一种轨道式移动工作平台[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710700866.7
(22)申请日 2017.08.16
(71)申请人 中国矿业大学
地址 221116 江苏省徐州市铜山区大学路1
号中国矿业大学南湖校区
(72)发明人 郝敬宾　马国帅　张冲　李聪聪　
刘昊　杨海峰　李中凯　
(74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237
代理人 殷昭洋
(51)Int.Cl.
B65G 47/90(2006.01)
(54)发明名称
一种轨道式移动工作平台
(57)摘要
本发明公开了一种可用于搭载工业机械臂
的轨道式移动工作平台，它包括采用两级链传动
的驱动装置、基于移动副自锁原理的夹紧装置和
基于激光测距定位原理的定位系统，其中驱动装
置各部件固定在底板架上，夹紧装置各部件通过
底座和底板架连接起来。

本发明用于搭载各类工
业机械臂进行大范围作业，扩大了其工作空间，
在大型结构件的加工处理中有着广阔的应用前
景。

同时本发明设计有夹紧装置和定位系统，保
证了加工过程中机械臂的准确定位。

权利要求书2页 说明书4页 附图3页CN 107499921 A 2017.12.22
C N 107499921
A
1.一种轨道式移动工作平台，其特征在于，它包括驱动装置和夹紧装置，所述驱动装置由两套链传动系统组成，前后布置在底板架（1.1）上，每套链传动系统由驱动电机部（1.2）、一级链传动（1.3）、链传动杆（1.4）、二级链传动（1.5）、车轮机构（1.6）和导向机构（1.7）组成，所述夹紧装置包括直线推杆电机连接架（
2.1）、连接整个夹紧装置（2）和底板架（1.1）的底座（2.2）、直线推杆电机（2.3）、滑槽（2.4）、双轨轨道（2.5）、两个连杆（2.6）、滑块（2.7）、锁止块（2.8）和拉簧（2.9），所述直线推杆电机（2.3）通过推杆电机连接架（2.1）和底座（2.2）连接固定，底座（2.2）与底板架（1.1）连接固定，两个连杆（2.6）与电机输出头铰接，对称布置，滑块（2.7）与连杆（2.6）末端铰接，机械臂在轨道（2.5）上运行时，滑块（2.7）在滑槽（2.4）上移动，滑槽（2.4）和轨道（2.5）连接，处于伸张状态的拉簧（2.9）两端分别与两个连杆连接，锁止块（2.8）与底座（2.2）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种轨道式移动工作平台，所述驱动电机部（1.2）中驱动电机（1.2.2）自带减速机，由电机连接架（1.2.1）固定在底板架（1.1）上。

3.根据权利要求1所述的一种轨道式移动工作平台，所述一级链传动（1.3）包括一级链轮一（1.3.1）、一级链条（1.3.3）和一级链轮二（1.3.4），其中一级链轮一（1.3.1）和驱动电机（1.2.2）输出轴固定连接，一级链轮二（1.3.4）和链传动杆（1.4）固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种轨道式移动工作平台，所述电机输出轴与一级链轮一（1.3.1）通过圆头平键连接，电机输出轴自带中心螺孔，通过螺钉和一级链轮一固定盖板（1.3.2）将一级链轮一（1.3.1）固定。

5.根据权利要求1所述的一种轨道式移动工作平台，所述二级链传动（1.5）由二级链轮一（1.5.1）、二级链条（1.5.2）和二级链轮二（1.5.3）组成，链传动杆（1.4）两端与二级链轮一（1.5.1）连接，继而带动其绕链传动杆转动，经二级链条（1.5.2）将动力传递到二级链轮二（1.5.3）。

6.根据权利要求1所述的一种轨道式移动工作平台，所述车轮机构（1.6）包括内侧车轮轴承支架（1.6.1），驱动车轮（1.6.2），驱动车轮轴（1.6.3）和外侧车轮轴承支架（1.6.4），其中内侧车轮轴承支架（1.6.1）和外侧车轮轴承支架（1.6.4）固定在底板架（1.1）上。

7.根据权利要求1所述的一种轨道式移动工作平台，所述二级链轮二（1.5.3）与驱动车轮轴（1.6.3）通过平键连接，每个车轮两边有外侧车轮轴承支架（1.6.4）和内侧车轮轴承支架（1.6.1）用来放置车轮轴轴承，支撑驱动车轮（1.6.2）在轨道上移动，支架通过螺栓连接固定在底盘上。

8.根据权利要求1所述的一种轨道式移动工作平台，所述导向机构（1.7）包括导向轮（1.7.1）、稳定轮（1.7.2）和导向轮、稳定轮支架（1.7.3），导向轮1.7.1和稳定轮1.7.2对称轨道安装，导向轮、稳定轮支架（1.7.3）和车轮机构（1.6）内、外侧车轮轴承支架固定连接。

9.根据权利要求1-8所述的一种轨道式移动工作平台，其特征在于，还包括定位系统，所述定位系统包括激光测距仪连接架(3.1)、激光测距仪(3.2)、反射板（3.3），其中激光测距仪(3.2)安装在移动工作平台沿轨道方向的两侧，靠激光测距仪连接架(3.1)和外侧车轮轴承支架（1.6.4）固定连接，在两条轨道（2.5）终点与激光测距仪正对处设置反射板，一前一后布置。

10.根据权利要求9所述的一种轨道式移动工作平台，其特征在于，轨道（2.5）轨头侧面和上下表面光滑，以保证导向轮（1.7.1）和稳定轮（1.7.2）滑动平稳，同时加工有用来连接
滑槽（2.4）和反射板（3.3）的螺纹孔。

一种轨道式移动工作平台
技术领域
[0001]本发明涉及一种轨道式移动工作平台，具体可用来搭载各类工业机械臂进行大范围作业，适用于大型结构件的加工处理。

背景技术
[0002]如今，工业机器人已广泛应用于汽车制造、物流运输等领域，如广泛应用的焊接、码垛机器人等，它具有重复性精确生产特征,适应制造业中规模化、批量化生产要求,装配在生产线上代替人工作业,解除工人双手的同时提高了生产效率。

它强大的控制功能使得我们可以在工作前预先设置好各项参数，从而进行无人化操作，这在某些危险工作场合是十分必要的，而且机器人的高控制精度使得它比人类更加胜任某些高精尖工作，如在激光熔覆领域，解决了传统机加工制造方法不能解决的难题。

目前工业机器人技术日趋成熟,已经成为一种标准设备而广泛应用于工业界。

[0003]但目前应用于工业领域的各类机械臂大都固定在地面上，这极大限制了机械臂的工作空间，尤其是在大型结构件上的应用，如在激光熔覆领域，激光熔覆技术常用来修复零部件表面损伤，若待修复零部件尺寸过大，传统激光熔覆机器人不能解决，因此有必要设计一种工作平台用于搭载其进行大范围作业。

发明内容
[0004]为解决上述问题，本发明提供了用以扩大机械臂工作范围的轨道式移动工作平台，可搭载各类工业机械臂进行作业，同时为保证机械臂在特定工位作业，本发明还搭载有精确定位机械臂在轨道上位置的定位系统，和保证机械臂工作时准确固定的夹紧装置。

[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双轨式移动工作平台，它包括驱动装置，夹紧装置，定位系统，所述驱动装置由两套链传动系统组成，前后布置在底板架1.1上，每套链传动系统由驱动电机部1.2、一级链传动1.3、链传动杆1.4、二级链传动1.5、车轮机构1.6和导向机构1.7组成，所述驱动电机部1.2由驱动电机1.2.2和驱动电机连接架1.2.1组成，驱动电机通过电机连接架固定在底板架上。

一级链传动1.3由一级链轮一1.3.1、一级链条1.3.3和一级链轮二1.3.4组成，电机输出轴与一级链轮一1.3.1连接，动力经一级链条1.3.3传递给一级链轮二1.3.4，一级链轮二1.3.4带动链传动杆1.4转动。

二级链传动1.5由二级链轮一1.5.1、二级链条1.5.2和二级链轮二1.5.3组成，链传动杆1.4两端与二级链轮一1.5.1连接，继而带动其绕链传动杆转动，经二级链条1.5.2将动力传递到二级链轮二1.5.3。

车轮机构1.6由内侧车轮轴承支架1.6.1、驱动车轮1.6.2、驱动车轮轴1.6.3和外侧车轮轴承支架1.6.4组成，驱动车轮轴1.6.3与二级链轮二1.5.3固定连接，驱动车轮轴1.6.3带动驱动车轮1.6.2在轨道上移动。

每个车轮两边有外侧车轮轴承支架1.6.4和内侧车轮轴承支架1.6.1用来放置车轮轴轴承，支撑驱动车轮在轨道上移动，内、外侧车轮轴承支架固定在底盘上。

导向机构1.7由导向轮1.7.1、稳定轮1.7.2、稳定轮支架1.7.3组成，导向轮1.7.1和稳定轮1.7.2对称轨道安装，机械臂在轨道上运行过程中导向轮
1.7.1沿轨道外侧边滚动，限制底部工作平台除沿轨道方向外其他方向的运动，起导向作用，稳定轮沿轨道内侧边滚动，确保机械臂工作时不会发生倾覆，起稳定作用。

[0006]所述夹紧机构包括直线推杆电机连接架2.1、底座2.2直线推杆电机2.3、滑槽2.4、轨道2.5、连杆2.6、滑块2.7、锁止块2.8、拉簧2.9，直线推杆电机2.3通过直线推杆电机连接架2.1固定在底座2.2上，两连杆和电机输出端铰接，对称布置，锁止块2.8固定在底座2.2上，用于限制自锁时电机推杆向前移动，拉簧2.9两端和连杆2.6连接，用来保证机械臂行走时两侧滑块能贴住滑槽2.4外壁，从而避免推杆电机未工作时滑块因摩擦导致自锁，影响机构正常运动。

连杆2.6和滑块2.7铰接，机械臂行走时滑块2.7在滑槽2.4上移动，滑槽2.4和轨道2.5固定连接。

[0007]所述定位系统包括包括激光测距仪连接架3.1、激光测距仪3.2、反射板3.3，其中激光测距仪3.2安装在移动工作平台沿轨道方向的两侧，可随移动工作平台一起移动，激光测距仪连接架3.1和外侧车轮轴承支架1.6.4固定连接，在两条轨道2.5终点与激光测距仪正对处设置反射板3.3，一前一后布置。

[0008]该发明提供了在轨道上移动的底部工作平台，该平台包含驱动装置、保证机械臂工作时准确固定的夹紧装置和实时提供机械臂在轨道上位置的定位系统；
该发明采用链传动的驱动装置结构布置紧凑，有效节省了底盘工作空间，同时带有导向轮和稳定轮，保证了机械臂移动过程中的运行平稳。

[0009]该发明基于移动副自锁原理的夹紧装置结构布置简单，自锁性能好，保证了机械臂工作时的准确固定。

[0010]该发明基于激光测距定位的定位系统实现了对机械臂的准确实时定位，两台激光测距一前一后测距，数据综合处理，提高了定位精度。

附图说明
[0011]图1是本发明总体结构三维示意图；
图2、3是本发明中驱动系统示意图；
图4是本发明中夹紧装置示意图；
图5是本发明中定位系统三维示意图。

[0012]图中：1.1、底板架，1.2、驱动电机部， 1.2.1、驱动电机连接架，1.2.2、驱动电机，1.3、一级链传动，1.3.1、一级链轮一，1.3.2、一级链轮一固定盖板，1.3.3、一级链条，1.3.4、一级链轮二，1.4、链传动杆，1.5、二级链传动，1.5.1、二级链轮一，1.5.2、二级链条，1.5.3、二级链轮二，1.6、车轮机构，1.6.1、内侧车轮轴承支架，1.6.2、驱动车轮，1.6.3、驱动车轮轴，1.6.4、外侧车轮轴承支架，1.7、导向机构，1.7.1、导向轮，1.7.2、稳定轮，1.7.3导向轮、稳定轮支架，2.1、直线推杆电机连接架，2.2、底座，2.3、 直线推杆电机，2.4、滑槽，2.5、轨道，2.6、连杆，2.7、 滑块，2.8、 锁止块，2.9、拉簧，3.1、激光测距仪连接架，3.2、激光测距仪，3.3、反射板 。

具体实施方式
[0013]下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0014]应注意到的是：除非另外具体说明，否则本实施例中阐述的部件的相对布置、数值
等不限于本发明的范围。

[0015]如图1所示：一种用于搭载工业机械臂的底部移动工作平台，它包括：提供动力的驱动系统；保证机械臂工作时准确固定的夹紧装置；运行过程中对机械臂进行定位的定位系统。

[0016]如图2所示，所述驱动系统采用带精密减速机的电机作为动力源，考虑到链传动运动特性使它仅适用于低速传动，3000r/min交流伺服电机输出转速太高，不适于直接连接链传动，为保证底盘结构紧凑，选用带精密减速机的交流伺服电机。

驱动系统包括两套套链传动系统，每套链传动系统由驱动电机部1.2、一级链传动1.3、链传动杆1.4、二级链传动1.5、车轮机构1.6和导向机构1.7组成。

其中，驱动电机部1.2由驱动电机1.2.2和驱动电机连接架1.2.1组成。

一级链传动1.3由一级链轮一1.3.1、一级链条1.3.3和一级链轮二1.3.4组成。

二级链传动1.5由二级链轮一1.5.1、二级链条1.5.2和二级链轮二1.5.3组成。

车轮机构1.6由内侧车轮轴承支架1.6.1、驱动车轮1.6.2、驱动车轮轴1.6.3和外侧车轮轴承支架1.6.4组成。

导向机构1.7由导向轮1.7.1、稳定轮1.7.2和导向轮、稳定轮支架1.7.3组成。

驱动电机1.2.2由电机连接架1.2.1通过螺栓连接固定在底板架1.1上，电机输出轴与一级链轮一1.3.1通过圆头平键连接，电机输出轴自带中心螺孔，通过螺钉和一级链轮一固定盖板1.3.2将一级链轮一1.3.1固定，动力经一级链条1.3.3传递给一级链轮二1.3.4，一级链轮二1.3.4带动链传动杆1.4转动，链传动杆1.4两端通过圆头平键与二级链轮一1.5.1连接，继而带动其绕链传动杆1.4转动，经二级链条1.5.2将动力传递到二级链轮二1.5.3，二级链轮二1.5.3与驱动车轮轴1.6.3通过平键连接，驱动车轮轴1.6.3带动驱动车轮1.6.2在轨道上移动。

每个车轮两边有外侧车轮轴承支架1.6.4和内侧车轮轴承支架1.6.1用来放置车轮轴轴承，支撑驱动车轮1.6.2在轨道上移动，支架通过螺栓连接固定在底盘上。

除驱动轮1.6.2外，还有导向轮1.7.1和稳定轮1.7.2，机械臂在轨道上运行过程中导向轮1.7.1沿轨道外侧边滚动，限制底部工作平台除沿轨道方向外其他方向的运动，起导向作用，稳定轮1.7.2沿轨道内侧边滚动，确保机械臂工作时不会发生倾覆，起稳定作用。

导向轮1.7.1和稳定轮1.7.2对称轨道放置，两轮固定在导向轮、稳定轮支架1.7.3上，此支架和用来放置车轮轴轴承的内外侧轴承支架螺钉连接，从而使整个驱动结构和底板架1.1紧紧连接在一起。

[0017]如图3所示，所述夹紧装置基于移动副自锁原理，实线表示机械臂运行时夹紧装置各部件布置示意图，虚线表示夹紧装置工作时各部件位置示意图。

[0018]直线推杆电机2.3通过直线推杆电机连接架2.1固定在底座2.2上，通过螺栓连接将底座2.2与底板架1.1固定在一起，电机输出端与连杆2.6铰接，连杆2.6与滑块2.7铰接，两连杆交错对称布置，滑槽2.4通过螺栓连接固定在轨道上，拉簧2.9两端分别与两个连杆连接，锁止块2.8通过螺栓连接固定在底座2.2上。

如图3中实线所示，底部工作平台在轨道2.5上移动时，电机关闭，推杆未推出，拉簧2.9处于伸张状态，两边收缩，从而保证机械臂行走时两侧滑块能紧贴住滑槽2.4外壁，避免夹紧装置未工作时滑块2.7因摩擦导致自锁，影响机构正常运动。

如图3中虚线所示，平台停止移动，机械臂开始工作时，电机2.3开启，推杆向前运动，继而顶住两边连杆2.6向前移动，一直到达极限位置（由锁止块2.8限制），达到自锁状态（极限位置下连杆与水平线夹角小于摩擦角），关闭电机，夹紧状态完成，工业机械臂开始工作，结束工作，开始移向下一工位时，电机2.3反接，推杆向后运动，连杆2.6复位，处于放松状态，随着机械臂整体在轨道上移动到下一工位。

[0019]如图4所示，所述定位系统基于激光测距原理，激光测距仪3.2通过激光测距仪连接架3.1固定在外侧车轮轴承支架1.6.4上，反射板3.3通过螺钉连接固定在轨道2.5末端，一前一后放置，两台激光测距仪的数据在控制系统里经过程序综合处理，减小误差，提高精度，从而准确得到当前机械臂所在位置，实现定位功能。

[0020]综上，本设计传动方式采用两级链传动，其与齿轮传动相比，制造和安装精度要求较低，传动结构简单，适用于较远距离传动，有效节省了底部平台工作空间。

车轮机构1.6布置紧凑，通过内侧车轮轴承支架1.6.1和外侧支架1.6.4，将整个车轮机构1.6、导向机构1.7和底板架1.1紧紧连在一起，对称布置在轨道两侧的导向机构1.7确保了机械臂移动时运行平稳。

基于移动副自锁原理的夹紧装置结构布置简单，自锁性能好，相比传统液压装置，避免了油液污染、机构冗余问题。

基于激光测距原理的定位系统定位准确，采用两台激光测距仪3.2，一前一后测距，数据综合处理，提高了定位精度。

[0021]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

[0022]以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

图1
图2
图3
图4
图5。