CN106988196B - 路桥铺装层水铣机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路桥铺装层水铣机器人，它包括喷枪、喷枪夹座、喷枪行走车和喷枪行走轨道，喷枪安装在喷枪夹座上，喷枪夹座与喷枪行走车之间设置有纵向往复摆动结构，喷枪行走车与喷枪行走轨道之间设置有横向往复运动结构，纵向往复摆动结构包括沿纵向布置的连杆、安装在喷枪行走车上的第一马达以及与第一马达传动连接的偏心轮，连杆的一端与偏心轮连接，连杆的另一端与喷枪夹座铰接连接，喷枪夹座与喷枪行走车铰接连接；横向往复运动结构包括齿条、安装在喷枪行走车上的第二马达以及与第二马达传动连接的齿轮，该齿条与所述齿轮相啮合。本发明完成喷枪工作运行的正弦曲线，实现对路桥铺装层的水铣作业。

Description

路桥铺装层水铣机器人

技术领域

本发明属于水铣技术领域，尤其涉及一种路桥铺装层水铣机器人。

背景技术

高压水破除工程技术，也叫水铣技术（为了叙述简便，以下文字在描述高压水破除工程技术和高压水射流技术时，统一简称为水铣技术，在描述应用于此领域的机器人时统称为水铣机器人），是由高压水射流传递的巨大能量来破除目标物的技术，具体为水被高压泵加压经喷嘴射出后形成高压水束，高压水束撞击目标物的同时将携带的能量瞬间释放，在目标物表面及细微裂纹处产生水楔效应，致目标物破碎。一般应用于建筑物混凝土破除、氧化铝管道结疤破除、机场跑道胎胶去除、船体除锈等领域。该技术的特点是不产尘、效率高，应用于混凝土破除领域时可以做到不伤配筋、不对原有结构产生裂纹扩展，且能够显著提高生产力。

随着国家对项目环保方面的要求越来越高，同时人们的环保意识也逐渐增强，采用有利于环境保护的破碎技术是被允许和认可的。水铣技术采用水为介质，无污染、不产尘，很容易被市场接受。安全方面，根据水铣的作用原理与实际应用可知，在破除氧化铝溶出管道结疤时高压水只会对表面含有微裂纹并且疲劳极限低的结疤产生破坏作用，并不会损坏金属管道，确保了设备安全。在破除建筑物混凝土时，采用人工风镐或机械铣挖等方法不仅会伤及配筋，更会引起母体结构的二次开裂，而采用水铣技术不仅能弥补以上不足，还可同时对结构配筋的露出部分进行除锈，可见水铣技术能够保证施工质量，对结构也是安全的。一般认为高压力、大流量的水射流才会对氧化铝结疤及建筑物混凝土产生明显的破除效果，但这也给人身安全带来了隐患，采用水铣机器人代替人在危险环境下工作，即保证了工程项目的顺利进行又使人身安全得到了保障。

在建筑物混凝土破除领域，当桥梁需加宽改扩建时，一般采用的是人工风镐破除桥梁边部混凝土，再将新旧桥梁的钢筋连接，之后浇灌混凝土，采用这种工艺的弊端是风镐会伤害桥梁母体与钢筋，而采用水铣技术来破除桥梁混凝土，不仅不产尘、效率高，而且不伤桥梁母体与钢筋，可保证新旧桥梁钢筋的有效焊接。在修路及旧楼动迁时，普遍采用挖掘机配液压锤进行施工作业，不仅效率不高而且会产生粉尘，给居民生活带来影响。根据相关统计资料，2010年前建成的水泥砼路面有123.1万千米，若每年有1%的里程需要砼体破除维修，维修里程就超过1万千米。

以水铣机器人在建筑物混凝土破除领域的应用为例计算年需求量，根据交通运输部综合规划司的《2010年公路水路交通运输行业发展统计公报》，我国2010年（含）前建成的水泥砼路面有逾137万千米，由于过渡繁荣的国内交通运输业导致部分路面提早进入翻修养护期，需要对水泥砼路面的混凝土进行破除。保守估计，若每年有10%（13.7万千米）的里程需要砼体破除维修，宽度按15米（双向四车道）、深度按0.15米计算，则每年有近3095万立方米的砼体需要破除。按目前水铣机器人的作业效率1.5立方米/小时计算，在全年无休、每天24小时连续作业的情况下，需要水铣机器人逾2万台，但这个数字仅仅计算了破除水泥砼路面所需机器人的数量，不包含破除路桥桥墩、隧道、大坝、港口、楼宇等砼体的机器人用量，更不包括在氧化铝管道结疤破除、机场跑道胎胶去除、船体除锈等领域应用的机器人数量。可见水铣机器人在未来的国内市场上前景广阔。

综上所述，相关行业对水铣技术的需求很迫切，水铣设备的研发十分必要。

发明内容

本发明的目的就是提供一种路桥铺装层水铣机器人，其喷枪可实现横向往复运动和纵向往复摆动，完成喷枪工作运行的正弦曲线，实现对路桥铺装层的水铣作业。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

路桥铺装层水铣机器人，它包括喷枪、喷枪夹座、喷枪行走车和喷枪行走轨道，喷枪安装在喷枪夹座上，喷枪夹座与喷枪行走车之间设置有纵向往复摆动结构，喷枪行走车与喷枪行走轨道之间设置有横向往复运动结构，所述纵向往复摆动结构包括沿纵向布置的连杆、安装在喷枪行走车上的第一马达以及与第一马达传动连接的偏心轮，连杆的一端与偏心轮连接，连杆的另一端与喷枪夹座铰接连接，喷枪夹座与喷枪行走车铰接连接；

所述横向往复运动结构包括齿条、安装在喷枪行走车上的第二马达以及与第二马达传动连接的齿轮，喷枪行走轨道沿横向布置，且喷枪行走车与喷枪行走轨道滑动配合，齿条沿横向布置并固设在喷枪行走轨道的外侧，该齿条与所述齿轮相啮合。

所述喷枪行车轨道由两条等间距设置的导轨组成。

所述喷枪竖向设置，并位于所述喷枪行走轨道的两条导轨之间。

所述喷枪夹座与喷枪行走车铰接连接的设置方式如下：喷枪夹座由夹座本体和安装座组成，其中夹座本体铰接在安装座上，安装座铰接在喷枪行走车上，且夹座本体与安装座之间的铰接轴沿横向布置，安装座与喷枪行走车之间的铰接轴沿纵向布置，所述喷枪设置在夹座本体上。

所述安装座与喷枪行走车之间设有用于调节喷枪夹座摆动角度的第一调节装置，第一调节装置包括沿横向布置的第一伸缩油缸，第一伸缩油缸的一端与喷枪行走车铰接连接，第一伸缩油缸的另一端与安装座铰接连接，且第一伸缩油缸与安装座的铰接部位于安装座与喷枪行走车的铰接部的上方或下方。

它还包括车身架以及安装在车身架上的前轮和后轮，前轮配设有前轮进给装置，后轮配设有后轮转向装置；

车身架的前端设置有起落架，所述喷枪行走轨道安装在起落架上。

所述起落架与车身架之间设置有用于调节喷枪行走轨道起落角度的第二调节装置，第二调节装置包括沿纵向布置且后端朝下倾斜的第二伸缩油缸，起落架的上部与车身架通过销轴铰接连接，第二伸缩油缸的前端与起落架的中部铰接连接，第二伸缩油缸的后端与车身架铰接连接。

所述起落架与喷枪行走轨道之间有第三调节装置，第三调节装置包括沿横向布置在起落架上的第三伸缩油缸以及设置在起落架前侧的卡槽，喷枪行走轨道与卡槽形成横向的滑动配合，第三伸缩油缸的缸筒与起落架固定连接，第三伸缩油缸的活塞杆与喷枪行走轨道连接。

所述喷枪行走轨道的外侧围设有防护罩，所述喷枪的喷枪口位于防护罩内。

所述第一马达和第二马达为液压马达。

本发明的有益效果是：

本发明的路桥铺装层水铣机器人能够完成自身的行走、转向、喷枪工作时进给动作、喷枪工作时运行的正弦曲线、喷枪工作换向时调整喷枪对标的物的铣刨角度、调整喷枪对标的物的靶距等动作，其中所述的正弦曲线包括喷枪的横向往复运动和喷枪的纵向往复摆动。

本发明包括车身架以及安装在车身架上的前轮和后轮，前轮配设有前轮进给装置，后轮配设有后轮转向装置，前轮与前轮进给装置配合来完成自身行走时的前进和倒退，以及在喷枪工作时带动喷枪完成进给动作；后轮与后轮转向装置配合来完成自身的转向动作。

本发明中喷枪夹座与喷枪行走车之间设置有纵向往复摆动结构，纵向往复摆动结构包括沿纵向布置的连杆、安装在喷枪行走车上的第一马达以及与第一马达传动连接的偏心轮，连杆的一端与偏心轮连接，连杆的另一端与喷枪夹座铰接连接，喷枪夹座与喷枪行走车铰接连接；通过上述结构带动喷枪按照控制命令来完成所述正弦曲线中的纵向往复摆动。

喷枪行走车与喷枪行走轨道之间设置有横向往复运动结构，横向往复运动结构包括齿条、安装在喷枪行走车上的第二马达以及与第二马达传动连接的齿轮，喷枪行走轨道沿横向布置，且喷枪行走车与喷枪行走轨道滑动配合，齿条沿横向布置并固设在喷枪行走轨道的外侧，该齿条与所述齿轮相啮合，通过上述结构使喷枪行走车在喷枪行走轨道上做直线往复运动，从而完成上面所述的正弦曲线中的横向往复运动。

所述喷枪夹座与喷枪行走车铰接连接的设置方式如下：喷枪夹座由夹座本体和安装座组成，其中夹座本体铰接在安装座上，安装座铰接在喷枪行走车上，且夹座本体与安装座之间的铰接轴沿横向布置，安装座与喷枪行走车之间的铰接轴沿纵向布置，所述喷枪设置在夹座本体上，上述设置方式使夹座本体与安装座之间的铰接轴和安装座与喷枪行走车之间的铰接轴相垂直，避免了喷枪的纵向往复摆动与第一调节装置的调节之间发生干涉。

所述喷枪夹座与喷枪行走车之间设有用于调节喷枪夹座摆动角度的第一调节装置，第一伸缩油缸通过执行控制命令，直接带动喷枪夹座，再由喷枪夹座带动喷枪来完成喷枪调头时调整喷枪与标的物的角度的动作。

所述起落架与车身架之间设置有用于调节喷枪行走轨道起落角度的第二调节装置，第二调节装置包括后端朝下倾斜设置的第二伸缩油缸，起落架的上部与车身架通过销轴铰接连接，第二伸缩油缸的前端与起落架的中部铰接连接，第二伸缩油缸的后端与车身架铰接连接，通过控制第二伸缩油缸的伸缩来完成对喷枪行走轨道的升降，从而完成喷枪对标的物靶距的调整。

所述起落架与喷枪行走轨道之间有第三调节装置，第三调节装置包括沿横向布置在起落架上的第三伸缩油缸以及设置在起落架前侧的卡槽，喷枪行走轨道与卡槽形成横向的滑动配合，第三伸缩油缸的缸筒与起落架固定连接，第三伸缩油缸的活塞杆与喷枪行走轨道连接；通过第三伸缩油缸的伸缩来完成喷枪行走轨道的横向移动，延长喷枪的横向运动行程。

所述喷枪行走轨道的外侧围设有防护罩，所述喷枪的喷枪口位于防护罩内，在喷枪工作时具有防止混凝土飞溅的作用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明的工作状态示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是图1中的喷枪行走车4部位的放大图；

图6是本发明中第一调节装置结构示意图；

图7是图6的调节示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

如图1至图7所示，本发明的路桥铺装层水铣机器人，它包括喷枪3、喷枪夹座9、喷枪行走车4和喷枪行走轨道5，喷枪3安装在喷枪夹座9上，喷枪夹座9与喷枪行走车4之间设置有纵向往复摆动结构，喷枪行走车4与喷枪行走轨道5之间设置有横向往复运动结构。本发明的路桥铺装层水铣机器人能够完成自身的行走、转向、喷枪工作时进给动作、喷枪工作时运行的正弦曲线、喷枪工作换向时调整喷枪对标的物的铣刨角度、调整喷枪对标的物的靶距等动作，其中所述的正弦曲线包括喷枪的横向往复运动和喷枪的纵向往复摆动。

所述纵向往复摆动结构包括沿纵向布置的连杆116、安装在喷枪行走车4上的第一马达112以及与第一马达112传动连接的偏心轮115，连杆116的一端与偏心轮连接，连杆116的另一端与喷枪夹座9铰接连接，喷枪夹座9与喷枪行走车4铰接连接。通过上述结构带动喷枪3按照控制命令来完成所述正弦曲线中的纵向往复摆动。

所述横向往复运动结构包括齿条120、安装在喷枪行走车4上的第二马达113以及与第二马达113传动连接的齿轮118，喷枪行走轨道5沿横向布置，且喷枪行走车4与喷枪行走轨道5滑动配合，齿条120沿横向布置并固设在喷枪行走4轨道的外侧，该齿条120与所述齿轮118相啮合。通过上述结构使喷枪行走车4在喷枪行走轨道5上做直线往复运动，从而完成上面所述的正弦曲线中的横向往复运动。

本实施例中，所述喷枪行车轨道5由两条等间距设置的导轨组成，所述喷枪3竖向设置，并位于所述喷枪行走轨道5的两条导轨之间。

本实施例中，所述喷枪夹座9与喷枪行走车4铰接连接的设置方式如下：喷枪夹座9由夹座本体91和安装座92组成，其中夹座本体91铰接在安装座92上，安装座92铰接在喷枪行走车4上，且夹座本体91与安装座92之间的铰接轴A沿横向布置，安装座92与喷枪行走车4之间的铰接轴B沿纵向布置，所述喷枪直接设置在夹座本体91上。该设置方式使夹座本体91与安装座92之间的铰接轴A和安装座92与喷枪行走车4之间的铰接轴B相垂直，避免了喷枪3的纵向往复摆动与下述第一调节装置的调节之间发生干涉。

所述安装座92与喷枪行走车4之间设有用于调节喷枪夹座9摆动角度的第一调节装置， 第一调节装置包括沿横向布置的第一伸缩油缸114，第一伸缩油缸114的一端与喷枪行走车5铰接连接，第一伸缩油缸114的另一端与安装座92铰接连接，且第一伸缩油缸114与安装座92的铰接部位于安装座92与喷枪行走车5的铰接部的上方。第一伸缩油缸114通过执行控制命令，直接带动喷枪夹座9，再由喷枪夹座9带动喷枪3来完成喷枪调头时调整喷枪与标的物的角度的动作。

本发明的路桥铺装层水铣机器人还包括车身架1以及安装在车身架1上的前轮7和后轮8，前轮7配设有前轮进给装置，后轮8配设有后轮转向装置（前轮进给装置和后轮转向装置为本领域的现有技术，其具体结构不再详述）。前轮7与前轮进给装置配合来完成自身行走时的前进和倒退，以及在喷枪工作时带动喷枪完成进给动作；后轮8与后轮转向装置配合来完成自身的转向动作。

车身架1的前端设置有起落架2，所述喷枪行走轨道5安装在起落架2上。所述起落架2与车身架1之间设置有用于调节喷枪行走轨道5起落角度的第二调节装置，第二调节装置包括沿纵向布置且后端朝下倾斜的第二伸缩油缸119，起落架2的上部与车身架1通过销轴铰接连接，第二伸缩油缸119的前端与起落架2的中部铰接连接，第二伸缩油缸119的后端与车身架1铰接连接，通过控制第二伸缩油缸119的伸缩来完成对喷枪行走轨道5的升降，从而完成喷枪对标的物靶距的调整。

所述起落架2与喷枪行走轨道2之间有第三调节装置，第三调节装置包括沿横向布置在起落架2上的第三伸缩油缸13以及设置在起落架2前侧的卡槽12，喷枪行走轨道5与卡槽12形成横向的滑动配合，第三伸缩油缸13的缸筒与起落架2固定连接，第三伸缩油缸13的活塞杆与喷枪行走轨道5连接；通过第三伸缩油缸13的伸缩来完成喷枪行走轨道5的横向移动，延长喷枪的横向运动行程。

本发明的路桥铺装层水铣机器人还配设有控制总成，其包括电磁阀组、液压站组、冷却系统、动力系统和控制系统，该控制总成为本领域的现有技术，其具体结构不再详述。

本实施例中，所述喷枪行走轨道5的外侧围设有防护罩，所述喷枪3的喷枪口位于防护罩5内，在喷枪工作时具有防止混凝土飞溅的作用。

本实施例中，第一马达112和第二马达113为液压马达。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.路桥铺装层水铣机器人，它包括喷枪、喷枪夹座、喷枪行走车和喷枪行走轨道，喷枪安装在喷枪夹座上，喷枪夹座与喷枪行走车之间设置有纵向往复摆动结构，喷枪行走车与喷枪行走轨道之间设置有横向往复运动结构，其特征在于：所述纵向往复摆动结构包括沿纵向布置的连杆、安装在喷枪行走车上的第一马达以及与第一马达传动连接的偏心轮，连杆的一端与偏心轮连接，连杆的另一端与喷枪夹座铰接连接，喷枪夹座与喷枪行走车铰接连接；

所述横向往复运动结构包括齿条、安装在喷枪行走车上的第二马达以及与第二马达传动连接的齿轮，喷枪行走轨道沿横向布置，且喷枪行走车与喷枪行走轨道滑动配合，齿条沿横向布置并固设在喷枪行走轨道的外侧，该齿条与所述齿轮相啮合；

路桥铺装层水铣机器人能够完成喷枪工作时运行的正弦曲线，其中纵向往复摆动结构完成所述正弦曲线中的纵向往复摆动，横向往复运动结构完成上面所述的正弦曲线中的横向往复运动；

所述喷枪夹座与喷枪行走车铰接连接的设置方式如下：喷枪夹座由夹座本体和安装座组成，其中夹座本体铰接在安装座上，安装座铰接在喷枪行走车上，且夹座本体与安装座之间的铰接轴沿横向布置，安装座与喷枪行走车之间的铰接轴沿纵向布置，所述喷枪设置在夹座本体上；

所述安装座与喷枪行走车之间设有用于调节喷枪夹座摆动角度的第一调节装置， 第一调节装置包括沿横向布置的第一伸缩油缸，第一伸缩油缸的一端与喷枪行走车铰接连接，第一伸缩油缸的另一端与安装座铰接连接，且第一伸缩油缸与安装座的铰接部位于安装座与喷枪行走车的铰接部的上方或下方；

它还包括车身架以及安装在车身架上的前轮和后轮，前轮配设有前轮进给装置，后轮配设有后轮转向装置；

车身架的前端设置有起落架，所述喷枪行走轨道安装在起落架上；

所述起落架与车身架之间设置有用于调节喷枪行走轨道起落角度的第二调节装置，第二调节装置包括沿纵向布置且后端朝下倾斜的第二伸缩油缸，起落架的上部与车身架通过销轴铰接连接，第二伸缩油缸的前端与起落架的中部铰接连接，第二伸缩油缸的后端与车身架铰接连接；

所述起落架与喷枪行走轨道之间有第三调节装置，第三调节装置包括沿横向布置在起落架上的第三伸缩油缸以及设置在起落架前侧的卡槽，喷枪行走轨道与卡槽形成横向的滑动配合，第三伸缩油缸的缸筒与起落架固定连接，第三伸缩油缸的活塞杆与喷枪行走轨道连接。

2.根据权利要求1所述的路桥铺装层水铣机器人，其特征在于：所述喷枪行车轨道由两条等间距设置的导轨组成。

3.根据权利要求2所述的路桥铺装层水铣机器人，其特征在于：所述喷枪竖向设置，并位于所述喷枪行走轨道的两条导轨之间。

4.根据权利要求1所述的路桥铺装层水铣机器人，其特征在于：所述喷枪行走轨道的外侧围设有防护罩，所述喷枪的喷枪口位于防护罩内。

5.根据权利要求4所述的路桥铺装层水铣机器人，其特征在于：所述第一马达和第二马达为液压马达。

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