一种抓管夹具机构、抓管装置及其抓装方法与流程

本发明涉及管状件拼接或拆卸，特别是指一种抓管夹具机构、抓管装置及其抓装方法。

背景技术：

1、现有盾构施工或竖井施工中，每前进一段距离，需要进行管路的延伸（如泥水盾构的进浆管、排浆管等），因此，管路的延伸和安装是施工的重要环节。

2、现有管路拼接与抓取方式人工操作劳动强度大，管路姿态调整困难。如申请号为cn202321369482.9的专利公开了一种抓管装置，通过安装在双向螺纹管上的两个电动夹爪实现管状工件的轴向移动，该装置通过调整两夹爪的位置，可适应多种长度的管路的夹取，并避免管路在吊起后产生的晃动或摆动，具有安全性高的优点，但该机构无法进行管状工件姿态的微调。

3、而申请号为cn201810102628 .0的发明专利公开了一种新型管路延伸装置，包括套管和伸缩管，其中套管与泥浆管固定部分连接，套管与增设的泥浆管法兰连接；伸缩管一端套设在套管内，且伸缩管与套管滑移连接。但是该专利只公开了一种泥浆伸缩管，并未提供隧道掘进时泥浆管延伸装置的装配关系及施工方法，也不能满足盾构机的上下坡和转弯需求及竖井施工中的高精度拼接，只能满足直线掘进的盾构机使用。

4、通过现场调研，目前采用的方法大多是将管路运送到隧道内需延伸位置，然后人工操作进行管路的延伸。由于管路重量较大，其两端通过螺栓进行连接，其拼装过程对精度要求高，人工操作劳动强度大，管路姿态调整困难，需多次调整；导致管路的拼装效率低、劳动强度大。因此，设计一种适用于管状工件抓取、姿态微调、拼装的机构，以解决上述问题很有必要。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种抓管夹具机构、抓管装置及其抓装方法，解决了现有技术中管路拼接人工操作劳动强度大，管路姿态调整困难的问题，满足对大重量管状工件的抓取、拼装时对精度的高要求。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种抓管夹具机构，包括副臂，副臂上设有至少一个主动滚轮式夹爪，主动滚轮式夹爪上设有旋转调节机构和摆动调节机构，旋转调节机构能带动管状工件绕其轴线转动；摆动调节机构调节管状工件的倾斜方向；通过上述抓管夹具机构实现对管状工件的稳固抓取与位姿的调节，进一步提高其拼装的精度。

3、进一步优选，所述主动滚轮式夹爪包括一侧开口的第一固定座，第一固定座的开口处设有用于开合的第一压紧板，第一固定座内设有旋转调节机构，第一固定座和第一压紧板上设有摆动调节机构。具体优选，所述摆动调节机构包括设置在第一固定座的夹持面与第一压紧板的夹持面上的且相对设置的调节轮对；旋转调节机构包括设置与第一固定座上的摩擦驱动轮，摩擦驱动轮能与管状工件接触且在驱动电机作用下能带动管状工件绕其轴线转动。

4、进一步优选，所述第一压紧板通过铰接轴ⅱ与第一固定座相连接，第一压紧板的一端铰接有第一压紧缸，第一压紧板的另一端与第一固定座配合，第一压紧板在第一压紧缸的驱动下，绕铰接轴ⅱ转动，对第一固定座的开口进行开合控制。

5、进一步优选，所述调节轮对包括径向伸缩件和工字型轮架，工字型轮架的竖梁部与径向伸缩件的伸缩端相连接，径向伸缩件的固定端通过固定板架固定，工字型轮架的两侧设有滑轮。

6、进一步优选，所述第一固定座内开设有u型槽，第一压紧板上开设有劣弧槽，劣弧槽与u型槽相对应，调节轮对设置劣弧槽的内弧面及u型槽的内槽面。

7、抓管夹具机构作为优选还包括被动球铰式夹爪，被动球铰式夹爪的球铰结构随管状工件进行被动转动。

8、进一步优选，所述被动球铰式夹爪包括一侧开口的第二球铰座，第二球铰座的开口处设有用于开合的第二压紧板，第二球铰座内以球铰接的方式连接有内球型卡座，内球型卡座的工作面及第二压紧板的工作面上均设有滑轮。

9、进一步优选，所述滑轮包括第一滑轮、第二滑轮和第三滑轮；所述内球型卡座上开设有u型卡槽，u型卡槽的内槽面设有若干个第三滑轮；内球型卡座的上端面设有第二滑轮；内球型卡座的外表面为球形面，该球面与设置在第二球铰座内侧的内球面槽配合形成球铰结构。

10、进一步优选，所述第二压紧板通过铰接轴ⅰ连接在第二球铰座上，且第二压紧板的一端连接有第二压紧缸、另一端能扣合在第二球铰座的开口处，第二压紧板朝向第二球铰座开口的一侧设有第一滑轮；第二压紧板在第二压紧缸的驱动下，绕铰接轴转动，对第二球铰座的开口进行开合控制。

11、进一步优选，所述副臂上设有用于调节夹爪位置的夹爪距离调节机构；夹爪距离调节机构包括设置在副臂上的若干个连接座，夹爪通过法兰盘与不同的连接座连接，实现其位置的调节。

12、一种抓管装置，包括座体，座体上通过底部回转机构连接有纵向移动机构，纵向移动机构的移动件上设有横向移动机构，横向移动机构的移动件上设有所述的抓管夹具机构。

13、进一步优选，所述底部回转机构包括转动设置在座体上的回转盘，回转盘与设置在座体上的驱动件相连接，所述纵向移动机构设置在回转盘上，且能随回转盘进行转动。

14、进一步优选，所述纵向移动机构包括纵向滑移架，纵向滑移架上设有纵向滑轨，横向移动机构与纵向滑轨滑动配合，且横向移动机构通过纵向滑移油缸与回转盘相连接；纵向滑移架上设有由于检测横向移动机构纵向移动距离的位移传感器，横向移动机构与纵向滑移架之间还设有配重机构。

15、进一步优选，所述配重机构包括配重和设置在纵向滑移架上的定滑轮，配重通过与定滑轮配合的牵引绳与横向移动机构相连接。

16、进一步优选，所述横向移动机构包括固定筒臂和伸缩筒臂，伸缩筒臂套设在固定筒臂内且通过伸缩驱动油缸与固定筒臂相连接；固定筒臂上设有用于检测伸缩筒臂伸出距离的位移传感器。

17、一种抓管装置的抓装方法，步骤如下：s1：通过调节底部回转机构、纵向移动机构在竖直方向上的伸缩及横向移动机构在水平方向上的伸缩，使抓管夹具机构运动到管状工件的位置；

18、s2：通过夹爪的压紧机构，实现抓管夹具机构对管状工件的夹紧，然后将管状工件递送至拼装位置；

19、s3：主动滚轮式夹爪通过其摩擦驱动轮的转动，带动管状工件绕其轴线转动，调节管状工件的周向角度；然后通过主动滚轮式夹爪上调节轮对的伸缩动作，调节管状工件的安装位姿；

20、s4：当管状工件安装完成后，夹爪的压紧机构松开，完成该管状工件的拼装动作；

21、s5：重复步骤s1~s4，直到完成所有管状工件的拼装作业。

22、当抓管夹具机构同时采用主动滚轮式夹爪和被动球铰式夹爪时，主动滚轮式夹爪通过其摩擦驱动轮的转动带动管状工件绕其轴线转动过程中，被动球铰式夹爪的第二球铰座进行同步被动转动配合，实现管状工件的周向角度调节；主动滚轮式夹爪上调节轮对进行伸缩动作过程中，被动球铰式夹爪的第二球铰座进行被动摆动配合，实现管状工件安装位姿的调节。

23、本发明的有益效果为：

24、本发明抓管夹具机构采用具有主动调节能力的主动滚轮式夹爪，通过其旋转调节机构和摆动调节机构，能使管状工件绕其轴线转动和拼装时对接管件倾斜方向的调节，实现对管状工件的稳固抓取与位姿的调节，进一步提高其拼装的精度。本发明被动球铰式夹爪球铰接的形式使其具有三个转动方向上的自由度；主动滚轮式夹爪采用具有自主驱动的摩擦驱动轮与调节轮对配合，通过上爪球铰结构的结构形式，使管状工件具有三个转动自由度，在摩擦驱动轮的转动下，能够绕轴线转动；在相互对称布置的姿态调整轮对的配合作用下，能够进行另外两个自由度方向上的摆动，通过被动球铰式夹爪、主动滚轮式夹爪的动作，实现管状工件在三个自由度方向上的转动，即姿态调整，满足管状工件拼装时的高精度定位需求。

25、本发明抓管装置通过回转、纵向伸缩与水平伸缩等至少3个自由度的调节，提高抓管机构的作业范围，实现不同位置处工件的抓取和安装。抓管装置采用抓管夹具机构利用被动球铰式夹爪和主动滚轮式夹爪配合，对管状工件进行两道夹持，确保抓取的稳定性。被动球铰式夹爪采用被动球铰式夹爪，主动滚轮式夹爪采用主动滚轮式夹爪；主动滚轮式夹爪具有动力能带动管状工件绕其轴线转动，被动球铰式夹爪的球铰结构随管状工件进行被动转动；用于调节管状工件的姿态，以实现管状工件的智能化高精度调节拼接；解决了现有技术中管路拼接人工操作劳动强度大，管路姿态调整困难的问题。

26、本发明基于抓管装置的抓装方法可实现管状工件的姿态微调，满足拼装对精度的要求。通过上述设计的装置与方法，使抓管装置具有多自由度和姿态微调功能，可实现管状工件的抓取和姿态精准微调，提高操作效率，为其机械化、自动化、智能化拼装奠定基础。