CN113513145B - 一种隧道施工机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道施工机器人，包括机架、多组悬挂件安装单元以及用于驱动所述机架运动的行走单元；每组悬挂件安装单元包括悬挂件自动上料装置和施工装置；所述施工装置包括工作台、安装板、钻孔模块、螺栓植入模块、螺栓锁紧模块和作业位置切换模块；所述螺栓植入模块包括螺栓输送机构、螺栓夹持定位机构和螺栓植入机构，所述螺栓输送机构将爆炸螺栓送至所述螺栓夹持定位机构中，当螺栓植入模块运动到作业位置时，所述螺栓植入机构将螺栓夹持定位机构中的爆炸螺栓植入到开孔内。当需要更换爆炸螺栓时，只需要将爆炸螺栓送入到螺栓输送机构中，本发明的隧道施工机器人就可以自动将该爆炸螺栓安装到悬挂件上，并完成悬挂件的自动安装。

Description

一种隧道施工机器人
技术领域
本发明涉及一种隧道施工设备，具体为一种隧道施工机器人。
背景技术
目前在地铁隧道、涵洞等建筑体成型以后，需要在建筑表面(如内外墙壁、内顶部等)上安装各种构件、管道、线缆、设备等附属设施，安装这些附属设施首先需要在建筑表面上植入爆炸螺栓，基于爆炸螺栓再固定各种支架，进而在支架上固定安装所述附属设施。例如，在地铁隧道、涵洞的施工过程中，需要通过植入爆炸螺丝以安装悬挂件，用于接下来安装通讯电缆管道、电力管道和一些通风给排水设施等管道件。之前在建筑表面安装爆炸螺栓都是人工作业，不仅工作效率低，人力成本高，而且由于施工位置通常在距离地面较高的位置，施工难度大，施工过程还伴随有一定的危险性。
目前出现了一种隧道内隧道施工机器人，可自动完成对悬挂件的安装，例如申请公布号为CN112983018A的发明专利申请公开了“一种用于在建筑表面安装紧固件的施工设备”，所述施工设备包括施工机台、施工装置以及施工姿态调节装置；所述施工装置包括安装板、紧固件上料模块、施工模块以及第一横向驱动机构；所述施工模块包括机架、打孔模块以及紧固件安装模块；所述紧固件安装模块包括紧固件升降模块以及紧固件锁紧模块；所述紧固件上安装有膨胀螺栓和锁紧螺母；所述紧固件升降模块包括支架、定位座、第二竖向驱动机构和夹紧机构；所述紧固件锁紧模块包括风炮以及用于驱动所述风炮直线运动的第三竖向驱动机构。上述的施工设备可以自动将紧固件安装在建筑表面上，不仅降低施工成本，而且还有利于提高施工效率，降低或消除施工所带来的危险。
然而上述的施工设备在施工过程中，爆炸螺栓需要预先安装在悬挂件上，以方便后续的安装。但是，由于在施工前预先将爆炸螺栓安装在悬挂件上，且由于悬挂件的承载力由爆炸螺栓的规格(例如长度、直径、锚入深度等等)决定，因此在安装前就决定了该悬挂件的承载力，但是假如需要加大悬挂件的承载力时，就需要更换更大规格的爆炸螺栓，这样需要在施工前将悬挂件中的爆炸螺栓取下，然后更换上其他规格的爆炸螺栓，由于需要在施工前完成更换爆炸螺栓的工作，这样会导致施工效率大大降低。
发明内容
本发明在于克服现有技术的不足，提供一种隧道施工机器人，所述隧道施工机器人在安装悬架件时可以自动将爆炸螺栓安装在悬挂件上，从而有利于提高施工效率。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种隧道施工机器人，包括机架、设置在机架上的多组悬挂件安装单元以及用于驱动所述机架运动的行走单元，其中，
多组悬挂件安装单元在机架上沿着隧道的宽度方向排列，每组悬挂件安装单元包括设置在机架上的悬挂件自动上料装置以及用于将悬挂件自动上料装置中的悬挂件安装在隧道内顶面的施工装置，其中，
所述施工装置包括工作台以及设置在工作台上的施工模块，其中，
所述施工模块包括安装板、设置在安装板上的钻孔模块、螺栓植入模块、螺栓锁紧模块以及用于驱动安装板运动以驱动钻孔模块、螺栓植入模块、螺栓锁紧模块依次到达作业位置的作业位置切换模块；其中，所述螺栓植入模块包括设置在安装板上的螺栓输送机构、螺栓夹持定位机构以及用于将爆炸螺栓植入到所述钻孔模块开设的开孔内的螺栓植入机构，其中，所述螺栓输送机构将爆炸螺栓送至所述螺栓夹持定位机构中，当所述螺栓植入模块运动到作业位置时，所述螺栓植入机构将所述螺栓夹持定位机构中的爆炸螺栓植入到所述钻孔模块开设的开孔内；
所述悬挂件自动上料装置包括安装在工作台上的机台、设置在机台上的悬挂件输送机构以及用于将悬挂件输送机构中的悬挂件转移到作业位置的悬挂件转移机构；
所述行走单元包括搬运车，所述机架安装在所述搬运车。
优选的，所述机架上设置有用于撑紧隧道两侧壁的撑紧装置，其中，所述撑紧装置两组，两组撑紧装置分别位于所述机架的前后两侧，每组撑紧装置为多个，多个撑紧装置分别位于所述机架的左右两侧；所述撑紧装置包括推块以及用于驱动所述推块沿着隧道的宽度方向运动的撑紧驱动机构。
优选的，所述机架的底部设置有多组锁定装置，所述锁定装置两组，两组锁定装置分别位于所述机架的前后两侧，每组锁定装置为多个，多个锁定装置分别位于所述机架的左右两侧；所述锁定装置包括锁定块以及用于驱动所述锁定块竖向运动的锁定驱动机构。
优选的，所述螺栓输送机构包括设置在安装板上的输送安装座、设置在输送安装座上的同步带传动机构以及用于驱动所述同步带传动机构工作的输送电机，其中，所述同步带传动机构为两组，两组同步带传动机构位于所述输送安装座的两侧，两组同步带传动机构的同步带之间的间隙构成用于输送爆炸螺栓的输送通道；多根爆炸螺栓位于所述输送通道内；所述输送通道的输送方向朝向所述螺栓夹持定位机构；所述输送电机为两组，两组输送电机的主轴分别与两组同步带传动机构中的主动同步轮连接，用于驱动两组同步带传动机构中的主动同步轮同步反向运动。
优选的，所述螺栓夹持定位机构包括设置在安装板上的夹持座、设置在所述夹持座上的夹持气缸以及设置在所述夹持气缸的两个驱动部上的夹持块，其中，所述夹持块上设置有与所述爆炸螺栓的螺杆配合的夹持部；当所述螺栓输送机构将爆炸螺栓输送到两块夹持块之间时，所述夹持气缸驱动两块夹持块做相向运动，实现对爆炸螺栓进行夹紧。
优选的，所述螺栓植入机构位于所述螺栓夹持定位机构的下端，且该螺栓植入机构中的推杆与位于所述螺栓夹持定位机构中的爆炸螺栓同轴设置；所述夹持座上设置有用于避让所述推杆的避让孔。
优选的，所述螺栓植入模块还包括用于驱动所述螺栓夹持定位机构和所述螺栓植入机构同步竖向运动的植入驱动机构，其中，所述螺栓夹持定位机构和所述螺栓植入机构安装在植入安装座上，所述植入驱动机构用于驱动所述植入安装座竖向运动。
优选的，所述螺栓锁紧模块包括螺栓锁紧机构以及用于驱动所述螺栓锁紧机构竖向运动的螺栓锁紧驱动机构，其中，所述螺栓锁紧机构包括套筒以及用于驱动所述套筒旋转的旋转驱动机构；所述套筒内设置有与所述爆炸螺栓中的螺母配合的锁紧孔，所述锁紧孔自所述套筒的上端沿着该套筒的轴线方向向下延伸。
优选的，所述作业位置切换模块包括用于驱动所述施工模块做竖向运动的竖向切换机构、用于驱动所述施工模块做纵向运动的纵向切换机构以及用于驱动所述施工模块做横向运动的横向切换机构，其中，
所述竖向切换机构包括竖向安装座、用于驱动所述竖向安装座做竖向运动的竖向气缸以及用于对竖向安装座的竖向运动进行竖向导向的竖向导向机构，其中，所述竖向导向机构为多组，多组竖向导向机构位于所述竖向安装座的四周，且每组竖向导向机构均由导柱和导套构成，其中，所述导套安装在所述工作台上，所述导柱安装在所述竖向安装座上；所述竖向气缸安装在所述工作台上，且该竖向气缸的伸缩杆与所述竖向安装座连接；
所述纵向切换机构包括纵向安装座、用于驱动所述纵向安装座做纵向运动的纵向气缸以及用于对纵向安装座的纵向运动进行导向的纵向导向机构，其中，所述纵向导向机构为多组，多组纵向导向机构位于所述纵向安装座的两侧，且每组纵向导向机构均由滑轨和滑块构成，其中，所述滑轨安装在所述竖向安装座上，所述滑块安装在所述纵向安装座上；所述纵向气缸安装在所述竖向安装座上，且该纵向气缸的伸缩杆与所述纵向安装座连接；
所述横向切换机构包括设置在所述纵向安装座上的用于驱动所述安装板做横向运动的横向气缸以及用于对所述安装板的横向运动进行导向的横向导向机构，其中，所述横向气缸的伸缩杆与所述安装板连接；所述横向导向机构为多组，每组横向导向机构均由导向块和导轨构成，其中，所述导轨安装在所述纵向安装座上，所述导向块安装在所述安装板上。
优选的，所述施工装置还包括用于调节所述施工模块的施工姿态的姿态调节模块，所述姿态调节模块包括转角安装座以及用于驱动所述转角安装座转动的转角驱动机构，其中，所述转角安装座位于所述安装板和所述纵向安装座之间，该转角安装座通过转动轴转动连接在所述纵向安装座上，且该转角安装座与所述纵向安装座之间设置多组连杆，每组连杆的两端分别转动连接在所述转角安装座和所述纵向安装座上；所述横向气缸和所述导向块均安装在所述转角安装座上；所述转角驱动机构包括安装在所述转角安装座上的弧形齿条、与所述弧形齿条配合的齿轮以及用于驱动所述齿轮转动的调节驱动机构，其中，所述齿轮转动连接在所述纵向安装座上；所述调节驱动机构驱动所述齿轮转动来带动转角安装座在竖直方向上转动，以实现对竖向角度进行调节。
优选的，所述悬挂件输送机构包括设置在所述机台上的输送架以及设置在输送架上的输送导轨，其中，所述输送导轨为两根，两根输送导轨平行设置在所述输送架的两侧，且均倾斜向下设置，倾斜方向均朝向所述悬挂件转移机构；所述悬挂件的两端分别位于两根输送导轨内；所述悬挂件输送机构还包括设置在所述输送架上的限位机构，所述限位机构位于所述输送导轨的末端，当所述悬挂件转移机构在转移悬挂件的过程中，所述限位机构用于限制输送导轨末端的悬挂件运动。
优选的，所述悬挂件转移机构包括悬挂件夹持机构以及用于驱动所述悬挂件夹持机构竖向运动的转移驱动机构，其中，所述悬挂件转移机构位于所述钻孔模块的正下方。
本发明的隧道施工机器人的工作原理是：
工作时，搬运车带动机架以及设置在机架上的多组悬挂件安装单元在隧道内运动，当到达安装位置时，所述搬运车停止运动，而搬运车上的多组悬挂件安装单元开始将悬挂件安装在隧道内顶面；其中，具体安装步骤为：
首先，悬挂件输送机构将悬挂件输送到悬挂件转移机构中，所述悬挂件转移机构将悬挂件转移到作业位置上；接着，所述钻孔模块通过该悬挂件上的螺栓安装孔在隧道内顶面上开设开孔；随后，所述螺栓输送机构将爆炸螺栓送至所述螺栓夹持定位机构中；接着，所述作业位置切换模块带动所述加工模块运动，使得所述钻孔模块离开所述作业位置，且同时所述螺栓植入模块进入到所述作业位置，所述螺栓植入机构将所述螺栓夹持定位机构中的爆炸螺栓植入到所述钻孔模块开设的开孔内；随后，所述作业位置切换模块带动所述加工模块运动，使得所述螺栓植入模块离开所述作业位置，且同时所述螺栓锁紧模块进入到所述作业位置，所述螺栓锁紧模块带动所述爆炸螺栓中的螺母转动，从而将悬挂件锁紧在隧道内顶面，完成悬挂件的自动安装工作。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
1、本发明的隧道施工机器人中的各组悬挂件安装单元可以自动将爆炸螺栓安装在悬挂件上，这样，悬挂件自动上料装置中的悬挂件上就不需要预先安装好爆炸螺栓，这有利于提高施工效率。
2、本发明的隧道施工机器人中的各组悬挂件安装单元通过螺栓输送机构将爆炸螺栓输送到螺栓夹持定位机构中，当所述作业位置切换模块带动所述加工模块运动，使得所述钻孔模块离开所述作业位置，且同时所述螺栓植入模块进入到所述作业位置时，所述螺栓植入机构将所述螺栓夹持定位机构中的爆炸螺栓从所述悬挂件中的螺旋安装孔中穿过并植入到所述钻孔模块开设的开孔内，这样不仅实现将爆炸螺栓安装到悬挂件上，而且同时完成悬挂件的自动安装工作。
3、本发明的隧道施工机器人中的各组悬挂件安装单元由于可以将爆炸螺栓安装在悬挂件上，因此可以根据施工场所的实际情况灵活选择实际符合要求的爆炸螺栓，只需要将这些符合要求的爆炸螺栓放置在螺栓输送机构中即可，在施工过程中，本发明的隧道施工机器人自动利用这些爆炸螺栓将悬挂件安装在隧道内顶面。这样可以满足现场实际施工的需要，使得本发明的隧道施工机器人的适用范围更广。
4、本发明的隧道施工机器人中的多组悬挂件安装单元沿着隧道的宽度方向排列，因此，本发明的隧道施工机器人可以同时完成隧道中位于同一截面内的多个悬挂件的安装工作，安装效率更高。
附图说明
图1和图2为本发明的隧道施工机器人在施工时的工作示意图，其中，图1为立体结构示意图，图2为侧视图。
图3和图4为本发明的隧道施工机器人的两个不同视角的立体结构示意图。
图5-图7为本发明中的悬挂件安装单元的三个不同视角的立体结构示意图。
图8-图9为所述施工装置的两个不同视角的立体结构示意图。
图10为螺栓植入模块的立体结构示意图。
图11为螺栓输送机构的立体结构示意图。
图12为悬挂件输送机构的立体结构示意图。
图13为限位机构的立体结构示意图。
图14为悬挂件转移机构的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
参见图1-图14，本发明的隧道施工机器人包括机架17、设置在机架17上的多组悬挂件安装单元以及用于驱动所述机架17运动的行走单元，其中，多组悬挂件安装单元在机架17上沿着隧道的宽度方向排列，每组悬挂件安装单元包括设置在机架17上的悬挂件自动上料装置以及用于将悬挂件自动上料装置中的悬挂件安装在隧道内顶面的施工装置；所述行走单元包括搬运车16，所述机架17安装在所述搬运车16，其中，所述搬运车16的具体结构可以参照现有的搬运车16的结构实施，例如参照申请公布号为CN112849983A的发明专利授权公开的“一种用于建筑施工的移动车”实施。
参见图1-图14，所述施工装置包括工作台1、设置在工作台1上的施工模块以及用于调节所述施工模块的施工姿态的姿态调节模块10，其中，所述施工模块包括安装板2、设置在安装板2上的钻孔模块3、螺栓植入模块、螺栓锁紧模块6以及用于驱动安装板2运动以驱动钻孔模块3、螺栓植入模块、螺栓锁紧模块6依次到达作业位置的作业位置切换模块11。
参见图1-图14，所述螺栓植入模块包括设置在安装板2上的螺栓输送机构4、螺栓夹持定位机构5以及用于将爆炸螺栓15植入到所述钻孔模块3开设的开孔内的螺栓植入机构7；工作时，所述螺栓输送机构4将爆炸螺栓15送至所述螺栓夹持定位机构5中，当所述螺栓植入模块运动到作业位置时，所述螺栓植入机构7将所述螺栓夹持定位机构5中的爆炸螺栓15植入到所述钻孔模块3开设的开孔内。
参见图1-图14，所述螺栓输送机构4包括设置在安装板2上的输送安装座4-1、设置在输送安装座4-1上的同步带传动机构4-3以及用于驱动所述同步带传动机构4-3工作的输送电机4-2，其中，所述同步带传动机构4-3为两组，两组同步带传动机构4-3位于所述输送安装座4-1的两侧，两组同步带传动机构4-3的同步带之间的间隙构成用于输送爆炸螺栓15的输送通道；多根爆炸螺栓15位于所述输送通道内；所述输送电机4-2为两组，或者该输送电机4-2为双轴电机，两组输送电机4-2的主轴或双轴电机的两根输出轴分别与两组同步带传动机构4-3中的主动同步轮连接。工作时，两组输送电机4-2或双轴电机带动两组同步带传动机构4-3工作，使得两组同步带传动机构4-3中的同步带反向转动，即其中一组同步带传动机构4-3中的同步带顺时针转动，另一组同步带传动机构4-3中的同步带逆时针转动，使得两根同步带构成的输送通道的输送方向朝向所述螺栓夹持定位机构5，从而实现将输送通道内的爆炸螺栓15逐个输送到所述螺栓夹持定位机构5中。
参见图1-图14，所述螺栓夹持定位机构5包括设置在安装板2上的夹持座5-1、设置在所述夹持座5-1上的夹持气缸5-2(例如双指气缸)以及设置在所述夹持气缸5-2的两个驱动部上的夹持块5-3，其中，所述夹持块5-3上设置有夹持部；当所述螺栓输送机构4将爆炸螺栓15输送到两块夹持块5-3之间时，所述夹持气缸5-2驱动两块夹持块5-3做相向运动，实现对爆炸螺栓15进行夹紧。
参见图1-图14，所述螺栓植入机构7位于所述螺栓夹持定位机构5的下端，且该螺栓植入机构7中的推杆7-1与位于所述螺栓夹持定位机构5中的爆炸螺栓15同轴设置；所述夹持座5-1上设置有用于避让所述推杆7-1的避让孔。当所述螺栓植入模块运动至作业位置后，所述螺栓植入机构7中的推杆7-1不断向上冲击位于所述螺栓夹持定位机构5所夹持的爆炸螺栓15，从而将该爆炸螺栓15植入到所述钻孔模块3开设的开孔内。
其中，本实施例中的螺栓植入机构7可以参照现有的装置实施，例如参照本公司之前申请的申请公布号为CN112983018A的发明专利申请公开了“一种用于在建筑表面安装紧固件的施工设备”中的螺栓植入机构实施，或者参照申请公布号为CN112873566A的发明专利申请公开了“一种自动打孔设备及紧固件自动安装设备”中的自动推动机构实施。
参见图1-图14，所述螺栓植入模块还包括用于驱动所述螺栓夹持定位机构5和所述螺栓植入机构7同步竖向运动的植入驱动机构14，其中，所述螺栓夹持定位机构5和所述螺栓植入机构7安装在植入安装座13上，所述植入驱动机构14用于驱动所述植入安装座13竖向运动，该植入驱动机构14可以采用气缸驱动，或者采用电机与丝杆传动机构结合的驱动方式，同时，该植入驱动机构14中还可以设置滑动机构来进行竖向导向。通过上述设置，当所述螺栓植入模块运动至作业位置后，所述植入驱动机构14带动所述螺栓夹持定位机构5和所述螺栓植入机构7同步向上运动，使得被所述螺栓夹持定位机构5夹持的爆炸螺栓15的顶部进入到所述开孔内，接着所述螺栓植入机构7工作，从而将该爆炸螺栓15植入到所述开孔内。
参见图1-图14，所述螺栓锁紧模块6包括螺栓锁紧机构6-1以及用于驱动所述螺栓锁紧机构6-1竖向运动的螺栓锁紧驱动机构6-2，其中，所述螺栓锁紧机构6-1包括套筒以及用于驱动所述套筒旋转的旋转驱动机构；所述套筒内设置有与所述爆炸螺栓15中的螺母配合的锁紧孔，所述锁紧孔自所述套筒上端沿着该套筒的轴线方向向下延伸。当所述悬挂件上料装置将悬挂件送至作业位置后、所述螺栓植入模块将爆炸螺栓15植入到钻孔模块3开设的开孔内后，所述作业位置切换模块11驱动所述螺栓锁紧模块6运动至作业位置，接着，所述螺栓锁紧驱动机构6-2带动所述螺栓锁紧机构6-1向上运动，使得所述螺栓锁紧机构6-1中的套筒的锁紧孔与所述爆炸螺栓15中的螺母配合，接着，所述旋转驱动机构带动所述套筒转动，从而带动螺母转动，进而将悬挂件锁紧在隧道内顶面。
本实施例中的螺栓植入机构7可以参照现有的装置实施，例如参照本公司之前申请的申请公布号为CN112983018A的发明专利申请公开了“一种用于在建筑表面安装紧固件的施工设备”中的螺栓锁紧装置实施，或者参照申请公布号为CN112873566A的发明专利申请公开了“一种自动打孔设备及紧固件自动安装设备”中的风炮实施。
参见图1-图14，所述作业位置切换模块11包括用于驱动所述施工模块做竖向运动的竖向切换机构、用于驱动所述施工模块做纵向运动的纵向切换机构以及用于驱动所述施工模块做横向运动的横向切换机构，其中，
所述竖向切换机构包括竖向安装座11-2、用于驱动所述竖向安装座11-2做竖向运动的竖向气缸11-1以及用于对竖向安装座11-2的竖向运动进行竖向导向的竖向导向机构11-3，其中，所述竖向导向机构11-3为多组，多组竖向导向机构11-3位于所述竖向安装座11-2的四周，且每组竖向导向机构11-3均由导柱和导套构成，其中，所述导套安装在工作台1上，所述导柱安装在所述竖向安装座11-2上；所述竖向气缸11-1安装在所述工作台1上，且该竖向气缸11-1的伸缩杆与所述竖向安装座11-2连接；
所述纵向切换机构包括纵向安装座11-5、用于驱动所述纵向安装座11-5做纵向运动的纵向气缸11-4以及用于对纵向安装座11-5的纵向运动进行导向的纵向导向机构，其中，所述纵向导向机构为多组，多组纵向导向机构位于所述纵向安装座11-5的两侧，且每组纵向导向机构均由滑轨和滑块构成，其中，所述滑轨安装在竖向安装座11-2上，所述滑块安装在所述纵向安装座11-5上；所述纵向气缸11-4安装在所述竖向安装座11-2上，且该纵向气缸11-4的伸缩杆与所述纵向安装座11-5连接；
所述横向切换机构包括设置在所述纵向安装座11-5上的用于驱动所述安装板2做横向运动的横向气缸11-6以及用于对所述安装板2的横向运动进行导向的横向导向机构，其中，所述横向气缸11-6的伸缩杆与所述安装板2连接，所述横向导向机构为多组，每组横向导向机构均由导向块和导轨构成，其中，所述导轨安装在所述纵向安装座11-5上，所述导向块安装在所述安装板2上。
通过所述竖向切换机构、横向切换机构以及纵向切换机构的相互配合，可以使得所述钻孔模块3、螺栓植入模块以及螺栓锁紧模块依次到达作业位置处，完成对应的加工工序。另外，所述竖向切换机构和所述纵向切换机构相互配合，可以让所述安装板2上的加工模块避让位于作业位置处的悬挂件，例如在作业位置切换模块11驱动所述钻孔模块3离开所述作业位置以及驱动所述螺栓植入模块到达作业位置的过程中，或者在作业位置切换模块11驱动所述螺栓植入模块离开所述作业位置以及驱动所述螺栓锁紧模块6到达作业位置的过程中，通过竖向切换机构和纵向切换机构的配合，使得施工模块中的各个加工模块不会与位于作业位置上的悬挂件发生干涉。
参见图1-图14，所述姿态调节模块10包括转角安装座10-1以及用于驱动所述转角安装座10-1转动的转角驱动机构，其中，所述转角安装座10-1位于所述安装板2和所述纵向安装座11-5之间，该转角安装座10-1通过转动轴转动连接所述纵向安装座11-5上，且该转角安装座10-1与所述纵向安装座11-5之间设置多组连杆10-2，其中，每组连杆10-2的两端分别转动连接在所述转角安装座10-1和所述纵向安装座11-5上；所述横向气缸11-6和所述导向块均安装在所述转角安装座10-1上；所述转角驱动机构包括安装在所述转角安装座10-1上的弧形齿条10-3、与所述弧形齿条10-3配合的齿轮以及用于驱动所述齿轮转动的调节驱动机构，其中，所述齿轮转动连接在所述纵向安装座11-5上，所述调节驱动机构驱动所述齿轮转动来带动转角安装座10-1在竖直方向上转动，以实现对竖向角度进行调节，该调节驱动机构可以采用手动调节，也可以采用电控调节，例如通过电机驱动齿轮转动，通过控制电机的转动行程来控制齿轮的转动行程，以此来控制转角安装座10-1的转动角度；而本实施例采用的是手动调节，通过手轮10-4带动所述齿轮转动，从而带动弧形齿条10-3以及与其连接的转角安装座10-1竖向转动，实现对所述施工模块的施工姿态的调节，以此适应在隧道内顶面的不同位置安装悬挂件。
参见图1-图14，所述悬挂件自动上料装置包括安装在工作台1上的机台、设置在机台上的悬挂件输送机构8以及用于将悬挂件输送机构8中的悬挂件转移到作业位置的悬挂件转移机构9，其中，
所述悬挂件输送机构8包括设置在所述机台上的输送架8-1以及设置在输送架8-1上的输送导轨，其中，所述输送导轨为两根，两根输送导轨平行设置在所述输送架8-1的两侧，且均倾斜向下设置；所述悬挂件的两端分别位于两根输送导轨内；由于所述输送导轨倾斜向下设置，位于输送导轨中的悬挂件将会沿着输送导轨的倾斜方向向下滑落并进入所述悬挂件转移机构9中；当所述悬挂件转移机构9将输送导轨末端的悬挂件转移到作业位置的过程中，为了避免所述输送导轨上的悬挂件继续滑落，因此在输送导轨的末端设置限位机构8-2，当所述悬挂件转移机构9在将悬挂件转移到作业位置的过程中，所述限位机构8-2限制输送导轨中的悬挂件向下滑落；其中，
所述限位机构8-2为两组，两组限位机构8-2均位于所述输送导轨的末端，其中一组限位机构8-2用于限位输送导轨末端的最后一个悬挂件运动，为第一限位机构8-2，而另一组限位机构8-2则用于限位所述输送导轨末端的第二个悬挂件运动，为第二限位机构8-2；当所述悬挂件转移机构9回到初始位置再次提取悬挂件时，所述第一限位机构8-2解除限定，而所述第二限位机构8-2保持限定，这样，位于输送导轨末端的最后一个悬挂件将会滑落到所述悬挂件转移机构9中，所述悬挂件转移机构9则将该悬挂件转移到作业位置处；接着，所述第一限位机构8-2恢复限定，而所述第二限位机构8-2解除限定，使得输送导轨末端的第二个悬挂件运动到输送导轨末端，代替原第一个悬挂件的位置，最后，所述第二限位机构8-2恢复限定。通过这种方式，可以保证输送导轨中每次只有位于其最末端的悬挂件滑落到所述悬挂件转移机构9中。
本实施例中的第一限位机构8-2和第二限位机构8-2均可以由气缸或电动推杆7-1构成，所述气缸或电动推杆7-1安装在所述输送架8-1上，通过气缸或电动推杆7-1带动驱动轴进入到所述输送导轨内，即可对悬挂件进行阻拦，使得悬挂件停止滑落。
另外，所述机台在所述悬挂件的下端设置有导向板12，所述导向板12上设置有导向槽，所述导向槽沿着所述输送导轨的延伸方向设置，位于输送导轨上的悬挂件的下端均位于所述导向槽内；通过所述导向槽不仅可以实现对输送导轨上的悬挂件的运动进行导向，而且也可以防止所述悬挂件的下端出现晃动。
参见图1-图14，所述悬挂件转移机构9包括悬挂件夹持机构9-1以及用于驱动所述悬挂件夹持机构9-1竖向运动的转移驱动机构9-2,其中，所述悬挂件夹持机构9-1位于所述钻孔模块3的下端，包括夹持件以及用于驱动所述夹持件夹紧和松开悬挂件的夹持气缸(例如双指气缸)；所述转移驱动机构9-2可以是气缸驱动，或者采用电机与丝杆传动机构结合的方式。当所述输送导轨中的悬挂件滑落到所述悬挂件夹持机构9-1中时，夹持气缸带动夹持件夹紧所述悬挂件，随后，所述转移驱动机构9-2带动所述悬挂件夹持机构9-1竖向运动，从而将悬挂件送至作业位置后，待施工装置将该悬挂件锁紧在隧道内顶面时，所述悬挂件夹持机构9-1松开所述悬挂件，同时所述转移驱动机构9-2带动所述悬挂件夹持机构9-1复位。
在本实施例中，所述钻孔模块3、所述螺旋植入模块以及所述螺栓锁紧模块6均为两组，其中，所述钻孔模块3包括钻孔机构3-1以及用于驱动所述钻孔机构3-1竖向运动的钻孔驱动机构3-2，其中，所述钻孔机构3-1和所述钻孔驱动机构3-2的具体结构可以参照现有的钻孔装置实施。
参见图1-图4，所述机架17上设置有用于撑紧隧道两侧壁的撑紧装置18，其中，所述撑紧装置18两组，两组撑紧装置18分别位于所述机架17的前后两侧，每组撑紧装置18为多个，多个撑紧装置18分别位于所述机架17的左右两侧；所述撑紧装置18包括推块以及用于驱动所述推块沿着隧道的宽度方向运动的撑紧驱动机构，其中，所述撑紧驱动机构为撑紧气缸，所述撑紧气缸安装在所述机架17上，该撑紧气缸的伸缩杆与所述推块之间设置有弹簧，所述弹簧一端作用在所述推块上，另一端作用在所述伸缩杆上。
通过上述设置，当施工模块需要施工作业时，所述撑紧气缸驱动所述推块向外运动，使得所述推块弹性压紧在所述隧道的两侧壁上，这样可以防止施工设备在施工过程中，机架17整体在反作用力下左右倾摆，从而增保证施工精度。另外，这也可以增大与隧道两侧壁之间的摩擦力，从而防止搬运车16在施工设备施工时受到反作用力而移动，进而进一步保证施工精度。
参见图1-图4，所述机架17的底部设置有多组锁定装置19，所述锁定装置19两组，两组锁定装置19分别位于所述机架17的前后两侧，每组锁定装置19为多个，多个锁定装置19分别位于所述机架17的左右两侧；所述锁定装置19包括锁定块以及用于驱动所述锁定块竖向运动的锁定驱动机构；当到达施工位置时，所述搬运车16停止运动，且机架17上的多组锁定装置19工作，通过锁定驱动机构(例如锁定气缸)带动锁定块向下运动，使得所述锁定块压紧在地面上，这样可以防止搬运车16在施工过程中发生移动，从而进一步保证施工精度。
参见图1-图14，本发明的隧道施工机器人的工作原理是：
工作时，搬运车16带动机架17以及设置在机架17上的多组悬挂件安装单元在隧道内运动，当到达安装位置时，所述搬运车16停止运动，而搬运车16上的多组悬挂件安装单元开始将悬挂件安装在隧道内顶面；其中，具体安装步骤为：
悬挂件输送机构8将悬挂件输送到悬挂件转移机构9中，所述悬挂件转移机构9将悬挂件转移到作业位置上；接着，所述钻孔模块3通过该悬挂件上的螺栓安装孔在隧道内顶面上开设开孔；随后，所述螺栓输送机构4将爆炸螺栓15送至所述螺栓夹持定位机构5中；接着，所述作业位置切换模块11带动所述加工模块运动，使得所述钻孔模块3离开所述作业位置，且同时所述螺栓植入模块进入到所述作业位置，所述螺栓植入机构7将所述螺栓夹持定位机构5中的爆炸螺栓15植入到所述钻孔模块3开设的开孔内；随后，所述作业位置切换模块11带动所述加工模块运动，使得所述螺栓植入模块离开所述作业位置，且同时所述螺栓锁紧模块进入到所述作业位置中，所述螺栓锁紧模块6带动所述爆炸螺栓15中的螺母转动，从而将悬挂件锁紧在隧道内顶面，完成悬挂件的自动安装工作。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种隧道施工机器人，包括机架、设置在机架上的多组悬挂件安装单元以及用于驱动所述机架运动的行走单元，其特征在于，
多组悬挂件安装单元在机架上沿着隧道的宽度方向排列，每组悬挂件安装单元包括设置在机架上的悬挂件自动上料装置以及用于将悬挂件自动上料装置中的悬挂件安装在隧道内顶面的施工装置，其中，
所述施工装置包括工作台以及设置在工作台上的施工模块，其中，
所述施工模块包括安装板、设置在安装板上的钻孔模块、螺栓植入模块、螺栓锁紧模块以及用于驱动安装板运动以驱动钻孔模块、螺栓植入模块、螺栓锁紧模块依次到达作业位置的作业位置切换模块；其中，所述螺栓植入模块包括设置在安装板上的螺栓输送机构、螺栓夹持定位机构以及用于将爆炸螺栓植入到所述钻孔模块开设的开孔内的螺栓植入机构，其中，所述螺栓输送机构将爆炸螺栓送至所述螺栓夹持定位机构中，当所述螺栓植入模块运动到作业位置时，所述螺栓植入机构将所述螺栓夹持定位机构中的爆炸螺栓植入到所述钻孔模块开设的开孔内；
所述螺栓输送机构包括设置在安装板上的输送安装座、设置在输送安装座上的同步带传动机构以及用于驱动所述同步带传动机构工作的输送电机，其中，所述同步带传动机构为两组，两组同步带传动机构位于所述输送安装座的两侧，两组同步带传动机构的同步带之间的间隙构成用于输送爆炸螺栓的输送通道；多根爆炸螺栓位于所述输送通道内；所述输送通道的输送方向朝向所述螺栓夹持定位机构；所述输送电机为两组，两组输送电机的主轴分别与两组同步带传动机构中的主动同步轮连接，用于驱动两组同步带传动机构中的主动同步轮同步反向运动；
所述悬挂件自动上料装置包括安装在工作台上的机台、设置在机台上的悬挂件输送机构以及用于将悬挂件输送机构中的悬挂件转移到作业位置的悬挂件转移机构；
所述行走单元包括搬运车，所述机架安装在所述搬运车。
2.根据权利要求1所述的隧道施工机器人，其特征在于，所述机架上设置有用于撑紧隧道两侧壁的撑紧装置，其中，所述撑紧装置两组，两组撑紧装置分别位于所述机架的前后两侧，每组撑紧装置为多个，多个撑紧装置分别位于所述机架的左右两侧；所述撑紧装置包括推块以及用于驱动所述推块沿着隧道的宽度方向运动的撑紧驱动机构。
3.根据权利要求1所述的隧道施工机器人，其特征在于，所述机架的底部设置有多组锁定装置，所述锁定装置两组，两组锁定装置分别位于所述机架的前后两侧，每组锁定装置为多个，多个锁定装置分别位于所述机架的左右两侧；所述锁定装置包括锁定块以及用于驱动所述锁定块竖向运动的锁定驱动机构。
4.根据权利要求1所述的隧道施工机器人，其特征在于，所述螺栓夹持定位机构包括设置在安装板上的夹持座、设置在所述夹持座上的夹持气缸以及设置在所述夹持气缸的两个驱动部上的夹持块，其中，所述夹持块上设置有与所述爆炸螺栓的螺杆配合的夹持部；当所述螺栓输送机构将爆炸螺栓输送到两块夹持块之间时，所述夹持气缸驱动两块夹持块做相向运动，实现对爆炸螺栓进行夹紧。
5.根据权利要求4所述的隧道施工机器人，其特征在于，所述螺栓植入机构位于所述螺栓夹持定位机构的下端，且该螺栓植入机构中的推杆与位于所述螺栓夹持定位机构中的爆炸螺栓同轴设置；所述夹持座上设置有用于避让所述推杆的避让孔；所述螺栓植入模块还包括用于驱动所述螺栓夹持定位机构和所述螺栓植入机构同步竖向运动的植入驱动机构，其中，所述螺栓夹持定位机构和所述螺栓植入机构安装在植入安装座上，所述植入驱动机构用于驱动所述植入安装座竖向运动。
6.根据权利要求5所述的隧道施工机器人，其特征在于，所述螺栓锁紧模块包括螺栓锁紧机构以及用于驱动所述螺栓锁紧机构竖向运动的螺栓锁紧驱动机构，其中，所述螺栓锁紧机构包括套筒以及用于驱动所述套筒旋转的旋转驱动机构；所述套筒内设置有与所述爆炸螺栓中的螺母配合的锁紧孔，所述锁紧孔自所述套筒的上端沿着该套筒的轴线方向向下延伸。
7.根据权利要求1所述的隧道施工机器人，其特征在于，所述作业位置切换模块包括用于驱动所述施工模块做竖向运动的竖向切换机构、用于驱动所述施工模块做纵向运动的纵向切换机构以及用于驱动所述施工模块做横向运动的横向切换机构，其中，
所述竖向切换机构包括竖向安装座、用于驱动所述竖向安装座做竖向运动的竖向气缸以及用于对竖向安装座的竖向运动进行竖向导向的竖向导向机构，其中，所述竖向导向机构为多组，多组竖向导向机构位于所述竖向安装座的四周，且每组竖向导向机构均由导柱和导套构成，其中，所述导套安装在所述工作台上，所述导柱安装在所述竖向安装座上；所述竖向气缸安装在所述工作台上，且该竖向气缸的伸缩杆与所述竖向安装座连接；
所述纵向切换机构包括纵向安装座、用于驱动所述纵向安装座做纵向运动的纵向气缸以及用于对纵向安装座的纵向运动进行导向的纵向导向机构，其中，所述纵向导向机构为多组，多组纵向导向机构位于所述纵向安装座的两侧，且每组纵向导向机构均由滑轨和滑块构成，其中，所述滑轨安装在所述竖向安装座上，所述滑块安装在所述纵向安装座上；所述纵向气缸安装在所述竖向安装座上，且该纵向气缸的伸缩杆与所述纵向安装座连接；
所述横向切换机构包括设置在所述纵向安装座上的用于驱动所述安装板做横向运动的横向气缸以及用于对所述安装板的横向运动进行导向的横向导向机构，其中，所述横向气缸的伸缩杆与所述安装板连接；所述横向导向机构为多组，每组横向导向机构均由导向块和导轨构成，其中，所述导轨安装在所述纵向安装座上，所述导向块安装在所述安装板上。
8.根据权利要求7所述的隧道施工机器人，其特征在于，所述施工装置还包括用于调节所述施工模块的施工姿态的姿态调节模块，所述姿态调节模块包括转角安装座以及用于驱动所述转角安装座转动的转角驱动机构，其中，所述转角安装座位于所述安装板和所述纵向安装座之间，该转角安装座通过转动轴转动连接在所述纵向安装座上，且该转角安装座与所述纵向安装座之间设置多组连杆，每组连杆的两端分别转动连接在所述转角安装座和所述纵向安装座上；所述横向气缸和所述导向块均安装在所述转角安装座上；所述转角驱动机构包括安装在所述转角安装座上的弧形齿条、与所述弧形齿条配合的齿轮以及用于驱动所述齿轮转动的调节驱动机构，其中，所述齿轮转动连接在所述纵向安装座上；所述调节驱动机构驱动所述齿轮转动来带动转角安装座在竖直方向上转动，以实现对竖向角度进行调节。
9.根据权利要求7所述的隧道施工机器人，其特征在于，所述悬挂件输送机构包括设置在所述机台上的输送架以及设置在输送架上的输送导轨，其中，所述输送导轨为两根，两根输送导轨平行设置在所述输送架的两侧，且均倾斜向下设置，倾斜方向均朝向所述悬挂件转移机构；所述悬挂件的两端分别位于两根输送导轨内；所述悬挂件输送机构还包括设置在所述输送架上的限位机构，所述限位机构位于所述输送导轨的末端，当所述悬挂件转移机构在转移悬挂件的过程中，所述限位机构用于限制输送导轨末端的悬挂件运动。
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