一种用于安装在机器人上作业的开槽装置的制作方法

本发明涉及工业机器人工具技术领域，特别是一种安装在工业机器人上用于隧道开槽的开槽工具。

背景技术：

对于铁路隧道内部的渗漏水问题，目前通常采用堵排结合的方法进行处理。除了钻孔进行注浆封堵之外，还采用在渗水区开设排水槽，开设排水槽多数采用人工开凿的方法。由于隧道穹顶较高，需要借助脚手架才能进行施工，而铁路还肩负着日常运输任务，所以施工时间非常受限，再加之人工开槽速度慢，所以施工效率非常低，无法满足作业需求。另一方面开槽作业环境恶劣，粉尘污染严重，作业危险性高，对作业人员的人身健康存在一定的危害。采用工业机器人替代人工进行隧道开槽作业，具有方便高效、经济适用、智能化程度高以及开槽质量稳定可靠的优点，但现有的开槽工具多为人工手持工具，并不适用于机器人安装。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中隧道排水槽开槽工具不适用于安装在机器人上进行施工的不足，提供一种用于安装在机器人上作业的开槽装置。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于安装在机器人上作业的开槽装置，包括刀具装置和行程开关，所述刀具装置连接于安装支架，所述安装支架用于与机器人连接，所述刀具装置连接有恒力浮动装置，所述恒力浮动装置连接有控制系统，所述控制系统能够根据所述刀具装置运动变化控制所述恒力浮动装置带动所述刀具装置沿开槽深度方向浮动，所述刀具装置沿开槽深度方向的浮动用于保持开槽深度的一致性，所述行程开关用于对所述刀具装置限位。

所述恒力浮动装置的作用是平衡所述刀具装置沿开槽深度方向受开槽作业面的反作用力，使得所述刀具装置不发生偏移，保证开槽深度的一致性。所述恒力浮动装置内设置有动力装置，如油缸、气缸、直线模组等，则所述恒力浮动装置即可沿直线运动，且可通过设置轨道的约束将所述直线运动方向约束在沿开槽深度方向。所述刀具装置与所述恒力浮动装置连接，则所述恒力浮动装置能够带动所述刀具装置沿开槽深度方向浮动。将所述刀具装置与电机传动连接，就可使所述刀具装置转动，对作业面进行开槽。所述安装支架与机器人连接，所述机器人如一种工业机械臂，带动本发明开槽装置翻转或沿预定轨迹运动。

所述机器人按照预定的轨迹带动所述刀具装置进行深度方向的开槽，当到达预定深度后，所述行程开关动作，反馈信号给所述控制系统，如所述机器人的所述控制系统，所述机器人不再带动所述刀具装置加深开槽深度，转而沿着预定的长度方向的轨迹进行开槽。如果在作业过程中，遇到开槽面凸起或硬度变高的情况，所述刀具装置受开槽作业面的反作用力压力变大，将发生回退，同时所述电机电流增大，将所述电机电流增大的信号输入至所述控制系统，所述控制系统根据增大的电机电流信号控制所述动力装置加压，恒力浮动装置带动所述刀具装置沿加深开槽深度方向前进，避免所述刀具装置发生回退。反之，如若遇到开槽面凹陷或硬度变低的情况，所述刀具装置受开槽作业面的反作用力压力变小，将加深开槽深度，同时所述电机电流减小，将所述电机电流减小的信号输入至所述控制系统，所述控制系统根据减小的电机电流信号控制所述动力装置减压，恒力浮动装置带动所述刀具装置沿加深开槽深度方向回退，避免所述刀具装置继续前进，如此反馈调节保证开槽深度的一致性。相较于现有技术中采用力传感器反馈调节以保持恒力，所述恒力浮动装置通过电流信号的变化反馈调节以保持恒力，具有反应迅速，准确的特点。

优选的，所述恒力浮动装置包括浮动气缸，所述安装支架设有直线导轨和所述浮动气缸，所述直线导轨滑动连接有导轨滑块，所述导轨滑块与安装座连接，所述安装座与浮动气缸的活塞杆连接，所述安装座上设置有电机和减速箱，所述电机通过电机安装板安装在所述安装座上。

所述安装支架上并排设置两根直线导轨，所述直线导轨的方向与开槽方向一致。所述安装座与导轨滑块固定在一起，所述导轨滑块滑动连接所述直线导轨，则所述安装座能沿开槽方向滑动。又因为所述浮动气缸固定在所述安装支架上，所述安装座与浮动气缸的活塞杆连接在一起，则可通过控制所述浮动气缸的进气量控制所述安装座的运动。所述电机为所述刀具装置提供开槽动力，所述若所述电机直接安装在所述安装座上，则所述电机的驱动轴的高度就确定，可能会出现所述驱动轴和所述减速箱输入轴高度不匹配的情况。所以将所述电机通过电机安装板安装在所述安装座上，则所述电机的高度就可以调节，使之与所述减速箱输入轴高度相适配。

优选的，所述安装座与活塞杆之间连接有浮动接头。

所述机器人姿态调整过程中，所述刀具装置的开槽方向的变化可能造成所述恒力浮动装置卡死无法移动的现象出现。为了避免这一情况，在所述活塞杆和安装座之间增加所述浮动接头。

优选的，所述行程开关包括触点和接近开关，所述触点连接有检测位置，所述检测位置与接近开关相适配，所述行程开关包括第一行程开关和第二行程开关，所述第一行程开关用于限制所述刀具装置的行程，所述第二行程开关用于限制所述恒力浮动装置的行程。

为了控制开槽深度以及避免装置损坏，需要设置所述行程开关用于对所述刀具装置限位。随着开槽深度的加深，所述第一行程开关的所述触点接触开槽面后发生位移，同时带动所述检测位置位移，当所述检测位置靠近所述接近开关时，所述接近开关动作，反馈信号给所述控制系统，所述机器人不再带动所述刀具装置加深开槽深度。当所述恒力浮动装置回退时，为避免回退距离过大，造成机械臂损坏，设置所述第二行程开关，所述第二行程开关工作原理与所述第一行程开关工作原理类似。当所述第二行程开关动作时，所述控制系统则发出控制信号，采取应急处理措施，暂停开槽作业，同时所述机械臂带动所述刀具装置后退，并发出报警信号。

优选的，所述刀具装置包括刀具支架，所述刀具支架设置有刀具轴，所述刀具轴上设置有刀片组，所述刀片组外设置有刀片组防护罩。

所述刀具支架用于支撑所述刀具轴和减速箱输出轴，所述刀片组由若干开槽刀片和垫片组成。所述刀具支架上设置有两个轴承套，所述刀具轴套接于两个所述轴承套。所述刀片组可位于两个所述轴承套之间或之外，位于之间时，所述刀具轴受力良好，但所述刀片组不易更换，位于之外时，所述刀片组易于更换。设置所述刀片组防护罩避免灰尘飞溅以及避免危险。

优选的，还包括除尘降温装置，所述除尘降温装置包括喷水板，所述喷水板设置有水嘴，所述喷水板能够转动，通过所述喷水板的转动能够使所述水嘴对准开槽部位。

所述喷水板设置有水嘴，所述水嘴连接水管，所述水管水流可由所述控制系统控制，所述喷水板设置有水孔，开槽作业时，水从所述水孔中喷出对所述刀具装置开槽部位进行除尘降温。调节所述喷水板连接铰接板，可使所述喷水板转动，通过转动所述喷水板，以达到最好的除尘降温效果。所述除尘降温装置的数量及安装形式可根据开槽特性进行选择。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明装置内设置所述恒力浮动装置，保证开槽深度的一致性，适用于安装在机器人上进行施工；

2、本发明装置通过更改开槽作业方向和改变所述刀具装置与作业面法线方向的夹角，可满足切矩形槽、倒梯形槽等多种形状的凹槽；

3、本发明装置开槽过程可全自动进行，具有集成度高、智能化程度高和开槽质量稳定且可靠的优点。

附图说明：

图1为实施例1中本发明一种用于安装在机器人上作业的开槽装置示意图；(其中传动部分去除保护罩)

图2为实施例1中本发明一种用于安装在机器人上作业的开槽装置俯视图；(其中传动部分去除保护罩)

图3为实施例1中本发明一种用于安装在机器人上作业的开槽装置仰视图(去除所述安装支架底板)；

图4为实施例1中所述刀具支架和刀具轴安装示意图；

图5为实施例1中所述除尘降温装置示意图；

图6为实施例1中所述第一行程开关剖视图；

图7为实施例2中所述第一行程开关剖视图；

图8为实施例3中本发明一种用于安装在机器人上作业的开槽装置示意图；(其中传动部分去除保护罩)

图9为实施例3中本发明一种用于安装在机器人上作业的开槽装置俯视图(其中传动部分去除保护罩)

图10为实施例3中所述刀具支架和刀具轴安装示意图；

图11为实施例3中所述刀具装置切削示意图；

图12为实施例3中所述刀具装置翻转180度后切削示意图。

图中标记：1-法兰安装板，10-安装支架侧板，11-安装支架底板，2-安装座，20-浮动气缸，21-直线导轨，22-导轨滑块，23-电机安装板，3-电机，30-联轴器，31-减速箱，32-刀具支架，33-刀片组第一防护罩，34-刀片组，35-刀片组第二防护罩，36-第二斜齿轮，37-第一斜齿轮，38-减速箱输出轴，4-刀具轴，40-活塞杆，41-连接杆，42-浮动接头，43-安装座连接板，44-第一行程开关，45-触点，46-第二行程开关，47-减速箱输出轴支架，5-第一支架，50-铰接板，51-调节板，52-水嘴，53-喷水板，61-第二连接板，62-第二推杆，63-第一推杆，64-浮动位置控制孔，65-深度控制螺栓，66-导向杆，67-弹簧，68-第一接近开关，681-第二接近开关，682-第三接近开关，69-检测位置。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1-3所示，一种用于安装在机器人上作业的开槽装置，包括刀具装置和行程开关，所述刀具装置连接于安装支架，所述安装支架用于与机器人连接，所述刀具装置连接有恒力浮动装置，所述恒力浮动装置连接有控制系统，所述控制系统能够根据所述刀具装置运动变化控制所述恒力浮动装置带动所述刀具装置沿开槽深度方向浮动，所述刀具装置沿开槽深度方向的浮动用于保持开槽深度的一致性，所述行程开关用于对所述刀具装置限位。

具体的，为了减轻重量，所述安装支架可采用铝合金材料。所述安装支架包括法兰安装板1、安装支架侧板10和安装支架底板11。所述法兰安装板1上设置法兰用于与机器人进行安装，所述法兰布置形式和与之连接的机器人上的法兰布置形式相适配。所述安装支架底板11上安装所述恒力浮动装置，为了减轻重量，所述安装支架底板11可制成u型结构。所述安装支架侧板10用于连接所述法兰安装板1和安装支架底板11，以提高两者连接强度。所述恒力浮动装置包括直线导轨21、导轨滑块22、安装座2和浮动气缸20。所述直线导轨21、导轨滑块22和安装座2可为铝合金材料，所述直线导轨21和浮动气缸20均可通过螺钉固定在所述安装支架底板11上，所述直线导轨21安装在所述u型结构相对的两边，所述浮动气缸20安装在所述u型结构另一边。所述直线导轨21截面形状与所述导轨滑块22相适配，使得所述导轨滑块22滑动连接所述直线导轨21，所述安装座2与导轨滑块22可通过螺钉固定在一起，所述安装座2与浮动气缸20的活塞杆40连接在一起，则通过控制所述浮动气缸20的进气量，所述安装座2就可在所述直线导轨21上滑动。为了避免因刀具装置的开槽方向的变化可能造成所述恒力浮动装置卡死无法移动的现象出现，在所述活塞杆40和安装座2之间增加浮动接头42，但所述活塞杆40和安装座2并不一定直接能与所述浮动接头42相连，采用连接杆41将所述活塞杆40和浮动接头42一端连接起来，采用安装座连接板43将所述浮动接头42另一端与安装座2连接起来。

所述减速箱31固定在所述安装座2并靠近开槽面端，所述电机3固定在所述安装座2并靠近所述减速箱31。所述电机3通过电机安装板23安装在所述安装座2上，所述电机安装板23可采用铝合金材料，底部可通过螺钉与所述安装座2固定，其上设置通孔，使所述电机3的驱动轴从所述通孔穿过，所述驱动轴与联轴器30一端相接，所述联轴器30另一端与减速箱31输入轴相连。

如图2、图4所示，所述减速箱31上通过螺钉固定有刀具支架32，所述刀具支架32上设置有减速箱输出轴支架47，所述减速箱输出轴支架47上设置有轴承套，减速箱输出轴38套接于所述减速箱输出轴支架47，所述减速箱输出轴38前端与第一斜齿轮37键连接，所述第一斜齿轮37和第二斜齿轮36啮合传动，所述第二斜齿轮36与刀具轴4键连接。所述刀具支架32上设置有两个轴承套，所述刀具轴4两端设置有滚动轴承，所述滚动轴承分别套接在所述轴承套上。所述刀具轴4套接于两个所述轴承套，所述刀具轴4上设置有刀片组34，所述刀片组34位于两个所述轴承套之间。为了避免灰尘飞溅，在所述刀片组34外设置刀片组防护罩，同时为了能够拆装所述刀片组34，将所述刀片组防护罩分为刀片组第一防护罩33和刀片组第二防护罩35。所述刀片组第一防护罩33和刀片组第二防护罩35通过螺栓固定在所述刀具支架32上，并将所述刀片组34一部分围起来。

如图5所示，所述刀片组34下方设置有除尘降温装置，所述除尘降温装置包括第一支架5和铰接板50，所述第一支架5一端通过螺钉固定在所述减速箱31外壳上、另一端连接铰接板50，所述铰接板50与喷水板53相连，所述喷水板53设置有水嘴52和螺纹孔，所述喷水板53上设置有若干孔洞，水通过所述水嘴52进入所述喷水板53中，再从所述孔洞喷出，用于对所述刀片组34除尘降温。所述第一支架5两侧设置有调节板51，所述调节板51上设置有螺钉，所述螺钉可以在所述调节板51上滑动，所述螺钉与所述螺纹孔适配，通过转动所述铰接板50，当所述喷水板53角度调整到最合适时，将所述调节板51上的所述螺钉拧进所述螺纹孔中，即可固定住所述喷水板53的位置。

所述减速箱31上通过螺钉固定两个第一连接板，在所述第一连接板上通过螺钉分别固定第一行程开关外壳，所述第一行程开关外壳内设置第一行程开关44，所述刀具装置位于两个所述第一行程开关44内，在所述法兰安装板1上设置第二行程开关46。

如图6所示，触点45连接有第二连接板61，所述第二连接板61连接有导向杆66、第一推杆63和第二推杆62，深度控制螺栓65固定在第一推杆63上，所述深度控制螺栓65随着浮动距离的变化，上下移动，其移动范围受浮动位置控制孔64的高度限制，从而达到控制浮动范围的目的。

随着开槽深度的加深，所述第一行程开关44的所述触点45接触开槽面后向内移动，所述导向杆66同时移动，压缩弹簧67，当所述导向杆66一端的检测位置69到达第一接近开关68的检测范围时，表示开槽深度已经达到最大值，所述控制系统根据所述第一接近开关68的输出信号，发出控制指令，使所述机器人回退或调节所述恒力浮动装置减小开槽深度等相应措施，所述触点45接触压力减小，所述弹簧67扩张，带动所述检测位置69离开所述第一接近开关68的检测范围，所述第一接近开关68输出信号，所述控制系统发出指令，使所述机器人不再带动所述刀具装置加深开槽深度，转而沿着预定的长度方向的轨迹进行开槽。当所述恒力浮动装置回退时，为避免回退距离过大，造成机械臂损坏，同理，设置所述第二行程开关46，所述第二行程开关46结构和工作原理与所述第一行程开关44工作原理类似。当所述第二行程开关46动作时，所述控制系统则发出控制信号，采取应急处理措施，暂停开槽作业，同时所述机械臂带动所述刀具装置后退，并发出报警信号。

所述刀片组34采用优质高速钢刀片组合而成，其工作时运转速度取决于所述刀片性能。根据实际需要预选所述电机3，根据所述电机3的额定转速v1以及所述刀片额定转速v2，确定出所述减速箱31的转速比i＝v1/v2，根据所述转速比i确定出合适的所述减速箱31。根据所述电机3的工作工况：正反转、频繁启动、中低速、中小功率，所述联轴器30可选用lms型梅花联轴器。对所述电机3进行发热、过载能力和启动能力校验，直至选择出合适的所述电机3。

工作时，可通过更改开槽作业方向和改变所述刀具装置与作业面法线方向的夹角，满足切矩形槽、倒梯形槽等多种形状的凹槽。如切倒梯形槽时，所述刀具装置先相对作业面法线左偏转θ角度进行第一遍开槽，左侧所述第一行程开关44对所述刀具装置进行保护，所述除尘降温装置进行除尘降温，完成所述第一遍开槽后，所述刀具装置回退。接着所述刀具装置回到开始位置,相对所述作业面法线右偏转θ角度后进行第二遍开槽，此时右侧所述第一行程开关44对所述刀具装置进行保护。

实施例2

除了所述实施例1中所述行程开关的结构外，还可采用如图7中所示的结构。

触点45连接有第二连接板61，所述第二连接板61连接有导向杆66、第一推杆63和第二推杆62，在第一推杆63上设置检测位置69，所述检测位置69随着浮动距离的变化，上下移动。所述检测位置69与间隔设置的第二接近开关681和第三接近开关682相适配。所述触点45接触开槽面后向内移动，所述导向杆66、第一推杆63和第二推杆62同时移动，所述导向杆66压缩弹簧67，当所述检测位置69移动到第二接近开关681的检测范围时，表示开槽深度已经达到最大值，所述控制系统根据所述第二接近开关681的输出信号，发出控制指令，使所述机器人回退或调节所述恒力浮动装置减小开槽深度等相应措施，使得所述触点45接触压力减小，所述弹簧67扩张，带动所述检测位置69离开所述第二接近开关681的检测范围，所述第二接近开关681输出信号，所述控制系统发出指令使所述机器人不再带动所述刀具装置加深开槽深度，转而沿着预定的长度方向的轨迹进行开槽。如果在作业过程中，由于作业面的变化等其他因素，导致开槽深度继续加深，使所述检测位置69移动到第三接近开关682的检测范围时，表示已到刀具开槽深度极限位置，不能再深入，此时为了保护开槽刀具，同时可报警，并根据实际情况采取暂停作业，机器人回退或可通过恒力浮动装置调节刀具深入方向行程，使开槽深度减小，回归正常深度等相应操作。

实施例3

如图8-9所示，一种用于安装在机器人上作业的开槽装置，其结构与实施例1大致相同，其不同之处在于，①所述刀具装置上下都设置有所述除尘降温装置；

②如图9-10所示，所述刀片组34在所述刀具轴4上的相对位置不同，所述刀片组34位于两个所述滚动轴承外并用螺母固定位置；③所述第一行程开关44的数量减少为1个，将所述第一行程开关44设置于靠近所述螺母端。

如此设置的优点在于，①所述刀具装置能进行双向开槽；②在拆卸所述刀具装置的时候，只需将所述螺母拆掉，即可将所述刀片组34从所述刀具轴4拆下，更换方便。③所述刀片组34倾斜时只受到一个所述第一行程开关44的限制，侧倾斜角度更大，可实现所需开较大倾斜度的开槽需求。

工作时，如所述刀具装置切倒梯形槽时，如图11所示，所述刀具装置先相对作业面法线左偏转θ角度进行第一遍开槽，所述第一行程开关44对所述刀具装置进行保护，所述除尘降温装置对所述刀具装置进行除尘降温，完成所述第一遍开槽后，所述刀具装置回退。开槽方向设置有两个所述除尘降温装置，但只设有一个所述第一行程开关44，所述刀具装置回退后需翻转180度，如图11所示，接着相对所述作业面法线右偏转θ角度进行第二遍开槽，此时另一个所述除尘降温装置对所述刀具装置进行除尘降温，同一个所述第一行程开关44对所述刀具装置进行保护。