑套筒与滚子支撑臂之间间隙配合，滚子支撑臂和支撑套筒之间通过圆螺母锁紧，滚子通过连接销钉安装在滚子支撑臂的下端，松开圆螺母从而实现滚子支撑臂转角的调難
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[0011]5、所述的第一臂部和腕部包括第二主支架、第四伺服电机、腕部、主动轮、从动轮、第二主支架安装在升降平台上，主动轮和从动轮分别安装在第二主支架的两端，主动轮位于第二主支架与升降平台相连的一端，第四伺服电机连接主动轮，腕部连接从动轮，主动轮和从动轮之间缠绕同步带；第二臂部和腕部与第一臂部和腕部的结构相同。
[0012]6、所述的射孔弹装配手抓包括手指A、手指B、装配安装板、联接头、联接箱体、双作用薄型气缸，装配安装板的两端下方各设置一个滑槽，联接头的下端位于装配安装板中部的下方，手指A和手指B的外端分别通过各自的销轴安装在各自的滑槽里，手指A和手指B的内端分别与联接头的下端铰接，双作用薄型气缸安装在装配安装板上，联接头的上端连接双作用薄型气缸，双作用薄型气缸与第一臂部和腕部的腕部相连。
[0013]7、所述的增效火药装配手爪包括依次相连的连接臂A、连接臂B和真空吸盘，连接臂A和连接臂B内部均设置气动通路，连接臂A和连接臂B的气动通路相互连通并与真空吸盘相连通，连接臂A的端部与第二臂部和腕部的腕部相连。
[0014]8、所述的第一臂部和腕部的第二主支架上安装张紧轮，同步带在张紧轮的限制实现背部张紧，张紧轮的位置可调；所述的同步带为XL型同步带；所述的升降机构还包括限制升降平台旋转度的光杠，光杠穿过升降平台并固定在安装板上。
[0015]9、所述的第一-第二臂部和腕部、压紧装置在升降平台上两两之间夹角为120度。
[0016]本发明的优势在于:
[0017]1、本发明是一种一平台、多手臂的机械手，结构紧凑，占用空间小。
[0018]2、本发明的执行机构简单，而且易于控制。
[0019]3、本发明的射孔弹装配手爪和增效火药装配手爪均为采用气动驱动方式，增加了安全性。
[0020]4、本发明的滑动机构的行程在4m以上，可以实现在大部分弹架上装配射孔弹。[0021 ] 5、本发明的各部分部件易于装卸，维修很方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的结构示意图；
[0023]图2a是本发明的射孔弹装配手爪示意图，图2b是联接头示意图；
[0024]图3是本发明的增效火药装配手爪示意图；
[0025]图4是本发明的压紧装置示意图；
[0026]图5a是本发明的臂部和腕部示意图，图5b是腕部示意图；
[0027]图6是本发明的升降机构示意图；
[0028]图7a是本发明的机身旋转机构示意图，图7b是机身旋转机构零件拆分图；
[0029]图8a是本发明的绕线装置示意图，图8b是反向圆弧运动机构示意图；[0030]图9a是本发明的滑动机构示意图a，图9b是本发明的滑动机构示意图b。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
[0032]结合图1?9，本发明射孔弹装配机械手，主要由射孔弹装配手爪1、增效火药装配手爪2、压紧装置3、臂部和腕部4、升降机构5、机身旋转机构6、绕线装置7、滑动机构8组成。射孔弹装配手爪I由支撑销轴1-1、安装板1-2、手指A1-3、联接销轴1-4、联接头1_5、手指B1-6、联接箱体1-7、双作用薄型汽缸1-8组成，联接头1-5包括内六角螺钉1_5_1、平垫圈1-5-2、气缸活塞杆1-5-3 ;增效火药装配手爪2由以下几部分组成:联接臂A2-1、联接臂B2-2、真空吸盘2-3 ;压紧装置3由联接销钉3-1、尼龙滚子3_2、滚子支撑臂3_3、圆螺母
3-4、支撑套筒3-5、主支架3-6、小六角特扁螺母3-7、外壳3_8组成；臂部和腕部4由主支架4_1、伺服电机4_2、减速机4_3、同步轮主4_4、小六角特扁螺母4_5、平垫圈4_6、张紧轮
4-7、腕部4-8、XL型同步带4-9、同步轮从4_10、轴端挡圈A4-11、外壳4_12、轴端挡圈B4-13组成，腕部4-8包括轴承支座4-8-1、圆锥滚子轴承4-8-2、腕部轴4_8_3、端盖4_8_4 ;升降机构5由滚珠丝杠副5-1、光杠5-2、升降平台5-3、直线轴承5-4、伺服电机5-5、减速机5-6、滚珠丝杠副支撑5-7、安装板5-8、小六角特扁螺母5-9、大齿轮5-10、轴端挡圈C5-11、轴端挡圈D5-12、小齿轮5-13组成；机身旋转机构6由圆螺母6_1、胀紧套6_2、铜垫圈6_3、中轴6-4、圆锥滚子轴承6-5、支撑外壳6-6、内轴6-7、伺服电机6_8、底座6_9组成；绕线装置7由伺服电机7-1、减速机7-2、箱体7-3、支撑立柱7-4、反向圆弧运动机构7_5、箱盖7_6组成，反向圆弧运动机构7-5包括吊环7-5-1、齿条7-5-2、连杆7_5_3、凸轮7_5_4、齿轮7_5_5 ；滑动机构8由驱动部件8-1、前端支撑8-2、双三角导轨8-3、滑块8-4、滚珠丝杠副8_5、后端支撑8-6组成，驱动部件8-1包括电机支撑8-1-1、伺服电机8-1-2、联轴器8_1_3，前端支撑8-2包括锁紧螺母8-2-1、轴套8-2-2、前端盖A8-2-3、角接触球轴承8_2_4、轴承支座A8-2-5、后端盖A8-2-6，后端支撑8_6包括前端盖B8-6-1、轴承支座B8-6-2、深沟球轴承8-6-3、后端盖 B8-6-4。
[0033]采用一种一平台、多手臂的机械手结构布局方式；射孔弹装配手爪I和增效火药装配手爪2所在的臂部和腕部4与压紧装置3呈120度均匀安装于升降机构5的升降平台
5-3上；升降机构5置于机身旋转机构6之上，机身旋转机构6与绕线装置一同安装在滑动机构8的滑块8-4上；射孔弹装配机械手将多个机械手集成于一体，节省了成本和降低了控制的难度。
[0034]手指A1-3和手指B1-6的内端与联接头1_5铰接，外端由支撑销钉1_1穿过滑槽与安装板1-2连接，形成杠杆机构；由双作用薄型气缸1-8推动和拉动联接头1-5，实现手指的开合。
[0035]通过联接臂A2-1与联接臂B2-2内部的气动通路为真空吸盘2_3提供动力，实现增效火药的抓取和松开。
[0036]压紧装置3整体通过主支架3-6安装在升降平台5-3上；工作部位的尼龙滚子3_2与滚子支撑臂3-3铰接；滚子支撑臂3-3安装在支撑套筒3-5上，两者间隙配合，滚子支撑臂3-3上端由两个小六角特扁螺母3-7实现锁紧，下端由圆螺母3-4实现锁紧，松开圆螺母可调整滚子支撑臂3-3的转角，由此实现对尼龙滚子位置的调整。[0037]通过同步带传动将驱动腕部运动的伺服电机4-2置于臂部靠近机身旋转中心的一侧，此举减小了机身旋转时的转动惯量；同步带采用背面张紧的方式，松开小六角特扁螺母4-5可以调节张紧轮4-7的位置，由此实现对同步带预紧。
[0038]升降平台5-3安装于滚珠丝杆副5-1上，光杠5-2通过直线轴承5_4限定升降平台5-3的旋转自由度；滚珠丝杠副5-1采用一端固定的安装方式；伺服电机5-5通过齿轮机构驱动滚珠丝杠副5-1旋转，实现升降平台5-3升降运动。
[0039]中轴6-4通过圆锥滚子轴承6-5与支撑外壳6_6连接；内轴6_7与伺服电机6_8连接，内轴6-7与中轴6-4通过胀紧套6-2固定；机身整体重量由支撑外壳6-6承受，伺服电机6-8不承受轴向力。
[0040]采用反向圆弧运动机构7-5使吊环7-5-1牵引导爆索作反向圆弧运动，实现导爆索在弹架上的缠绕；反向圆弧运动机构7-5由凸轮机构、齿轮齿条机构和连杆机构组合构成，连杆7-5-3靠重力下落由凸轮7-5-4支撑，齿条7-5-2在箱体7-3内滑动，齿轮7_5_5与凸轮7-5-4作同步运动，由此实现连杆7-5-3末端吊环7-5-1的反向圆弧运动。
[0041]滚珠丝杠副8-5安装于滑块8-4上，滑块8-4由双三角导轨8_5支撑，实现机身整体移动的自由度。
[0042]结合图1，本发明主要由射孔弹装配手爪1、增效火药装配手爪2、压紧装置3、臂部和腕部4、升降机构5、机身旋转机构6、绕线装置7、滑动机构8组成。
[0043]结合图2，射孔弹装配手爪I由支撑销轴1-1、安装板1-2、手指A1-3、联接销轴1-4、联接头1-5、手指B1-6、联接箱体1-7、双作用薄型汽缸1_8组成。通过双作用薄型汽缸1-8提供动力，连接头1-5带动手指运动，手指内端与连接头铰接，外端类似于杠杆，由此实现手指开合。
[0044]结合图3，增效火药装配手爪2主要由联接臂A2-1联接臂B2_2、真空吸盘2_3组成。联接臂A2-2上安装塔形接头后连接气泵即可为真空吸盘2-3提供动力。
[0045]结合图4，压紧装置3由联接销钉3-1、尼龙滚子3-2、滚子支撑臂3_3、圆螺母3_4、支撑套筒3-5、主支架3-6、小六角特扁螺母3-7、外壳3-8组成。松开圆螺母3_4可以实现尼龙滚子3-2轴向角度的调整。
[0046]结合图5，臂部和腕部4由主支架4-1、伺服电机4-2、减速机4_3、同步轮主4_4、小六角特扁螺母4-5、平垫圈4-6、张紧轮4-7、腕部4-8、XL型同步带4_9、同步轮从4_10、轴端挡圈A4-11、外壳4-12、轴端挡圈B4-13组成。伺服电机4_2通过同步带机构为腕部4_8提供动力；松开小六角特扁螺母4-5可以调节张紧轮4-7的位置，实现同步带的背部张紧。
[0047]结合图6，升降机构5由滚珠丝杠副5-1、光杠5-2、升降平台5_3、直线轴承5_4、伺服电机5-5、减速机5-6、滚珠丝杠副支撑5-7、安装板5-8、小六角特扁螺母5_9、大齿轮
5-10、轴端挡圈C5-11、轴端挡圈D5-12、小齿轮5_13组成。伺服电机5_5通过齿轮机构为滚珠丝杠副5-7提供动力，滚珠丝杠副5-7与光杠5-2组合实现升降平台5-3的升降运动。
[0048]结合图7，机身旋转机构6由圆螺母6-1、胀紧套6-2、铜垫圈6-3、中轴6-4、圆锥滚子轴承6-5、支撑外壳6-6、内轴6-7、伺服电机6-8、底座6_9组成。通过中轴6_4和圆锥滚子轴承6-5将机械手旋转部位的重量施加到支撑外壳6-6上，内轴6-7通过一对胀紧套
6-2与中轴6-4连接，伺服电机连接内轴为机身旋转机构6提供动力，这样安排结构避免了伺服电机6-8承受轴向力。[0049]结合图8，绕线装置7由伺服电机7-1、减速机7-2、箱体7_3、支撑立柱7_4、反向圆弧运动机构7-5、箱盖7-6组成。反向圆弧运动机构目的在于使得末端吊环7-5-1实现反向圆弧运动，以拉动穿入吊环7-5-1之内的导爆索运动；凸轮7-5-4和齿轮7-5-5由伺服电机7-1驱动同步旋转，齿条7-5-2带动连杆水平移动，连杆靠凸轮7-5-4支撑，实现连杆末端吊环7-5-1的反向圆弧轨迹运动。
[0050]结合图9，滑动机构8由驱动部件8-1、前端支撑8-2、双三角导轨8-3、滑块8-4、滚珠丝杠副8-5、后端支撑8-6组成。滑动机构采用滚珠丝杠副8-5与双三角导轨8-3和滑块8-4的组合方式实现机械手整体移动的自由度；滚珠丝杠副由伺服电机直接驱动，并且采用前端支撑8-2固定其轴向位置，后端支撑8-6只起到支撑作用，这样布置简化了安装过程，而且满足了功能上的要求。
【权利要求】
1.射孔弹装配机械手，其特征是:包括射孔弹装配手抓、增效火药装配手爪、压紧装置、臂部和腕部、升降机构、机身旋转机构、绕线装置、滑动机构，所述的滑动机构包括驱动电机、滑块、导轨、第一滚珠丝杠副，滑块安装在导轨上，滑块的一端固定有带内螺纹的滑动螺母，第一滚珠丝杠副穿过滑动螺母和滑块，第一滚珠丝杠副的外螺纹与滑动螺母的内螺纹相配合，驱动电机连接并驱动第一滚珠丝杠副转动；机身旋转机构和绕线装置安装在滑块上，升降机构安装在机身旋转机构上，所述的臂部和腕部有两个，压紧装置与两个臂部和腕部安装在升降装置上，射孔弹装配手抓安装在第一臂部和腕部上，增效火药装配手爪安装在第二臂部和腕部上。
2.根据权利要求1所述的射孔弹装配机械手，其特征是:所述的机身旋转机构包括底座、第一伺服电机、内轴、支撑外壳、中轴，底座安装在滑块上，第一伺服电机和支撑外壳固定在底座上，支撑外壳位于第一伺服电机的外部，内轴安装在第一伺服电机上，中轴通过圆锥滚子轴承安装在支撑外壳上，内轴与中轴相连，第一伺服电机驱动内轴从而带动中轴旋转。
3.根据权利要求2所述的射孔弹装配机械手，其特征是:所述的绕线装置包括第二伺服电机、箱体、支撑立柱、反向圆弧运动机构，所述的反向圆弧运动机构包括连杆、齿条、凸轮、反向圆弧齿轮，连杆的一端通过旋转轴与齿条相连，连杆的另一端安装吊环，反向圆弧齿轮与齿条哨合，凸轮与反向圆弧齿轮固定在一起，凸轮位于连杆的下方；反向圆弧运动机构安装在箱体里，箱体固定在支撑立柱上，第二伺服电机连接并驱动凸轮旋转从而使连杆端部的吊环作反向圆弧运动，支撑立柱安装在滑块上。
4.根据权利要求3所述的射孔弹装配机械手，其特征是:所述的升降机构包括安装板、大齿轮、小齿轮、第三伺服电机、第二滚珠丝杠副、升降平台，安装板安装在中轴上，第三伺服电机安装在安装板上方，大齿轮和小齿轮想啮合并均安装在安装板下方，第三伺服电机连接小齿轮，第二滚珠丝杠副与大齿轮相连，升降平台中部设置内螺纹，升降平台安装在滚珠丝杠副上，升降平台中部的内螺纹与滚珠丝杠副相配合，第三伺服电机驱动小齿轮从而实现升降平台的升降动作。
5.根据权利要求4所述的射孔弹装配机械手，其特征是:所述的压紧装置包括第一主支架、滚子支撑臂、滚子、支撑套筒，第一主支架安装在升降平台上，支撑套筒的上端安装在第一主支架上，滚子支撑臂的上端`套装在支撑套筒里，支撑套筒与滚子支撑臂之间间隙配合，滚子支撑臂和支撑套筒之间通过圆螺母锁紧，滚子通过连接销钉安装在滚子支撑臂的下端，松开圆螺母从而实现滚子支撑臂转角的调整。
6.根据权利要求5所述的射孔弹装配机械手，其特征是:所述的第一臂部和腕部包括第二主支架、第四伺服电机、腕部、主动轮、从动轮、第二主支架安装在升降平台上，主动轮和从动轮分别安装在第二主支架的两端，主动轮位于第二主支架与升降平台相连的一端，第四伺服电机连接主动轮，腕部连接从动轮，主动轮和从动轮之间缠绕同步带；第二臂部和腕部与第一臂部和腕部的结构相同。
7.根据权利要求6所述的射孔弹装配机械手，其特征是:所述的射孔弹装配手抓包括手指A、手指B、装配安装板、联接头、联接箱体、双作用薄型气缸，装配安装板的两端下方各设置一个滑槽，联接头的下端位于装配安装板中部的下方，手指A和手指B的外端分别通过各自的销轴安装在各自的滑槽里，手指A和手指B的内端分别与联接头的下端铰接，双作用薄型气缸安装在装配安装板上，联接头的上端连接双作用薄型气缸，双作用薄型气缸与第一臂部和腕部的腕部相连。
8.根据权利要求7所述的射孔弹装配机械手，其特征是:所述的增效火药装配手爪包括依次相连的连接臂A、连接臂B和真空吸盘，连接臂A和连接臂B内部均设置气动通路，连接臂A和连接臂B的气动通路相互连通并与真空吸盘相连通，连接臂A的端部与第二臂部和腕部的腕部相连。
9.根据权利要求8所述的射孔弹装配机械手，其特征是:所述的第一臂部和腕部的第二主支架上安装张紧轮，同步带在张紧轮的限制实现背部张紧，张紧轮的位置可调；所述的同步带为XL型同步带；所述的升降机构还包括限制升降平台旋转度的光杠，光杠穿过升降平台并固定在安装板上。
10.根据权利要求9所述的射孔弹装配机械手，其特征是:所述的第一-第二臂部和腕部、压紧装置在升降平台上两两之间夹角为120度。
【文档编号】B25J9/08GK103707294SQ201310697523
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】于凌涛, 李宏伟, 王正雨, 孙立强, 王文杰, 王涛, 杨景, 李洪洋, 宋华建, 张宝玉 申请人:哈尔滨工程大学