1.本发明涉及一种护栏打桩机及工作方法，尤其适用于建筑工程设备技术领域使用的一种智能取桩、定位的护栏打桩机及工作方法。


背景技术：

2.近年来，市政建设、公路桥梁、高层建筑等地基施工工程中广泛用到打桩机。其中在道路施工中用于安装公路护栏的是一种轮式护栏打桩机。其工作装置采用全液压驱动，可以实现打孔、打桩和拔桩等功能。
3.但是，打桩机是打完一个桩才能进行下一个，由于所需要的护栏桩数量多，桩的间距不大，要将护栏桩提前放置在指定的打桩位置，人工强度大，费时费力，而且离工作区域很近，安全系数低。况且目前存在的自动抓取机构只有单个手爪，容易造成抓取过程中打滑、受力不均、无法实现定位等不稳定现象。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便，自动化程度高，工作高效快捷的一种智能取桩、定位的护栏打桩机及工作方法。
5.技术方案：为实现上述目的，本发明的智能取桩、定位的护栏打桩机，包括打桩机主体，打桩机主体前端设有取桩机构安装台，取桩机构安装台前端通过连接结构连接有存桩车，取桩机构安装台上设置具有双手爪抓取机构的取桩机构；所述的取桩机构包括可以实施从存桩车内抓取护栏桩的机器臂，机器臂为多连接臂多移动关节结构，其中机器臂的移动关节处设有用以控制机械臂将护栏桩装入打桩机内的定位装置，机器臂的端部设有抓取机构，所述的抓取机构为两支并排设置且联动控制的双爪抓取结构；打桩机主体的侧面垂直设置有打桩机构，打桩机构上设有便于机器臂自动安装护栏桩的定位装置。
6.进一步，所述打桩机构包括桩锤、桩架、升降油缸、变幅油缸、前后油缸，其中桩架设置在打桩机主体的侧面，前后油缸横向设置在打桩机主体上用于改变桩架的水平位置，变幅油缸与桩架的中段连接，用以调整桩架的摆动幅度，桩架上设有导轨，导轨上设有桩锤，桩锤与升降油缸联动从而通过控制升降油缸使桩锤在桩架的轨道上移动。
7.进一步，定位装置包括摄像头、光电式位移传感器、光学传感器a；所述摄像头对称设置在桩架上的桩帽下方，光电式位移传感器设置在桩帽上并对称分布在其轴线左右两侧；光学传感器a设置在打桩机主体的车头处，在取桩机构的腰部基座上设有光学传感器a接收端，光学传感器a接收端与光学传感器a在同一水平线上，当光学传感器a接收端接收到来自光学传感器a的光信号时第一回转机构停止回转运动即到达指定的位置。
8.进一步，所述机器臂包括设置在取桩机构安装台上的取桩机构安装底板，取桩机构安装底板上设有腰部基座，腰部基座上设有第一回转机构和提供驱动力的第一回转马达，第一回转机构顶部设有回转台，回转台顶部活动连接有前臂，前臂的前端活动连接有中臂，中臂的前端活动连接有后臂，后臂的前端活动连接有连接板，连接板的端部通过腕部安
装盘连接有第二回转机构，第二回转机构上设有第二回转马达，第二回转机构上设有双手爪抓取机构；其中回转台与前臂之间设有第一柱塞油缸，前臂和中臂之间设有第二柱塞油缸，中臂与后臂之间设有第三柱塞油缸，后臂与连接板之间设有第四柱塞油缸。
9.进一步，所述回转台顶部与前臂之间为上下链接，前臂与中臂为上下链接，中臂与后臂之间为左右链接，后臂与连接板之间为上下链接。
10.进一步，双手爪抓取机构包括中部与第二回转机构连接的横梁，横梁的左侧端部分连接有手爪a、第五柱塞油缸、第三回转机构、第三回转马达；所述手爪a固定连接于第五柱塞油缸的输出法兰上；第三回转机构设置于第三回转马达的输出轴上，第三回转马达设置于取桩机构双手爪抓取机构的左顶端；横梁右侧端部连接有第四回转马达、第四回转机构、第六柱塞油缸、手爪b，第四回转机构设置在横梁的右侧，第四回转机构通过第六柱塞油缸连接有手爪b，第四回转机构上设有第四回转马达。
11.进一步，中臂上设有光学传感器b，后臂上设有光学传感器b接收端，光学传感器b接收端与光学传感器b在同一水平线上，当光学传感器b接收端接收到来自光学传感器b的光信号时后臂停止转动并与中臂的夹角为180
°
，起到限位作用。
12.进一步，所述存桩车包括车轮、车厢和护栏桩，通过连接法兰与打桩机连接，工作时车轮随着打桩机行进而行进，车厢用于存放护栏桩。
13.一种智能取桩、定位的护栏打桩机的工作方法，其步骤如下：
14.打桩机主体移动到需要打桩的区域后，首先控制机器臂伸展，之后对准设置在车厢的护栏桩，通过第二回转马达驱动第二回转机构调整双手爪抓取机构，使双手爪抓取机构的横梁与待取的护栏桩平行，之后控制双手爪抓取机构的手爪a和手爪b张开并抓住一根护栏桩，通过横梁连接的两个手爪在护栏桩上形成两个固定点，有效提高了抓取长杆结构的护栏桩的稳定性，之后机器臂抬起并通过回转台上设置的光学传感器a接收端与光学传感器a进行位置匹配，位置匹配后即可确认第一回转机构将取桩机构回转到指定位置；通过第四柱塞油缸带动连接板转动90
°
使护栏桩呈垂直于地面方向；通过摄像头的定位辅助控制前后油缸、变幅油缸改变桩架的位置从而使桩锤对准预设的打桩孔位；通过第三柱塞油缸带动后臂转动90
°
到桩帽的下方，当光电式位移传感器在检测到取桩机构抓取的护栏桩与桩帽对准后，双手爪抓取机构的手爪a和手爪b放松护栏桩但继续扶着护栏桩保持位置，在升降油缸的作用下桩锤锤击护栏桩进行打桩工作，待护栏桩进入桩孔一定深度后，双手爪抓取机构的手爪a和手爪b离开护栏桩，准备抓取下一位置的护栏桩工作。
15.有益效果：
16.1)本装置采用回转马达实现取桩机构的整体回转和手爪的回转，采用柱塞油缸驱动取桩机构的关节，结构紧凑；
17.2)为避免取桩机构回转时与打桩机发生干涉，在整体回转时采用了光学传感器a接收端与光学传感器a实现定位，并在中臂和后臂之间通过左右链接的方式增加了机器臂绕z轴回转的自由度。
18.3)利用摄像头和光学传感器实现定位，实现打桩机的定位打桩工作。
19.4)本发明中的取桩机构为双手爪抓取机构，可同步实现抓取、旋转功能，由于抓取点分别为护栏桩的上下两处，从而保证在取桩过程中的稳定性。
20.5)将护栏桩库放置在独立的车厢中，车厢连接在打桩机前部，随打桩机运动而运
动，实现存桩、运桩、装卸桩的一体化，降低工人的劳动强度，提高打桩的工作效率。
附图说明
21.图1为本发明公开的智能取桩、定位的护栏打桩机整体结构示意图；
22.图2为本发明的打桩机主体结构示意图；
23.图3为本发明的具有双手爪抓取机构的取桩机构结构示意图；
24.图4为本发明的具有双手爪抓取机构的取桩机构俯视图；
25.图5为本发明的双手爪抓取机构结构图；
26.图6为本发明的存桩车的结构示意图；
27.图7为本发明的取桩流程示意图；
28.图8为本发明的取桩机构非工作状态下存放俯视图。
29.图中：1-打桩机主体；2-取桩机构安装台；3-具有双手爪抓取机构的取桩机构；4-存桩车；11-摄像头；12-桩帽；13-光电式位移传感器；14-桩锤；15-桩架；16-升降油缸；17-变幅油缸；18-前后油缸；19-光学传感器a；31-取桩机构安装底板；32-腰部基座；33-第一回转马达；34-第一回转机构；35-回转台；36-第一柱塞油缸；37-前臂；38-第二柱塞油缸；39-中臂；310-第三柱塞油缸；311-后臂；312-第四柱塞油缸；313-连接板；314-第二回转马达；315-腕部安装盘；316-第二回转机构；317-双手爪抓取机构；318-光学传感器a接收端；319-光学传感器b；320-光学传感器b接收端；3171-手爪a；3172-第五柱塞油缸；3173-第三回转机构；3174-第三回转马达；3175-第四回转马达；3176-第四回转机构；3177-第六柱塞油缸；3178-手爪b；41-连接法兰；42-车轮；43-车厢；44-护栏桩。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。
31.如图1所示的一种智能取桩、定位的护栏打桩机，包括打桩机主体1、设置于打桩机前部的取桩机构安装台2和智能取桩、存桩机构。其中打桩机用于完成打孔、打桩和拔桩等工作，是安装护栏桩的执行机器。取桩机构安装台用于安装取桩机构并与打桩机固定，使得取桩机构与打桩机成为一体。智能取桩、存桩机构包括用于存放护栏桩的存桩车4以及用于抓取、扶正护栏桩并将护栏桩定位到指定打桩位置的具有双手爪抓取机构的取桩机构3。
32.如图2所示，打桩机主体上的主要打桩机构和定位装置包括桩锤14、桩架15、前后油缸18、变幅油缸17、升降油缸16、摄像头11、桩帽12、光电式位移传感器13、光学传感器a 19。桩锤14设置于桩架上随着桩架15上的导轨上下移动，桩架15固定在打桩机1侧面，当位于桩架15底端左右两个摄像头11检测到打桩孔时会将信号反馈给打桩机控制系统，从而通过变幅油缸17、前后油缸18调整桩架15到摄像头11定位的打桩孔位置，因为摄像头11相对于桩锤14的位置是固定的，所以桩锤14也就定位到打桩孔位置了。当取桩机构3将护栏桩夹取到光电式位移传感器13的感光区域时，因为桩锤14相对于光电式位移传感器13的位置是固定的，光电式位移传感器13可以通过四面感光测量护栏桩与光电式位移传感器13的距离并反馈给取桩机构的控制系统从而将护栏桩定位到与桩锤14共线，当护栏桩准备安装到桩帽12时，通过升降油缸16控制桩锤14完成打桩工作。
33.如图3所示，具有双手爪抓取机构的取桩机构3通过取桩机构安装台2安装于打桩
机主体1前端，在回转马达和柱塞油缸的驱动下实现多自由度转动，抓取护栏桩并将其定位于指定的打桩位置。具体的，具有双手爪抓取机构的取桩机构3包括回转马达、柱塞油缸、取桩机构安装底板31、腰部基座32、第一回转机构34、回转台35、前臂37、中臂39、后臂311、连接板313、腕部安装盘315、双手爪机构317、光学传感器a接收端318、光学传感器b 319、光学传感器b接收端320。回转马达包括设置于腰部基座32上的第一回转马达33、设置于腕部安装盘315上的第二回转马达314。柱塞油缸包括设置于回转台35和前臂37之间的第一柱塞油缸36、设置于前臂37和中臂39之间的第二柱塞油缸38、设置于中臂39和后臂311之间的第三柱塞油缸310、设置于后臂311和连接板313之间的第四柱塞油缸312。该具有双手爪抓取机构的取桩机构3的回转台35在第一回转马达33和第一回转机构34的带动下回转，当光学传感器a19检测到光学传感器a接收端318时停止回转，再由第三柱塞油缸310驱动后臂311回转，当光学传感器b 319检测光学传感器b接收端320时停止回转起到限位作用，第一柱塞油缸36驱动前臂37、第二柱塞油缸38驱动中臂39、第四柱塞油缸312驱动连接板313、第二回转马达314和第二回转机构316驱动双手爪抓取机构317360
°
旋转。
34.腰部基座32一端安装于取桩机构安装底板31上，另一端与第一回转机构的安装法兰固定连接。第一回转机构34与回转台35的安装法兰固定连接。前臂37的一端铰接于回转台35上，另一端与中臂39的一端铰接。中臂39的另一端与后臂311的一端铰接。后臂311的另一端与连接板313的一端连接。连接板313的另一端固定安装于腕部安装盘315的安装法兰上。腕部安装盘315的输出法兰与双手爪抓取机构317的安装法兰固定连接。
35.如图4、图5所示，双手爪抓取机构317包括手爪、柱塞油缸、回转机构、回转马达。回转马达包括对称分布于双手爪机构顶端的第三回转马达3174和第四回转马达3175，回转机构包括对称分布于回转马达输出轴上的第三回转机构3173和第四回转机构3176，柱塞油缸包括对称分布于双手爪机构的安装法兰上的第五柱塞油缸3172和第六柱塞油缸3177，手爪包括对称分布于柱塞油缸输出法兰的手爪a 3171和手爪b 3178。第三回转马达3174、第三回转机构3173、第四回转马达3175、第四回转机构3176分别驱动手爪a 3171、手爪b 3178同时进行360
°
回转；第五柱塞油缸3172、第六柱塞油缸3177分别驱动手爪a 3171和手爪b 3178同步实现张合运动。
36.如图6所示，存桩车4包括连接法兰41、车轮42、车厢43和护栏桩44。连接法兰41固定在存桩车4的前端，存桩车4通过连接法兰41连接在打桩机主体1的前端。车轮42为相同的四个，随着打桩机行进而行进。车厢43用来存放护栏桩并留有足够空隙，方便取桩机构爪顺利抓取护栏桩。护栏桩44分为从下至上摆放的多层，数量逐层递减一个确保每根护栏桩44之间到留有一定空隙。
37.如图7所示，智能取桩、存桩机构通过具有双手爪抓取机构的取桩机构3的俯仰、旋转运动依次完成将护栏桩从存桩车4中取出、夹持护栏桩并通过回转台的旋转运动将护栏桩靠近打桩机的指定打桩位置、通过双手爪抓取机构的回转运动将护栏桩竖立起来并置于桩帽12下。
38.如图8所示，当打桩机处于非工作状态时，具有双手爪抓取机构的取桩机构3将收缩成最小体积存放于取桩机构安装台2上。
39.一种使用所述智能取桩、定位的护栏打桩机的工作方法，其步骤如下：
40.打桩机主体1移动到需要打桩的区域后，首先控制机器臂伸展，之后对准设置在车
厢43的护栏桩44，通过第二回转马达314驱动第二回转机构316调整双手爪抓取机构317，使双手爪抓取机构317的横梁与待取的护栏桩44平行，之后控制双手爪抓取机构317的手爪a3171和手爪b3178张开并抓住一根护栏桩44，通过横梁连接的两个手爪在护栏桩44上形成两个固定点，有效提高了抓取长杆结构的护栏桩44的稳定性，之后机器臂抬起并通过回转台35上设置的光学传感器a接收端318与光学传感器a19进行位置匹配，位置匹配后即可确认第一回转机构34将取桩机构3回转到指定位置；通过第四柱塞油缸312带动连接板313转动90
°
使护栏桩44呈垂直于地面方向；通过摄像头11的定位辅助控制前后油缸18、变幅油缸16改变桩架15的位置从而使桩锤14对准预设的打桩孔位；通过第三柱塞油缸310带动后臂311转动90
°
到桩帽12的下方，当光电式位移传感器13在检测到取桩机构3抓取的护栏桩44与桩帽12对准后，双手爪抓取机构317的手爪a3171和手爪b3178放松护栏桩44但继续扶着护栏桩44保持位置，在升降油缸16的作用下桩锤14锤击护栏桩44进行打桩工作，待护栏桩进入桩孔一定深度后，双手爪抓取机构的手爪a和手爪b离开护栏桩44，准备抓取下一位置的护栏桩44工作。
41.对所公开的实施例的所述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中出现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开原理和新颖特点相一致的最宽的范围。