CN111595607A - 一种基于换刀机器人的盾构/tbm换刀实验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，它包括分别设置在支座上的刀盘模拟仓和人仓；在所述刀盘模拟仓的底板上固定设置有多个由中心向外呈发散状的第一刀梁体，所述刀盘模拟仓的底板上环绕刀盘模拟仓中心开设有刀盘滑道；在所述刀盘滑道内卡装有第二刀梁体；所述第一刀梁体和第二刀梁体均为U形槽体结构且方向一致，在第一刀梁体和第二刀梁体的槽体两侧内壁上均开设有刀梁滑道，在第一刀梁体和第二刀梁体内滑动连接有刀座，所述刀座通过两侧设置的滑轨与刀梁滑道滑动配合，且在所述刀座内设置有滚刀；在所述滑轨与刀梁滑道内分别设置有用于检测刀座位置的检测装置；所述刀盘模拟仓的侧壁分别开设有加压孔和注浆孔。

Description

一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台

技术领域

本发明属于一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台领域，具体涉及一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，属于机器人实验检测技术领域。

背景技术

随着我国基建行业的大力发展，盾构在公路、水利、地铁、铁路等工程领域广泛应用，预计至2022年，我国地铁、公路、铁路等隧道总长度将超过10000公里，其中中长及特长隧道约占2/3。刀具作为盾构开挖的核心部件，在隧道的开挖过程中发挥着举足轻重的作用，盾构施工过程中刀具消耗大、更换频繁，刀具检测及换刀作业时间占隧道施工周期的10%以上，现有刀具换刀工作主要依赖人工作业，大埋深、高水压等施工环境下作业安全隐患大，易出现人员伤亡等重大安全事故。据统计，国内近70%的隧道施工安全事故都与人工换刀作业直接相关，“换刀险”的国际性行业难题已成为制约复杂地质条件下隧道施工安全与效率的瓶颈。以高效安全的“机器换人”作业模式实现刀具更换作业成为了掘进机作业智能化迫切需求。实际的换刀环境复杂多变，如果直接进行换刀作业可能引发不可避免的安全事故，所以为进一步对换刀机器人的工作可靠性进行验证，急需借助一定的实验条件对换刀机器人的工作性能进行检验，以期达到在贴近实际工况情况下换刀机器人具备高效换刀的性能。

本发明针对目前检测换刀机器人机械性能不足的条件，设计了一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，该实验台能够满足盾构/TBM复杂工况下的换刀条件实现对换刀机器人的机械性能的检验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，以解决恶劣环境下无法有效检测机器人换刀机械性能的难题。该换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台能够实现数据精准检测，满足盾构/TBM多种开挖环境下机器人的换刀模拟工作以及刀盘刀群不同分布位置机器人换刀能力的验证，促进试验成本降低。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，它包括分别设置在支座上的刀盘模拟仓和人仓；在所述刀盘模拟仓的底板上固定设置有多个由中心向外呈发散状的第一刀梁体，所述刀盘模拟仓的底板上环绕刀盘模拟仓中心开设有刀盘滑道，在刀盘模拟仓的底板上环绕刀盘滑道均布安装有多个高清摄像头；在所述刀盘滑道内卡装有第二刀梁体；所述第一刀梁体和第二刀梁体均为U形槽体结构且方向一致，在第一刀梁体和第二刀梁体的槽体两侧内壁上均开设有刀梁滑道，在第一刀梁体和第二刀梁体内滑动连接有刀座，所述刀座通过两侧设置的滑轨与刀梁滑道滑动配合，且在所述刀座内设置有滚刀；在所述滑轨与刀梁滑道内分别设置有用于检测刀座位置的检测装置；所述刀盘模拟仓的侧壁分别开设有加压孔和注浆孔。

进一步的，在所述刀座相对于滑轨的侧壁上铰接有旋转轴，在所述旋转轴的轴端安装有滑轮，在所述滑轮的轴心部位安装有用于驱动滑轮转动从而带动刀座和第二刀梁体沿刀盘滑道移动的轮毂电机。

进一步的，在所述刀座相对于滑轨的侧壁上开设有用于嵌装隐藏滑轮的滑轮槽。

进一步的，所述检测装置包括安装在刀梁滑道内的若干个霍尔接近开关、以及埋设在滑轨内的若干个永磁体。

进一步的，在所述刀盘模拟仓与人仓相邻的仓盖上开设有监视孔和排泄孔。

进一步的，所述人仓的长度方向与刀盘模拟仓垂直

本发明发明的原理是：本发明提供的一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，由刀盘刀具模拟装置，刀具刀座装置，换刀机器人组成，刀盘刀具模拟装置外部设置有人仓结构用于安装换刀机器人，以及监视孔、加压孔、注浆孔、排泄孔，内部设置有刀梁、轨道、监测装置，刀具刀座设置有卡槽、滑轮装置。

进一步的刀盘刀具模拟装置内部不同位置分布了多个刀梁体，刀梁体内设置有轨道用于安装刀座实现刀座在刀梁体内滑动，轨道内部安装有对应的接近传感器检测刀座在刀梁体内部的滑动，实现在刀梁体定点位置的固定，在刀盘外侧设置有滑道实现刀座在刀盘内部的刀梁体之间更换位置，外侧滑道上的刀梁体设置分开用于变轨，刀座移动方向的调节。刀盘刀具模拟装置壳体上设置有高清摄像头用于观测内部换刀变化情况，设置有监视孔用于监视实验的实时变化，加压孔用于内部装置的加压，注浆孔用于内部注浆，排泄孔用于实验台渣土排泄。

进一步的刀具刀座装置在刀座外侧对称设置有滑轨用于在刀梁体上实现滑动，导轨上设置有限位孔用于刀梁体上的定位，刀座上设置有滑轮槽用于隐藏滑轮，变更轨道时可通过滑轮伸出实现刀盘外侧轨道的移动。

进一步的换刀机器人设置在实验台外置人仓孔内对模拟实验台内部刀具的换刀，实现对刀盘不同位置刀具的更换达到实验目的。

与现有存在的技术相比，本发明的具有下列优点：

1.本发明一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台可以满足盾构/TBM复杂工况下的工作环境，实现全盘刀群分布刀具的检测。

2.本发明一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台可实现不同刀位的精准定位检测，以及实时换刀监控。

3.本发明一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台可为设计的新型刀座提供良好的换刀验证检验，在贴近实际的工况下进行机器人换刀，不仅能够提供复杂的实验工况条件，而且能够获取多源的实验数据为实际换刀提供技术支撑。

附图说明

图1是本发明实施例提供的盾构/TBM换刀实验台结构示意图。

图2是本发明实施例提供的盾构/TBM换刀实验台剖视图。

图3是本发明实施例提供的盾构/TBM换刀实验台左视图。

图4是本发明实施例提供的盾构/TBM换刀刀座结构示意图。

图5是本发明实施例提供的换刀机器人本体结构示意图。

图6是本发明中刀梁体部分的放大视图。

图中：1刀盘模拟仓；2监视孔；3排泄孔；4人仓；5支座；6加压孔；7注浆孔；8第一刀梁体；9刀座；10第二刀梁体；11刀盘滑道；12高清摄像头；13滚刀；15滑轮；16旋转轴；17永磁体；18滑轨；19换刀机器人；21刀梁滑道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

如图1-4及6所示，本实施例的基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台包括分别设置在支座上的刀盘模拟仓1和人仓4，所述人仓4的长度方向与刀盘模拟仓1垂直；在所述刀盘模拟仓1的底板上固定设置有三个由中心向外呈发散状的第一刀梁体8，所述刀盘模拟仓1的底板上环绕刀盘模拟仓中心开设有刀盘滑道11，在刀盘模拟仓1的底板上环绕刀盘滑道11均布安装有多个高清摄像头12；在所述刀盘滑道11内卡装有第二刀梁体10；所述第一刀梁体8和第二刀梁体10均为U形槽体结构且方向一致，在第一刀梁体8和第二刀梁体10的槽体两侧内壁上均开设有刀梁滑道21，在第一刀梁体8和第二刀梁体10内滑动连接有刀座9，所述刀座9通过两侧设置的滑轨18与刀梁滑道21滑动配合，且在所述刀座9内设置有滚刀13；在所述滑轨18与刀梁滑道21内分别设置有用于检测刀座位置的检测装置；所述检测装置包括安装在刀梁滑道21内的若干个霍尔接近开关、以及埋设在滑轨18内的若干个永磁体17；所述刀盘模拟仓1的侧壁分别开设有加压孔6和注浆孔7，在所述刀盘模拟仓1与人仓相邻的仓盖上开设有监视孔2和排泄孔3。

在所述刀座9相对于滑轨18的侧壁上铰接有旋转轴16，在所述旋转轴16的轴端安装有滑轮15，在所述滑轮15的轴心部位安装有用于驱动滑轮转动从而带动刀座9和第二刀梁体10沿刀盘滑道11移动的轮毂电机；在所述刀座9相对于滑轨18的侧壁上开设有用于嵌装隐藏滑轮15的滑轮槽。

更具体的说，本实施例的基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，由刀盘刀具模拟装置，刀具刀座装置，换刀机器人组成，包括刀盘模拟仓1；监视孔2；排泄孔3；人仓4；支座5；加压孔6；注浆孔7；第一刀梁体8；刀座9；第二刀梁体10；刀盘滑道11；高清摄像头12；滚刀13；滑轮15；旋转轴16；接近开关孔17；滑轨18；换刀机器人19；刀梁滑道21；具体实施步骤如下:所述刀盘刀具模拟装置通过支座5实现底部支撑固定，根据人仓4在盾构/TBM的护盾位置设计了周向270⁰的实验模拟台满足全盘刀具的实际更换需求，刀盘刀具模拟装置内部不同位置分布第一刀梁体8，第二刀梁体10，刀梁体内设置有轨道21用于安装刀座实现刀座9在刀梁体内滑动，轨道内部安装有对应的霍尔接近开关与埋设在刀座滑轨18内的永磁体17形成信号检测，刀座9在刀梁体内部的滑动，实现在刀梁体定点位置的固定，满足刀盘径向不同位置刀具刀座变化的更换；在刀盘上设置有滑道11实现刀座9在刀盘内部的第一刀梁体8和第二刀梁体10之间更换位置，第二刀梁体可以实现位置旋转，实现刀座9通过外置滑轮15通过旋转轴16伸出在刀盘滑道11实现变轨进行周向方向位置的改变，实现位置调节更换不同极径角度上设置的刀梁体，进行刀具刀座位置的调换，实现不同刀盘刀群体的更换需求；刀盘刀具模拟装置1壳体上设置有高清摄像头12用于观测内部换刀变化情况，设置有监视孔2用于监视实验的实时变化，加压孔6用于内部装置的加压，模拟高压环境工况，注浆孔7用于内部注浆，模拟内部盾构的工作换刀，同时可关闭注浆孔7对TBM的换刀环境进行模拟，实现多模工况下换刀；实验台设置的排泄孔3用于实验台渣土排泄；所述刀具刀座装置在刀座9外侧对称设置有滑轨18用于在刀梁体上实现滑动，滑轨18上设置有接近开关孔17用于刀梁体上的定位，刀座上设置有滑轮槽用于隐藏滑轮15，变更轨道时可通过滑轮15的旋转轴16实现滑轮的伸出，在刀盘滑道11进行周向运动，抵达更换刀梁体位置后滑轮15再次隐藏在刀座9内实现轨道变换。换刀机器人19设置在实验台外置人仓孔4内对模拟实验台内部刀具的换刀，实现对刀盘不同位置刀具的更换达到实验目的。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照最佳实施例对本发明进行了详细的说明，熟悉本领域的技术人员应当理解，对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案和精神和范围，其均应涵盖在涵盖子在本发明的的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，其特征在于：它包括分别设置在支座上的刀盘模拟仓（1）和人仓（4）；在所述刀盘模拟仓（1）的底板上固定设置有多个由中心向外呈发散状的第一刀梁体（8），所述刀盘模拟仓（1）的底板上环绕刀盘模拟仓中心开设有刀盘滑道（11），在刀盘模拟仓（1）的底板上环绕刀盘滑道（11）均布安装有多个高清摄像头（12）；在所述刀盘滑道（11）内卡装有第二刀梁体（10）；所述第一刀梁体（8）和第二刀梁体（10）均为U形槽体结构且方向一致，在第一刀梁体（8）和第二刀梁体（10）的槽体两侧内壁上均开设有刀梁滑道（21），在第一刀梁体（8）和第二刀梁体（10）内滑动连接有刀座（9），所述刀座（9）通过两侧设置的滑轨（18）与刀梁滑道（21）滑动配合，且在所述刀座（9）内设置有滚刀（13）；在所述滑轨（18）与刀梁滑道（21）内分别设置有用于检测刀座位置的检测装置；所述刀盘模拟仓（1）的侧壁分别开设有加压孔（6）和注浆孔（7）。

2.根据权利要求1所述的基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，其特征在于：在所述刀座（9）相对于滑轨（18）的侧壁上铰接有旋转轴（16），在所述旋转轴（16）的轴端安装有滑轮（15），在所述滑轮（15）的轴心部位安装有用于驱动滑轮转动从而带动刀座（9）和第二刀梁体（10）沿刀盘滑道（11）移动的轮毂电机。

3.根据权利要求2所述的基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，其特征在于：在所述刀座（9）相对于滑轨（18）的侧壁上开设有用于嵌装隐藏滑轮（15）的滑轮槽。

4.根据权利要求1所述的基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，其特征在于：所述检测装置包括安装在刀梁滑道（21）内的若干个霍尔接近开关、以及埋设在滑轨（18）内的若干个永磁体（17）。

5.根据权利要求1所述的基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，其特征在于：在所述刀盘模拟仓（1）与人仓相邻的仓盖上开设有监视孔（2）和排泄孔（3）。

6.根据权利要求1所述的基于换刀机器人的盾构/TBM换刀实验台，其特征在于：所述人仓（4）的长度方向与刀盘模拟仓（1）垂直。

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