多用途的GIS管道自动对接装置的制作方法

本实用新型涉及管道对接施工领域，尤其涉及多用途的gis管道自动对接装置。

背景技术：

传统的gis管道对接为起重机将管道节吊起，工作人员通过观察，并口头传达给起重机驾驶员实现粗调，再由多名工人合力将管道节推到合适安装的位置进行安装，起重机驾驶员对地面及以下的部分存在视觉盲区，且需要数名工人参与，协作对接，浪费人力，工作人员与驾驶员口头沟通存在信息偏差，对接工作效率低，施工现场情况复杂，对施工人员的安全保障差，针对不同起重设备，如起重机、叉车、堆高车等，由于吊挂结构的不同，操作方法和吊挂连接架结构也不同。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供多用途的gis管道自动对接装置，以实现不同起重设备的连接，提升管道对接的作业效率为目的。为此，本实用新型采取以下技术方案。

多用途的gis管道自动对接装置，包括用于与不同起重设备连接的可选配的专用安装架、与可选配的专用安装架连接的安装接口板、用于空间多自由度调整的对接机构、用于使对接机构保持竖直向下的平衡机构、用于抓取对接管道的夹取机构、用于调整夹取机构位姿的回转机构、用于采集目标管道与对接管道的相对空间位姿的视觉定位装置、用于实现系统控制的控制装置，所述的平衡机构设置于专用安装架上，所述的回转机构通过安装接口板与专用安装架连接，所述的对接机构设于回转机构的下面，所述的夹取机构设于对接机构的下面，视觉定位装置用于设置在对接管道上，其视觉感应方向为目标管道，所述的平衡机构、对接机构、夹取机构、回转机构、视觉定位装置均连接到控制装置。根据起重设备的不同，选择符合起重设备的专用专用安装架，通过安装接口板连接固定，在控制装置的控制下，该装置可方便地通过夹取机构实现对对接管道的夹取，通过平衡机构实现竖向角度的精确姿态调整、通过回转机构实现水平回转角度的精确姿态调整，通过对接机构实现对夹取机构的精确的局部位姿调整，并通过视觉定位装置使对接管道相对于目标管道进行精确测量定位，通过人工和自动控制操作，有效实现对接管道和目标管道的精确对接，有效的提升了管道对接的作业效率，降低了人工操作量，提升了操作安全性。

作为优选技术手段：所述的专用安装架包括与安装接口板连接的接口连接板、设于接口连接板上面的承重架、设于承重架上端与承重架可转动连接的起重设备连接架，所述的平衡机构包括设于承重架上的平衡油缸，所述的平衡油缸的伸出端和固定端分别可转动地连接于承重架和起重设备连接架上，以驱动承重架竖向围绕承重架的上端旋转。该结构有效实现了精确的竖向角度姿态调整。

作为优选技术手段：所述的回转机构包括回转支撑台、电机和减速机，所述的回转支撑台连接固定于安装接口板下面，所述的电机和减速机的组合体连接固定于回转支撑台上，所述的回转支撑台与对接机构的上部可水平转动连接，所述的减速机与对接机构连接传动以驱动对接机构水平旋转。该结构有效实现了精确的水平回转角度姿态调整。

作为优选技术手段：所述的对接机构包括对接机构回转座、夹取机构连接座和多个位姿调节油缸，所述的位姿调节油缸的上端通过球铰结构与对接机构回转座所设的上固定块连接，所述的位姿调节油缸的下端通过球铰结构与夹取机构连接座上所设的下固定块连接。该结构能有效调节多个自由度的位姿，实现对夹取机构在高度向多自由度小尺寸量的精确控制调节。

作为优选技术手段：所述的夹取机构包括固定卡爪组件、活动卡爪组件和驱动油缸，所述的固定卡爪组件的上端连接固定于夹取机构连接座上，所述的活动卡爪组件的上端可转动地连接于夹取机构连接座上，所述的夹取机构连接座的侧面设有驱动油缸连接支架，所述的驱动油缸的伸出端与活动卡爪组件可转动连接，驱动油缸的固定端与驱动油缸连接支架可转动连接。可有效实现对管道的夹取。

作为优选技术手段：所述的位姿调节油缸共6个，所述的上固定块共3个，环绕对接机构回转座中心均布，所述的下固定块各3个，环绕夹取机构连接座的中心均布，且上固定块和下固定块在俯视方向交错布置，使相邻的位姿调节油缸呈v字型排列。通过6个位姿调节油缸，可有效实现6个自由度的位姿小尺寸调节。

作为优选技术手段：所述的接口连接板上设有倾角传感器，所述的倾角传感器与控制装置电连接。可有效实现夹取机构与水平面之间的倾角测量和反馈，以通过控制装置实现自动调平。

作为优选技术手段：所述的固定卡爪组件包括2个独立连接固定于夹取机构连接座的相同固定抓手，该2个固定抓手通过连接杆连接一体；所述的活动卡爪组件包括2个独立可转动地连接于夹取机构连接座的相同活动抓手，该2个活动抓手通过连接杆连接一体，所述的驱动油缸的伸出端与连接2个活动抓手的连接杆可转动连接。通过连接杆连接一体的2个固定抓手和连接杆连接一体的2个活动抓手，抓取管道稳定牢固可靠。

作为优选技术手段：所述的安装接口板与接口连接板之间通过多个螺栓连接固定。通过螺栓连接固定，连接方便，牢固。

作为优选技术手段：所述的活动抓手和固定抓手的抓取面均设有防滑抓齿。通过防滑抓齿，可有效降低抓手对管道的夹取接触面积，接触压力和摩擦力更大，能更好地夹紧管道，防止管道脱落。

作为优选技术手段：所述的电机采用伺服电机，所述的减速机采用行星减速机。便于实现精确传动控制。

作为优选技术手段：所述的视觉定位装置包括深度相机和相机固定座，所述的深度相机连接固定于相机固定座上，所述的相机固定座上设有法兰连接孔，所述的深度相机与相机控制器连接，所述的控制装置上设有相机控制器，所述的深度相机与相机控制器之间通过有线或无线连接。通过法兰连接孔连接固定深度相机，通过相机控制器控制深度相机，可有效实现对接管道相对于目标管道的位置测量和数据反馈。

有益效果：通过安装接口板和专用安装架上的接口连接板连接，可方便根据起重设备的不同，选择符合起重设备的专用安装架连接固定；通过人工和自动控制操作，可有效实现垂直角度、水平回转角度和多自由度位姿调节，实现对接管道和目标管道的精确对接，有效的提升了管道对接的作业效率，降低了人工操作量，提升了操作安全性，原理简单，方法可靠，操作方便，相比于传统的对接方法，工作量更小，劳动强度更低，安全性更高。

附图说明

图1是本实用新型管道吊装对接示意图。

图2是本实用新型结构示意图。

图3是本实用新型回转机构位置示意图。

图中：1-起重设备；2-专用安装架；3-平衡机构；4-对接机构；5-夹取机构；6-视觉定位装置；7-对接管道；8-目标管道；9-回转机构；10-倾角传感器；11-安装接口板；201-接口连接板；202-承重架；203-起重设备连接架；301-平衡油缸；401-对接机构回转座；402-夹取机构连接座；403-位姿调节油缸；404-上固定块；405-下固定块；501-固定卡爪组件；502-活动卡爪组件；503-驱动油缸；504-驱动油缸连接支架；901-回转支撑台；902-减速机；903-电机。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。

如图1-3所示，多用途的gis管道自动对接装置，包括用于与不同起重设备1连接的可选配的专用安装架2、与可选配的专用安装架2连接的安装接口板11、用于空间多自由度调整的对接机构4、用于使对接机构4保持竖直向下的平衡机构3、用于抓取对接管道7的夹取机构5、用于调整夹取机构5位姿的回转机构9、用于采集目标管道8与对接管道7的相对空间位姿的视觉定位装置6、用于实现系统控制的控制装置，平衡机构3设置于专用安装架2上，回转机构9通过安装接口板11与专用安装架2连接，对接机构4设于回转机构9的下面，夹取机构5设于对接机构4的下面，视觉定位装置6用于设置在对接管道7上，其视觉感应方向为目标管道8，平衡机构3、对接机构4、夹取机构5、回转机构9、视觉定位装置6均连接到控制装置。

为了实现了精确的竖向角度姿态调整，专用安装架2包括与安装接口板11连接的接口连接板201、设于接口连接板201上面的承重架202、设于承重架202上端与承重架202可转动连接的起重设备1连接架，平衡机构3包括设于承重架202上的平衡油缸301，平衡油缸301的伸出端和固定端分别可转动地连接于承重架202和起重设备1连接架203上，以驱动承重架202竖向围绕承重架202的上端旋转。该结构有效实现了精确的竖向角度姿态调整。

为了实现了精确的水平回转角度姿态调整，回转机构9包括回转支撑台901、电机903和减速机902，回转支撑台901连接固定于安装接口板11下面，电机903和减速机902的组合体连接固定于回转支撑台901上，回转支撑台901与对接机构4的上部可水平转动连接，减速机902与对接机构4连接传动以驱动对接机构4水平旋转。该结构有效实现了精确的水平回转角度姿态调整。

为了实现多个自由度的位姿，对接机构4包括对接机构回转座401、夹取机构连接座402和多个位姿调节油缸403，位姿调节油缸403的上端通过球铰结构与对接机构回转座401所设的上固定块404连接，位姿调节油缸403的下端通过球铰结构与夹取机构连接座402上所设的下固定块405连接。该结构能有效调节多个自由度的位姿，实现对夹取机构5在高度向多自由度小尺寸量的精确控制调节。

为了实现对管道的夹取，夹取机构5包括固定卡爪组件501、活动卡爪组件502和驱动油缸503，固定卡爪组件501的上端连接固定于夹取机构连接座402上，活动卡爪组件502的上端可转动地连接于夹取机构连接座402上，夹取机构连接座402的侧面设有驱动油缸连接支架504，驱动油缸503的伸出端与活动卡爪组件502可转动连接，驱动油缸503的固定端与驱动油缸连接支架504可转动连接。可有效实现对管道的夹取。

为了实现夹取机构5与水平面之间的倾角测量和反馈，接口连接板201上设有倾角传感器10，倾角传感器10与控制装置电连接。可有效实现夹取机构5与水平面之间的倾角测量和反馈，以通过控制装置实现自动调平。

为了稳定可靠地抓取管道，固定卡爪组件501包括2个独立连接固定于夹取机构连接座402的相同固定抓手，该2个固定抓手通过连接杆连接一体；活动卡爪组件502包括2个独立可转动地连接于夹取机构连接座402的相同活动抓手，该2个活动抓手通过连接杆连接一体，驱动油缸503的伸出端与连接2个活动抓手的连接杆可转动连接。通过连接杆连接一体的2个固定抓手和连接杆连接一体的2个活动抓手，抓取管道稳定牢固可靠。

为了更好地夹紧管道，活动抓手和固定抓手的抓取面均设有防滑抓齿。通过防滑抓齿，可有效降低抓手对管道的夹取接触面积，接触压力和摩擦力更大，能更好地夹紧管道，防止管道脱落。

为了实现对接管道7相对于目标管道8的位置测量和数据反馈，视觉定位装置6包括深度相机和相机固定座，深度相机连接固定于相机固定座上，相机固定座上设有法兰连接孔，深度相机与相机控制器连接，控制装置上设有相机控制器，深度相机与相机控制器之间通过有线或无线连接。通过法兰连接孔连接固定深度相机，通过相机控制器控制深度相机，可有效实现对接管道7相对于目标管道8的位置测量和数据反馈。

本装置根据起重设备1的不同，选择符合起重设备1的专用专用安装架2，通过安装接口板11连接固定，在控制装置的控制下，该装置可方便地通过夹取机构5实现对对接管道7的夹取，通过平衡机构3实现竖向角度的精确姿态调整、通过回转机构9实现水平回转角度的精确姿态调整，通过对接机构4实现对夹取机构5的精确的局部位姿调整，并通过视觉定位装置6使对接管道7相对于目标管道8进行精确测量定位，通过人工和自动控制操作，有效实现对接管道7和目标管道8的精确对接。

本实例中，安装接口板11与接口连接板201之间通过12个螺栓连接固定。通过螺栓连接固定，连接方便，牢固。

本实例中，位姿调节油缸403共6个，上固定块404共3个，环绕对接机构回转座401中心均布，下固定块405各3个，环绕夹取机构连接座402的中心均布，且上固定块404和下固定块405在俯视方向交错布置，使相邻的位姿调节油缸403呈v字型排列。通过6个位姿调节油缸403，可有效实现6个自由度的位姿小尺寸调节。

本实例中，电机903采用伺服电机，减速机902采用行星减速机。便于实现精确传动控制。

本实例中，专用安装架2与起重机吊臂前端通过螺栓连接，如果该起重机作为gis管道自动对接的专用设备，也可以采用焊接代替。连接结构简单牢固，成本低。

本实例中，承重架202与专用安装架2之间的2个可转动连接部305为铰接结构，承重架202与接口连接板201之间的4个固定连接部304为焊接结构。铰接结构可实现牢固可靠的可旋转功能，焊接连接牢固可靠，成本低，特别适合于不需要拆卸的构件。

以上图1-3所示的多用途的gis管道自动对接装置是本实用新型的具体实施例，已经体现出本实用新型突出的实质性特点和显著进步，可根据实际的使用需要，在本实用新型的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。