CN106761794B - 一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，可与盾构机换刀机械臂配合使用，代替人工换刀技术，自动更换盾构机盘形滚刀。本发明主要包括末端执行器主体模块、螺栓拆装固定模块和轴向移动模块；所述末端执行器主体模块包括两个液压缸，以驱动四个手指进行刀具的抓取与固定，手指上有三个接触区，在抓取或拆装不同位置螺栓时，不同的接触区与滚刀接触。所述螺栓拆装模块以摆线马达为动力源，通过螺栓套筒拆装螺栓；所述轴向移动模块是为了便于螺栓拆装，其移动速度与马达转速相关，通过直线导轨固定在末端执行器框架上。本发明操作方便，可以大幅度提高施工效率，有效减少施工风险，加快人们对地下空间利用技术的提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种盾构机技术领域，特别涉及一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器。
背景技术
通常情况盾构机的刀具直接进行破岩与开挖，承受较大的冲击力与磨损，极易损坏，换刀频繁。目前成熟的换刀技术都是人工换刀，有常压换刀与带压换刀。常压换刀对地质条件要求严格，一般地质难以满足条件。带压换刀技术对地质条件适应能力强，但是施工环境恶略，对作业人员要求苛刻，必须是受过专业训练的潜水运动员才能进行作业。人工换刀技术难度大，效率低下，操作人员需要先进入人闸舱，然后逐级加压进入气压舱，最后进入开挖舱进行作业。而且还要实时监测是否有有毒气体进入开挖舱。人工换刀作业过于危险，一旦发生塌方事故，后果不堪设想。
在整个掘进过程中可能需要多次换刀作业，目前很多学者在做改进刀具布局、改善刀具结构与材料方面的研究，从而减少换刀次数。在机器人技术比较成熟的今天，有很多学者提出采用机械臂自动换刀技术。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，具体技术方案如下：
一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，包括末端执行器主体模块、螺栓拆装固定模块和轴向移动模块；
所述螺栓拆装固定模块通过螺栓固定在轴向移动模块上，轴向移动模块通过螺栓连接在末端执行器主体模块上，执行器的整体可通过快换与机械臂连接使用。
所述的一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，其优选方案为所述末端执行器主体模块包括快换安装板、快换工具侧、末端执行器吊挂、末端执行器框架、销轴b、手指耳环a、销轴a、手指、手指安装板、手指驱动板、手指耳环b、液压缸a、液压缸耳环a和液压缸销轴a；
所述手指通过销轴a、销轴b分别与手指耳环a、手指耳环b连接；
所述手指耳环a焊接在手指驱动板上；
所述手指耳环b焊接在手指安装板上；
所述手指安装板、液压缸耳环a、快换安装板焊接在末端执行器框架上；
所述快换工具侧通过螺栓连接在快换安装板上，末端执行器吊挂通过螺栓连接在末端执行器框架上；
所述手指驱动板与液压缸a的一端通过螺帽连接，所述液压缸a的另一端通过销液压缸销轴a轴与液压缸耳环a连接。
所述的一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，其优选方案为所述螺栓拆装固定模块包括摆线马达、马达安装法兰、螺栓拆装模块固定板、螺栓套筒、紧定螺钉、扭力倍增器安装法兰、扭力倍增器、连接器；
所述摆线马达通过马达安装法兰安装在螺栓拆装模块固定板上；
所述扭力倍增器通过连接器与液压马达的输出轴连接，并由扭力倍增器安装法兰固定于螺栓拆装模块固定板上；
所述螺栓套筒通过紧定螺钉固定在扭力倍增器上。
所述的一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，其优选方案为所述轴向移动模块由液压缸b、螺栓拆装模块驱动板、直线导轨滑块、直线导轨、液压缸耳环b、液压缸销轴b和固定板；
所述液压缸耳环b焊接在执行器框架上；
所述固定板焊接在螺栓拆装模块驱动板上；
所述液压缸b通过液压缸销轴b连接在液压缸耳环b上，另一端与固定板用螺帽连接；
所述直线导轨通过螺栓固定在执行器框架上；
所述直线导轨滑块设置在直线导轨内，并通过螺栓与螺栓拆装模块驱动板连接；
所述螺栓拆装模块驱动板通过螺栓与螺栓拆装固定模块的螺栓拆装模块固定板连接，从而带动螺栓拆装模块前后移动。
所述的一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，其优选方案为所述螺栓拆装模块固定板通过螺栓与轴向移动模块的螺栓拆装模块驱动板连接。
所述的一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，其优选方案为所述手指上设有三个接触面，分别为接触面a、接触面b和接触面c。
手指上有三个接触面，在抓取固定刀具与拆卸不同位置螺栓时，手指的不同接触区与刀具接触，手指直接固定在末端执行器框架上，拆装螺栓时的扭矩通过螺栓拆装模块传递给末端执行器框架，然后再传递给手指，通过手指传递到刀盘上，避免机械臂承受大扭矩；螺栓拆装模块以摆线马达为动力源，经扭力倍增器后增加扭矩降低转速，通过螺栓套筒进行螺栓的拆装；轴向移动模块是为了带动螺栓拆装模块轴向移动，从而将螺栓拆卸出来，轴向移动速度应与拆卸螺栓时摆线马达转速相适应。
本发明的有益效果：本发明的技术方案是针对于北方重工泥水平衡式盾构机换刀机械臂而设计的一款换刀机械臂末端执行器，可与换刀机械臂配套使用。现在的普遍使用的常压换刀与带压换刀技术各有特点，常压换刀安全性高，对作业人员要求低，但对地质要求较高。带压换刀地质适应性好，但对作业人员要求较高。机器人自动换刀技术可以采用带压换刀，机械臂对压力情况不敏感，操作方便，可以大幅度提高施工效率，减少施工风险。对于传统的刀箱结构与刀具安装方案，采用机械臂自动换刀技术会对末端执行器提出很高的要求，在面对螺栓、压紧块、垫圈等小零部件时，难以保证部件不会脱落，而且泥水平衡式盾构机要求在拆装滚刀时，不允许有零部件脱落，以防损坏底部的破碎机，所以本发明应该与滚刀新型安装方案结合使用。手指上有三个接触面，在抓取固定刀具与拆装不同位置螺栓时，不同的接触面与盘形滚刀刀箱接触，增加拆装时的可靠性。在拆装中间螺栓或者抓取固定刀具时，手指的接触面1与刀具安装结构接触。在拆装上下螺栓时，手指的接触面2和接触面3与刀具安装结构接触。末端执行器采用此结构在拆装螺栓时，扭矩通过螺栓拆装模块传递给执行器框架，然后通过手指将扭矩传递给刀盘，从而避免了机械臂承受过大扭矩，保证了机械臂工作的可靠性。
所以本次机械臂末端执行器是与新形滚刀安装方案相适应的，可以有效克服以上困难，对于推进盾构机自动换刀技术有很大帮助。
附图说明
图1为一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器结构示意图；
图2为一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器剖视图；
图3为去除执行器框架的内部结构示意图；
图4为末端执行器主体结构示意图；
图5为螺栓拆装固定模块示意图；
图6为轴向移动模块正面示意图；
图7为轴向移动模块反面示意图；
图8为手指结构示意图。
图中，1为末端执行器主体模块，2为螺栓拆装固定模块，3为轴向移动模块，4为快换安装板，5为快换工具侧，6为末端执行器吊挂，7为末端执行器框架，8为销轴b，9为手指耳环a，10为销轴a，11为手指，12为手指安装板，13为手指驱动板，14为手指耳环b，15为液压缸a，16为液压缸耳环a，17为液压缸销轴a，18为摆线马达，19为马达安装法兰，20为螺栓拆装模块固定板，21为螺栓套筒，22为紧定螺钉，23为扭力倍增器安装法兰，24为扭力倍增器，25为连接器，26为液压缸b，27为螺栓拆装模块驱动板，28为直线导轨滑块，29为直线导轨，30为液压缸耳环b，31为液压缸销轴b，32为固定板，33为接触面a，34为接触面b，35为接触面c。
具体实施方式
如图1-图8所示一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，包括末端执行器主体模块1、螺栓拆装固定模块2和轴向移动模块3；
所述螺栓拆装固定模块2通过螺栓固定在轴向移动模块3上，轴向移动模块3通过螺栓连接在末端执行器主体模块1上，执行器的整体可通过快换与机械臂连接使用。
所述末端执行器主体模块1包括快换安装板4、快换工具侧5、末端执行器吊挂6、末端执行器框架7、销轴b8、手指耳环a9、销轴a10、手指11、手指安装板12、手指驱动板13、手指耳环b14、液压缸a15、液压缸耳环a16和液压缸销轴a17；
所述手指通过销轴a10、销轴b8分别与手指耳环a9、手指耳环b14连接；
所述手指耳环a9焊接在手指驱动板13上；
所述手指耳环b14焊接在手指安装板12上；
所述手指安装板12、液压缸耳环a16、快换安装板4焊接在末端执行器框架7上；
所述快换工具侧5通过螺栓连接在快换安装板4上，末端执行器吊挂6通过螺栓连接在末端执行器框架7上；
所述手指驱动板13与液压缸a15的一端通过螺帽连接，所述液压缸a15的另一端通过销液压缸销轴a17轴与液压缸耳环a16连接。
所述螺栓拆装固定模块2包括摆线马达18、马达安装法兰19、螺栓拆装模块固定板20、螺栓套筒21、紧定螺钉22、扭力倍增器安装法兰23、扭力倍增器24、连接器25；
所述摆线马达18通过马达安装法兰19安装在螺栓拆装模块固定板20上；
所述扭力倍增器23通过连接器25与液压马达的输出轴连接，并由扭力倍增器安装法兰23固定于螺栓拆装模块固定板20上；
所述螺栓套筒21通过紧定螺钉固定在扭力倍增器24上。
所述轴向移动模块3由液压缸b26、螺栓拆装模块驱动板27、直线导轨滑块28、直线导轨29、液压缸耳环b30、液压缸销轴b31和固定板32；
所述液压缸耳环b30焊接在执行器框架上；
所述固定板32焊接在螺栓拆装模块驱动板27上；
所述液压缸b26通过液压缸销轴b31连接在液压缸耳环b30上，另一端与固定板32用螺帽连接；
所述直线导轨29通过螺栓固定在执行器框架上；
所述直线导轨滑块28设置在直线导轨29内，并通过螺栓与螺栓拆装模块驱动板27连接；
所述螺栓拆装模块驱动板27通过螺栓与螺栓拆装固定模块2的螺栓拆装模块固定板20连接，从而带动螺栓拆装模块2前后移动。
所述螺栓拆装模块固定板20通过螺栓与轴向移动模块3的螺栓拆装模块驱动板27连接。
所述手指11上设有三个接触面，分别为接触面a33、接触面b34和接触面c35。
Claims (5)
1.一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，其特征在于：包括末端执行器主体模块、螺栓拆装固定模块和轴向移动模块；
所述螺栓拆装固定模块通过螺栓固定在轴向移动模块上，轴向移动模块通过螺栓连接在末端执行器主体模块上，执行器的整体可通过快换与机械臂连接使用；
所述末端执行器主体模块包括快换安装板、快换工具侧、末端执行器吊挂、末端执行器框架、销轴b、手指耳环a、销轴a、手指、手指安装板、手指驱动板、手指耳环b、液压缸a、液压缸耳环a和液压缸销轴a；
所述手指通过销轴a、销轴b分别与手指耳环a、手指耳环b连接；
所述手指耳环a焊接在手指驱动板上；
所述手指耳环b焊接在手指安装板上；
所述手指安装板、液压缸耳环a、快换安装板焊接在末端执行器框架上；
所述快换工具侧通过螺栓连接在快换安装板上，末端执行器吊挂通过螺栓连接在末端执行器框架上；
所述手指驱动板与液压缸a的一端通过螺帽连接，所述液压缸a的另一端通过液压缸销轴a与液压缸耳环a连接。
2.如权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，其特征在于：所述螺栓拆装固定模块包括摆线马达、马达安装法兰、螺栓拆装模块固定板、螺栓套筒、紧定螺钉、扭力倍增器安装法兰、扭力倍增器、连接器；
所述摆线马达通过马达安装法兰安装在螺栓拆装模块固定板上；
所述扭力倍增器通过连接器与摆线马达的输出轴连接，并由扭力倍增器安装法兰固定于螺栓拆装模块固定板上；
所述螺栓套筒通过紧定螺钉固定在扭力倍增器上。
3.如权利要求2所述的一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，其特征在于：所述轴向移动模块由液压缸b、螺栓拆装模块驱动板、直线导轨滑块、直线导轨、液压缸耳环b、液压缸销轴b和固定板组成；
所述液压缸耳环b焊接在执行器框架上；
所述固定板焊接在螺栓拆装模块驱动板上；
所述液压缸b通过液压缸销轴b连接在液压缸耳环b上，另一端与固定板用螺帽连接；
所述直线导轨通过螺栓固定在执行器框架上；
所述直线导轨滑块设置在直线导轨内，并通过螺栓与螺栓拆装模块驱动板连接；
所述螺栓拆装模块驱动板通过螺栓与螺栓拆装固定模块的螺栓拆装模块固定板连接，从而带动螺栓拆装固定模块前后移动。
4.如权利要求3所述的一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，其特征在于：所述螺栓拆装模块固定板通过螺栓与轴向移动模块的螺栓拆装模块驱动板连接。
5.如权利要求1所述的一种盾构机盘形滚刀换刀机械臂末端执行器，其特征在于：所述手指上设有三个接触面，分别为接触面a、接触面b和接触面c。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180907 |
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