CN112681974B - 一种隧道钻孔植钉机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道钻孔植钉机器人，扫描仪安装于车头上，液压站、发电机组分别安装于车底盘上，车底盘的底部安装有升降铁路轮毂；液压挺柱大臂与车底盘上安装的支撑座通过销轴铰接，支撑座的一侧设有液压缸，液压缸的输出端与液压挺柱大臂铰接；液压升降中臂的一侧与液压挺柱大臂滑动连接，液压挺柱大臂内部设有驱动液压升降中臂升降的液压顶杆；液压升降中臂内设有相对滑动的电动滑块A，电动伸缩悬臂内设有相对滑动的电动滑块B，电动滑块B安装在电动滑块A上，电动伸缩悬臂的两端分别安装有钻孔功能模块及安装功能模块。本发明自动识别施工区域、运行路径是否有生物及障碍物，确保施工运行安全。

Description

一种隧道钻孔植钉机器人

技术领域

本发明涉及隧道施工机器人，具体地说是一种隧道钻孔植钉机器人，应用于地铁、高铁等隧道的钻孔施工，并能够按照要求自动对隧道洞壁进行定点钻孔。

背景技术

早期的隧道钻孔都是依靠人工站在梯车上扶持钻机钻孔完成的。在隧道施工中，噪声嘈杂烟尘弥漫，人工钻孔不仅费时费力，还会容易出现定位不准、孔深错误，甚至出现因操作不当，损坏隧道结构，危机工人生命安全等生产问题。

由于传统施工中采用人工方法施工效率低、施工环境差以及钻孔设备自动化程度低的缺陷，现有技术中对于隧道钻孔也有很多研究；其中，主要是采用液压传动系统控制钻孔平台的运动。但该液压传动系统需要人工控制定位，虽然相比传统的人工钻孔方便了许多，但对于隧道钻孔还是存在一定的局限性。

发明内容

为了解决现有隧道钻孔存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种隧道钻孔植钉机器人。该隧道钻孔植钉机器人可用于地铁、高铁隧道的施工，并且能够在公路铁路上行驶的隧道内钻孔植钉。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括扫描仪、液压站、钻孔功能模块、安装功能模块、电动伸缩悬臂、液压升降中臂、液压挺柱大臂、升降铁路轮毂及发电机组，其中扫描仪安装于车头上，所述液压站、发电机组分别安装于车底盘上，该车底盘的底部安装有所述升降铁路轮毂；所述液压挺柱大臂与车底盘上安装的支撑座通过销轴铰接，所述支撑座的一侧设有安装在车底盘上的液压缸，该液压缸的输出端与所述液压挺柱大臂铰接；所述液压升降中臂的一侧与液压挺柱大臂滑动连接，该液压挺柱大臂内部设有驱动所述液压升降中臂升降的液压顶杆，所述液压顶杆及液压缸分别与液压站相连；所述液压升降中臂内设有相对滑动的电动滑块A，所述电动伸缩悬臂位于液压升降中臂的另一侧，该电动伸缩悬臂内设有相对滑动的电动滑块B，所述电动滑块B安装在电动滑块A上，所述电动伸缩悬臂通过电动滑块A调整与液压升降中臂的相对高度，通过所述电动滑块B调整与液压升降中臂的相对角度，所述电动滑块A及电动滑块B分别与发电机组相连；所述电动伸缩悬臂的两端分别安装有钻孔功能模块及安装功能模块。

其中：所述液压升降中臂的另一侧沿长度方向开设有滑槽A，所述电动滑块A容置于该滑槽A中、并与滑槽A滑动连接；所述滑槽A的两侧分别安装有齿条A，所述电动滑块A输出两个同步旋转且旋向相反的输出齿轮A，两个所述输出齿轮A分别与滑槽A两侧的齿条A啮合传动，通过所述电动滑块A的驱动实现电动伸缩悬臂的高度调节。

所述电动滑块A的外壳作为滑块与滑槽A滑动连接，该电动滑块A内安装有两个输出方向相反的伺服电机，每个所述伺服电机的输出轴均连接一个输出齿轮A，所述输出齿轮A通过电动滑块A侧面开孔与滑槽A上的齿条A啮合传动；两个所述伺服电机分别与发电机组相连。

所述电动滑块A的外壳作为滑块与滑槽A滑动连接，该电动滑块A内安装有一个与所述发电机组相连的伺服电机，两个所述输出齿轮A转动安装于电动滑块A内部，且分别通过电动滑块A侧面开孔与滑槽A上的齿条A啮合传动；所述伺服电机的输出端通过齿轮组分别与两个输出齿轮A相连，驱动两个所述输出齿轮A同步反向旋转。

所述电动伸缩悬臂朝向液压升降中臂的一侧沿长度方向开设有滑槽B，所述电动滑块B容置于该滑槽B中、并与滑槽B滚动连接；所述滑槽B的两侧分别安装有齿条B，所述电动滑块B输出两个同步旋转且旋向相同的输出齿轮B，两个输出齿轮B分别与滑槽B两侧的齿条B啮合传动，通过所述电动滑块B的驱动实现电动伸缩悬臂的角度调节。

所述电动滑块B的外壳作为滑块与滑槽B滚动连接，该电动滑块B内安装有两个输出方向相同的伺服电机，每个所述伺服电机的输出轴均连接一个输出齿轮B，所述输出齿轮B通过电动滑块B侧面开孔与滑槽B上的齿条B啮合传动；两个所述伺服电机分别与发电机组相连。

所述电动滑块B的外壳作为滑块与滑槽B滚动连接，该电动滑块B内安装有一个与所述发电机组相连的伺服电机，两个所述输出齿轮B转动安装于电动滑块B内部，且分别通过电动滑块B侧面开孔与滑槽B上的齿条B啮合传动；所述伺服电机的输出端通过齿轮组分别与两个输出齿轮B相连，驱动两个所述输出齿轮B同步同向旋转。

所述车底盘上安装有物料库。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明自动识别施工区域、运行路径是否有生物及障碍物，确保施工运行安全。

2.本发明自带发电设备，作为备用电源，续航能力高，工作时间长。

3.本发明通过识别基准点，以基准点为基点自动在轨道上运行，运行精度高，距离可控(每米误差小于1cm)。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明液压挺柱大臂升起后的结构示意图；

图3为本发明液压升降中臂升起后的结构示意图；

图4为本发明调整电动伸缩悬臂的结构示意图之一；

图5为本发明调整电动伸缩悬臂的结构示意图之二；

图6为本发明调整电动伸缩悬臂的结构示意图之三；

图7为本发明液压升降中臂与电动伸缩悬臂的连接示意图之一；

图8为本发明液压升降中臂与电动伸缩悬臂的连接示意图之二；

图9为本发明液压升降中臂内部的结构剖视图；

图10为本发明电动伸缩悬臂内部的结构剖视图；

其中：1为扫描仪，2为液压站，3为钻孔功能模块，4为安装功能模块，5为电动伸缩悬臂，6为液压升降中臂，7为液压挺柱大臂，8为车底盘，9为升降铁路轮毂，10为发电机组，11为物料库，12为支撑座，13为电动滑块A，14为滑槽A，15为齿条A，16为输出齿轮A，17为电动滑块B，18为滑槽B，19为齿条B，20为输出齿轮B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～10所示，本发明包括扫描仪1、液压站2、钻孔功能模块3、安装功能模块4、电动伸缩悬臂5、液压升降中臂6、液压挺柱大臂7、升降铁路轮毂9、发电机组10及物料库11，其中扫描仪1安装于车头顶部的中心位置，液压站2、发电机组10及物料库11分别安装于车底盘8上，物料库11中包含耗材以及特产物资；车底盘8底部的四角分别安装有升降铁路轮毂9，本发明的升降铁路轮毂9为现有技术，在此不再赘述。

在车底盘8上表面靠近车尾部的位置固定有支撑座12，液压挺柱大臂7的一端与支撑座12通过销轴铰接，另一端放置于车底盘8与支撑座12相对的另一侧；支撑座12的一侧设有安装在车底盘8上的液压缸，该液压缸的输出端与液压挺柱大臂7铰接。液压升降中臂6的一侧与液压挺柱大臂7滑动连接，该液压挺柱大臂7内部设有驱动液压升降中臂6升降的液压顶杆，液压顶杆及液压缸分别与液压站2相连,由液压站2提供动力；液压升降中臂6内设有相对滑动的电动滑块A13，电动伸缩悬臂5位于液压升降中臂6的另一侧，该电动伸缩悬臂5内设有相对滑动的电动滑块B17，电动滑块B17安装在电动滑块A13上，电动伸缩悬臂5通过电动滑块A13调整与液压升降中臂6的相对高度，通过电动滑块B17调整与液压升降中臂6的相对角度，电动滑块A13及电动滑块B17分别与发电机组10相连；电动伸缩悬臂5的两端分别安装有钻孔功能模块3及安装功能模块4，本发明的钻孔功能模块3及安装功能模块4均为现有技术，钻孔功能模块3包括电锤以及除尘系统，安装功能模块3包括电动式胶枪；电锤为市购产品，购置于德国喜利得公司，型号为TE50-AVR；除尘系统为市购产品，购置于德国喜利得公司，型号为TE DRS-Y；电动式胶枪为市购产品，购置于瑞士MK公司，型号为B612 Z。

本实施例的液压升降中臂6的另一侧沿长度方向开设有滑槽A14，电动滑块A13容置于该滑槽A14中、并与滑槽A14滑动连接；滑槽A14的两侧分别安装有齿条A15，电动滑块A13输出两个同步旋转且旋向相反的输出齿轮A16，两个输出齿轮A16分别与滑槽A14两侧的齿条A15啮合传动，通过电动滑块A13的驱动实现电动伸缩悬臂5的高度调节。

本实施例电动滑块A13的外壳作为滑块与滑槽A14滑动连接，该电动滑块A13内安装有两个输出方向相反的伺服电机，每个伺服电机的输出轴均连接一个输出齿轮A16，输出齿轮A16通过电动滑块A13侧面开孔与滑槽A14上的齿条A15啮合传动；两个伺服电机分别与发电机组10相连。或者,电动滑块A13的外壳作为滑块与滑槽A14滑动连接，该电动滑块A13内安装有一个与发电机组10相连的伺服电机，两个输出齿轮A16转动安装于电动滑块A13内部，且分别通过电动滑块A13侧面开孔与滑槽A14上的齿条A15啮合传动；所述伺服电机的输出端通过齿轮组分别与两个输出齿轮A16相连，驱动两个输出齿轮A16同步反向旋转。

本实施例的电动伸缩悬臂5朝向液压升降中臂6的一侧沿长度方向开设有滑槽B18，电动滑块B17容置于该滑槽B18中、并与滑槽B18滚动连接；滑槽B18的两侧分别安装有齿条B19，电动滑块B17输出两个同步旋转且旋向相同的输出齿轮B20，两个输出齿轮B20分别与滑槽B18两侧的齿条B19啮合传动，通过电动滑块B17的驱动实现电动伸缩悬臂5的角度调节。

本实施例电动滑块B17的外壳作为滑块与滑槽B18滚动连接，该电动滑块B17内安装有两个输出方向相同的伺服电机，每个伺服电机的输出轴均连接一个输出齿轮B20，输出齿轮B20通过电动滑块B17侧面开孔与滑槽B18上的齿条B19啮合传动；两个伺服电机分别与发电机组10相连。或者,电动滑块B17的外壳作为滑块与滑槽B18滚动连接，该电动滑块B17内安装有一个与发电机组10相连的伺服电机，两个输出齿轮B20转动安装于电动滑块B17内部，且分别通过电动滑块B17侧面开孔与滑槽B18上的齿条B19啮合传动；伺服电机的输出端通过齿轮组分别与两个输出齿轮B20相连，驱动两个输出齿轮B20同步同向旋转。

基于本发明隧道钻孔植钉机器人的隧道钻孔植钉方法,包括以下步骤:

步骤一，通过扫描仪1对隧道轮廓进行扫描，建立隧道界面模型，计算机器人在隧道截面的空间位置，从而调整设备姿态进行施工，避免轨道超高对施工精度的影响。与此同时也可避免在管片缝隙钻孔施工；此步骤为现有技术，在此不再赘述；

步骤二,由液压站控制液压缸,使液压缸驱动液压挺柱大臂7绕销轴转动,进而实现液压挺柱大臂7的升降,直至液压挺柱大臂7垂直车底盘8；

步骤三,由液压站控制液压挺柱大臂7内安装的液压顶杆,通过液压顶杆驱动液压升降中臂6提升,直至液压升降臂6升至顶部；

步骤四，液压升降中臂6中的电动滑块A13内的伺服电机驱动两个输出齿轮A16同步反向旋转，分别与液压升降中臂6上滑槽A14两侧的齿条A15相啮合，由于液压升降中臂6只由液压挺柱大臂7内的液压顶杆驱动升降，所以电动滑块A13在反作用力的作用下沿滑槽A14滑动；电动伸缩悬臂5中的电动滑块B17安装于电动滑块A13上，故电动伸缩悬臂5随电动滑块A13移动，进而实现电动伸缩悬臂5的高度调节；

步骤五，电动伸缩悬臂5中的电动滑块B17内的伺服电机驱动两个输出齿轮B20同步同向旋转，分别与电动伸缩悬臂5上滑槽B18两侧的齿条B19相啮合，进而使电动伸缩悬臂5转动，实现电动伸缩悬臂5的角度调节；

步骤六，待电动伸缩悬臂5调节到所需钻孔点时，再由钻孔功能模块3、安装功能模块4实施隧道钻孔植钉。

Claims (6)

1.一种隧道钻孔植钉机器人，其特征在于：包括扫描仪(1)、液压站(2)、钻孔功能模块(3)、安装功能模块(4)、电动伸缩悬臂(5)、液压升降中臂(6)、液压挺柱大臂(7)、升降铁路轮毂(9)及发电机组(10)，其中扫描仪(1)安装于车头上，所述液压站(2)、发电机组(10)分别安装于车底盘(8)上，该车底盘(8)的底部安装有所述升降铁路轮毂(9)；所述液压挺柱大臂(7)与车底盘(8)上安装的支撑座(12)通过销轴铰接，所述支撑座(12)的一侧设有安装在车底盘(8)上的液压缸，该液压缸的输出端与所述液压挺柱大臂(7)铰接；所述液压升降中臂(6)的一侧与液压挺柱大臂(7)滑动连接，该液压挺柱大臂(7)内部设有驱动所述液压升降中臂(6)升降的液压顶杆，所述液压顶杆及液压缸分别与液压站(2)相连；所述液压升降中臂(6)内设有相对滑动的电动滑块A(13)，所述电动伸缩悬臂(5)位于液压升降中臂(6)的另一侧，该电动伸缩悬臂(5)内设有相对滑动的电动滑块B(17)，所述电动滑块B(17)安装在电动滑块A(13)上，所述电动伸缩悬臂(5)通过电动滑块A(13)调整与液压升降中臂(6)的相对高度，通过所述电动滑块B(17)调整与液压升降中臂(6)的相对角度，所述电动滑块A(13)及电动滑块B(17)分别与发电机组(10)相连；所述电动伸缩悬臂(5)的两端分别安装有钻孔功能模块(3)及安装功能模块(4)；

所述液压升降中臂(6)的另一侧沿长度方向开设有滑槽A(14)，所述电动滑块A(13)容置于该滑槽A(14)中、并与滑槽A(14)滑动连接；所述滑槽A(14)的两侧分别安装有齿条A(15)，所述电动滑块A(13)输出两个同步旋转且旋向相反的输出齿轮A(16)，两个所述输出齿轮A(16)分别与滑槽A(14)两侧的齿条A(15)啮合传动，通过所述电动滑块A(13)的驱动实现电动伸缩悬臂(5)的高度调节；

所述电动伸缩悬臂(5)朝向液压升降中臂(6)的一侧沿长度方向开设有滑槽B(18)，所述电动滑块B(17)容置于该滑槽B(18)中、并与滑槽B(18)滚动连接；所述滑槽B(18)的两侧分别安装有齿条B(19)，所述电动滑块B(17)输出两个同步旋转且旋向相同的输出齿轮B(20)，两个输出齿轮B(20)分别与滑槽B(18)两侧的齿条B(19)啮合传动，通过所述电动滑块B(17)的驱动实现电动伸缩悬臂(5)的角度调节。

2.根据权利要求1所述的隧道钻孔植钉机器人，其特征在于：所述电动滑块A(13)的外壳作为滑块与滑槽A(14)滑动连接，该电动滑块A(13)内安装有两个输出方向相反的伺服电机，每个所述伺服电机的输出轴均连接一个输出齿轮A(16)，所述输出齿轮A(16)通过电动滑块A(13)侧面开孔与滑槽A(14)上的齿条A(15)啮合传动；两个所述伺服电机分别与发电机组(10)相连。

3.根据权利要求1所述的隧道钻孔植钉机器人，其特征在于：所述电动滑块A(13)的外壳作为滑块与滑槽A(14)滑动连接，该电动滑块A(13)内安装有一个与所述发电机组(10)相连的伺服电机，两个所述输出齿轮A(16)转动安装于电动滑块A(13)内部，且分别通过电动滑块A(13)侧面开孔与滑槽A(14)上的齿条A(15)啮合传动；所述伺服电机的输出端通过齿轮组分别与两个输出齿轮A(16)相连，驱动两个所述输出齿轮A(16)同步反向旋转。

4.根据权利要求1所述的隧道钻孔植钉机器人，其特征在于：所述电动滑块B(17)的外壳作为滑块与滑槽B(18)滚动连接，该电动滑块B(17)内安装有两个输出方向相同的伺服电机，每个所述伺服电机的输出轴均连接一个输出齿轮B(20)，所述输出齿轮B(20)通过电动滑块B(17)侧面开孔与滑槽B(18)上的齿条B(19)啮合传动；两个所述伺服电机分别与发电机组(10)相连。

5.根据权利要求1所述的隧道钻孔植钉机器人，其特征在于：所述电动滑块B(17)的外壳作为滑块与滑槽B(18)滚动连接，该电动滑块B(17)内安装有一个与所述发电机组(10)相连的伺服电机，两个所述输出齿轮B(20)转动安装于电动滑块B(17)内部，且分别通过电动滑块B(17)侧面开孔与滑槽B(18)上的齿条B(19)啮合传动；所述伺服电机的输出端通过齿轮组分别与两个输出齿轮B(20)相连，驱动两个所述输出齿轮B(20)同步同向旋转。

6.根据权利要求1所述的隧道钻孔植钉机器人，其特征在于：所述车底盘(8)上安装有物料库(11)。

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