CN113802588A - 一种水下破土机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下破土机器人，包括：轨道，设于安装平台上；移动平台，可沿轨道运动；作业平台，通过起升机构与移动平台连接，作业平台上设有伸缩支撑腿和机械臂，机械臂设有作业部，伸缩支撑腿朝向作业平台两侧伸缩设置，在升降过程中，伸缩支撑腿收缩入作业平台内，在作业部作业过程中，伸缩支撑腿伸出与安装平台抵接，使得作业平台能够保持平稳。该水下破土机器人通过在作业平台上设置机械臂和伸缩支撑腿，能够使得伸缩支撑腿伸出顶住竖井的内壁，以保持作业平台的平衡，提供破土作业时所需的平衡力矩，作业平台下方的作业部在机械臂带动下，进行360度的破土作业，可以有效解决水下无法稳定定位和控制作业平台姿态的问题。

Description

一种水下破土机器人

技术领域

本发明涉及沉井施工技术领域，具体而言，涉及一种水下破土机器人。

背景技术

随着国内大跨径桥梁修建逐渐兴起，沉井基础在桥墩及锚碇基础上的应用日益增多。同时更大尺寸、更加复杂建设条件也给沉井施工带来巨大挑战。从近几年国内沉井施工案例来看，复杂地层条件下大尺寸沉井下沉效率低、安全风险高等已成为当前迫切需要解决的难题。现有技术典型的有使用履带小车加装铣刀头沉到井底作业，存在水下无法稳定定位和控制作业平台姿态等问题。

因此，提供一种能够稳定进行水下定位、便于控制作业平台姿态的水下破土机器人，成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下破土机器人，用以解决现有的水下破土设备无法稳定定位和控制作业平台姿态的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种水下破土机器人，包括：轨道，设于安装平台上；移动平台，设于轨道上，可沿轨道运动；作业平台，通过起升机构与移动平台连接，其中，起升机构设于移动平台上，用于操作作业平台在安装平台的高度方向上升降，作业平台上设有伸缩支撑腿和机械臂，机械臂设有作业部，作业部用于水下破土，伸缩支撑腿朝向作业平台两侧伸缩设置，在升降过程中，伸缩支撑腿收缩入作业平台内，在作业部作业过程中，伸缩支撑腿伸出与安装平台抵接，使得作业平台能够保持平稳。

根据本发明的另一具体实施方式，作业平台包括主框架，主框架上设有驱动部，伸缩支撑腿朝向安装平台设于主框架的两侧，能够在驱动部的驱动下伸缩。

根据本发明的另一具体实施方式，伸缩支撑腿包括伸缩框架，伸缩框架至少部分设于主框架内，伸缩框架的伸出端设有抵接部，抵接部能够在伸缩框架伸出后与安装平台的侧壁抵接。

根据本发明的另一具体实施方式，主框架朝向安装平台的侧面上还设有滚轮，滚轮能够在升降过程中防止主框架与安装平台的侧壁勾挂。

根据本发明的另一具体实施方式，机械臂设于主框架的下部，能够在作业平台平稳后在驱动部的驱动下运动，机械臂的上端与主框架通过竖直设置的转轴转动连接，能够绕转轴沿周向转动，机械臂的下端设有作业部。

根据本发明的另一具体实施方式，驱动部包括液压站系统，驱动部通过液压管路与油缸驱动伸缩支撑腿、机械臂以及作业部运动，作业部包括铣刀。

根据本发明的另一具体实施方式，起升机构包括起升绞车和设于起升绞车上的钢丝绳，钢丝绳的下端与作业平台连接，起升绞车能够通过钢丝绳带动作业平台升降。

根据本发明的另一具体实施方式，起升机构上设有转销机构，用于将作业平台锁定。

根据本发明的另一具体实施方式，移动平台还设有电缆卷筒，电缆卷筒上缠绕有用于为作业平台供电的随行电缆。

根据本发明的另一具体实施方式，移动平台上还设有电气房及控制室，用于操控移动平台、作业平台和起升机构的运动。

如上，本发明提供的一种水下破土机器人通过在作业平台上设置机械臂和伸缩支撑腿，能够使得伸缩支撑腿伸出顶住竖井的内壁，以保持作业平台的平衡稳定，提供破土作业时所需的平衡力矩，作业平台下方的作业部在机械臂带动下，进行360度的破土作业，可以有效解决水下无法稳定定位和控制作业平台姿态的问题。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例并结合附图详细说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明的一种水下破土机器人的应用结构示意图；

图2示意性示出了本发明的一种水下破土机器人处于收缩状态的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-2所示，本发明的实施例提供了一种水下破土机器人，包括：轨道14，设于安装平台00上；移动平台15，设于轨道14上，可沿轨道14运动；作业平台6，通过起升机构2与移动平台15连接，其中，起升机构2设于移动平台15上，用于操作作业平台6在安装平台00的高度方向(如图1中Z方向所示)上升降，作业平台6上设有伸缩支撑腿11和机械臂10，机械臂10设有作业部7，作业部7用于水下破土，伸缩支撑腿11朝向作业平台6两侧的安装平台伸缩设置，在升降过程中，伸缩支撑腿11收缩入作业平台6内，在作业部7作业过程中，伸缩支撑腿11伸出与安装平台抵接，使得作业平台6能够保持平稳。

也就是说，本实施例提供的水下破土机器人主要由轨道14、移动平台15、作业平台6、伸缩支撑腿11等组成，其中，轨道14铺设在安装平台00上，用于引导和支撑移动平台15的运动。具体的，在本实施例中，轨道14包括两条相互平行设置的工字形钢轨，采用工字形钢轨构成的轨道14比较稳定，使得该水下破土机器人在轨道14上移动时不会脱轨。

进一步地，在本实施例中，移动平台15设置在轨道14上，能够在轨道14的支撑和引导下运动，移动平台15上设有起升机构2、电缆卷筒16、电气房及控制室1，其中，电气房及控制室1用于操控移动平台15、作业平台6和起升机构2的运动，起升机构2用于操作作业平台6在安装平台的高度方向上升降，电缆卷筒16上缠绕有用于为作业平台6供电的随行电缆。通过将各部件设置在移动平台15上，能够使得在作业过程中保持设备协调的进行工作，在一处施工完成后，能够通过移动平台15带动整个设备在轨道上移动，使用起来更方便，更加高效快捷，不需要将整个设备拆卸后重新组装，能够节省大量的人力物理，也提升了作业效率。

进一步地，在本实施例中，作业平台6上设有伸缩支撑腿11和机械臂10，机械臂10设有作业部7，作业部7用于水下破土，伸缩支撑腿11朝向作业平台6两侧的安装平台伸缩设置，在升降过程中，伸缩支撑腿11收缩入作业平台6内，在作业部7作业过程中，伸缩支撑腿11伸出与安装平台抵接，使得作业平台6能够保持平稳。

也即，在作业部7作业时，机械臂10以及作业部7位于水下，作业平台6上的伸缩支撑腿11伸出顶住安装平台的内壁，以保持作业平台6的平衡，提供破土作业时所需的平衡力矩，作业平台6下方的作业部7在机械臂10带动下，进行破土作业，可以有效解决水下无法稳定定位和控制小车姿态，观测难度大等问题。

具体的，在本实施例中，安装平台00为桥梁的塔墩4，本水下破土机器人的作业水深超过70米，机械臂10的伸长长度可以达到8米，且机械臂10可以360度旋转，可实现360度全回转作业，最大作业半径8米。在作业时，机械臂10以及作业部7下放到塔墩4之间的竖井5中，作业平台6上两端的伸缩支撑腿11伸出顶住竖井5的内侧壁(也即，安装平台00的侧壁)，以保持作业平台6的平衡，提供破土作业时所需的平衡力矩，作业平台6下方的作业部7在机械臂10带动下，进行破土作业。在本实施例中，作业部7包括铣刀，铣刀安装在机械臂10下端，能够在机械臂10的带动下对水下石土进行破碎作业。为了能够适应不同的破土场景，在本实施例中，作业部7可根据不同作业需求进行更换，如可以更换不同类型的铣刀，也可以更换成钻头、夹持器等部件，只要能够进行破土作业即可。

进一步地，在本实施例中，作业平台6包括主框架60，主框架60上设有驱动部12，伸缩支撑腿11朝向安装平台设于主框架60的两侧，能够在驱动部12的驱动下伸缩。也就是说，作业平台6为框架结构，其主体为主框架60，伸缩支撑腿11设置在主框架的侧面，能够朝向主框架的四周伸缩。在本实施例中，伸缩支撑腿11的数量为四个，分别设置在主框架的四侧面上，能够从各个侧面与安装平台00的内壁抵接，使得整个主框架60保持在未定状态，能够实现稳定定位和控制机械臂的姿态，便于机械臂进行有效可靠的作业。

进一步地，在本实施例中，伸缩支撑腿11包括伸缩框架110，伸缩框架110至少部分设于主框架60内，伸缩框架110的伸出端设有抵接部111，抵接部111能够在伸缩框架110伸出后与安装平台00的侧壁抵接。也就是说，伸缩支撑腿11也为框架结构，其主体为伸缩框架110，伸缩框架110设置在主框架60内，能够从主框架60中伸出，伸缩框架110的外端设有抵接部111，也即，伸缩框架110的伸出端设有抵接部111，抵接部111与伸缩框架110的伸出端铰接，能够在一定的范围内转动，便于调节抵接部111的状态，能够使得抵接部111更加紧密可靠的与安装平台00的侧壁抵接，进而保证整个作业平台6的稳定性。

另外，由于安装平台00在高度方向上的尺寸会发生变化，为了保证在升降过程中作业平台6不会与安装平台00的侧壁碰撞，参见图1所示，在本实施例中，主框架60朝向安装平台00的侧面上还设有滚轮61，滚轮61能够在升降过程中防止主框架60与安装平台00的侧壁勾挂。具体的，主框架60的四个侧面上均设有滚轮61，每一侧主框架60的上边缘和下边缘也均设有滚轮61，也即，在主框架60的四个侧面上共计设有八个滚轮61。在作业平台6升降过程中，主框架60上的滚轮61能够与安装平台00较窄处的侧壁实现滚动接触，避免作业平台6的其他部分与安装平台00较窄处的侧壁碰撞和勾挂，确保整个设备的安全，使得整个作业平台6能够顺利的升降。

进一步地，在本实施例中，机械臂10设于主框架60的下部，能够在作业平台6平稳后在驱动部12的驱动下运动，机械臂10的上端与主框架60通过竖直设置的转轴100转动连接，能够绕转轴100沿周向转动。也即，通过设置转轴100能够实现机械臂10与主框架60之间的可转动连接，还能够使得机械臂10绕转轴100沿周向转动，进行360度旋转，可实现360度全回转作业，增大了机械臂10的作业范围。具体的，在本实施例中，驱动部12包括液压站系统，驱动部12通过液压管路与油缸驱动伸缩支撑腿11、机械臂10以及作业部7运动。使用液压站系统作为驱动部12不仅能够提供较大而且稳定的动力，还便于调控，操作方便。

进一步地，在本实施例中，起升机构2包括起升绞车和设于起升绞车上的钢丝绳，钢丝绳的下端与作业平台6连接，起升绞车能够通过钢丝绳带动作业平台6升降，其中，起升绞车性能稳定，提升能力强，能够保证该水下破土机器人稳定地升降。

另外，起升机构2上设有转销机构3，用于将作业平台6锁定，转销机构3可防止该水下破土机器人停机或运输时钢丝绳13突然断裂导致作业平台6发生坠毁的危险。需要说明的是，本实施例中对转销机构3的具体结构不做限定，只要其能够将作业平台6锁定，并能够进行解锁即可。

总的来说，本发明提供的水下破土机器人主要由轨道14、移动平台15、作业平台6、机械臂10以及作业部7等组成，作业水深超过70米，机械臂10可实现360度全回转作业，最大作业半径8米，作业时，机械臂10以及作业部7下放到水下，作业平台6上两端的伸缩支撑腿11伸出顶住安装平台00的侧壁，以保持作业平台6的平衡，提供破土时所需的平衡力矩，作业平台6下方的作业部7在机械臂10带动下，进行破土作业，可以有效解决水下无法稳定定位和控制小车姿态，观测难度大等问题。

使用时，当整套水下破土机器人吊装在轨道14上时，可以在轨道14小范围内行走移动，到达设定工作点时，起升机构2将作业平台6下降到安装平台00的竖井5底部位置，作业平台6上的伸缩支撑腿11伸出与安装平台00的侧壁抵接，撑住整个作业平台6后，机械臂10开始工作。

先用起重机把整套水下破土机器人吊放于安装平台00上部的轨道14上预先设定的工作位置，此时移动平台15和作业平台14通过转销机构3机械连接，接通电源后，移动平台15的电气房及控制室1通过控制台控制移动平台15上的起升机构2向上提升，使得钢丝绳13拉紧，此时方可将移动平台15两侧的转销机构3手动打开到解锁位置，然后起升机构2即可下放钢丝绳13，将作业平台14下放70m左右到竖井5底部工作位置时停下，接着作业平台14两侧的4个伸缩支撑腿11在配备的驱动部12的作用下向外伸出，伸缩支撑腿11前端覆盖有强化橡胶皮以增加其与安装平台00侧壁之间的摩擦力，提供较大的摩擦力以稳定住作业平台14，然后作业部7在机械臂10带动下，进行破土作业，将黏土层9上的需要铣削的黏土8铣削破除。

接下来，控制机械臂10从零位往下变幅到一定角度后伸出，使作业部7的铣刀头到达预设破土的起始位置，接着，控制台根据预先获得的竖井5内的预设尺寸，控制作业部7的铣刀头在不干涉工作井5内钢制结构的前提下，根据预设轨迹进行铣削破土，这一过程通过手动或者半自动方式进行控制。在一个工位完成后，机械臂10收回到零位，根据控制指令旋转一定角度后，再进行重复的铣削作业，直到完成360度的黏土8破除工作。作业时，使用的两台套水下破土机器人需要在安装平台00的对称井位，以利塔墩4依靠自身重力自然沉降，同时保证施工的安全，保证塔墩4的受力均衡。

如上，应用于本发明的技术方案，本发明提供的一种水下破土机器人通过在作业平台上设置机械臂和伸缩支撑腿，能够使得伸缩支撑腿伸出顶住竖井的内壁，以保持作业平台的平衡，提供破土作业时所需的平衡力矩，作业平台下方的作业部在机械臂带动下，进行360度的破土作业，可以有效解决水下无法稳定定位和控制作业平台姿态的问题。

综上所述，本发明提供的上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种水下破土机器人，其特征在于，包括：

轨道，设于安装平台上；

移动平台，设于所述轨道上，可沿所述轨道运动；

作业平台，通过起升机构与所述移动平台连接，其中，

所述起升机构设于所述移动平台上，用于操作所述作业平台在所述安装平台的高度方向上升降，

所述作业平台上设有伸缩支撑腿和机械臂，所述机械臂设有作业部，所述作业部用于水下破土，所述伸缩支撑腿朝向所述作业平台侧面伸缩设置，在升降过程中，所述伸缩支撑腿收缩入所述作业平台内，在所述作业部作业过程中，所述伸缩支撑腿伸出与所述安装平台抵接，使得所述作业平台能够保持平稳。

2.如权利要求1所述的水下破土机器人，其特征在于，所述作业平台包括主框架，所述主框架上设有驱动部，所述伸缩支撑腿朝向所述安装平台设于所述主框架的两侧，能够在所述驱动部的驱动下伸缩。

3.如权利要求2所述的水下破土机器人，其特征在于，所述伸缩支撑腿包括伸缩框架，所述伸缩框架至少部分设于所述主框架内，所述伸缩框架的伸出端设有抵接部，所述抵接部能够在所述伸缩框架伸出后与所述安装平台的侧壁抵接。

4.如权利要求2所述的水下破土机器人，其特征在于，所述主框架朝向所述安装平台的侧面上还设有滚轮，所述滚轮能够在升降过程中防止所述主框架与所述安装平台的侧壁勾挂。

5.如权利要求2所述的水下破土机器人，其特征在于，所述机械臂设于所述主框架的下部，能够在所述作业平台平稳后在所述驱动部的驱动下运动，所述机械臂的上端与所述主框架通过竖直设置的转轴转动连接，能够绕所述转轴沿周向转动，所述机械臂的下端设有所述作业部。

6.如权利要求2所述的水下破土机器人，其特征在于，所述驱动部包括液压站系统，所述驱动部通过液压管路与油缸驱动所述伸缩支撑腿、所述机械臂以及所述作业部运动，所述作业部包括铣刀。

7.如权利要求1所述的水下破土机器人，其特征在于，所述起升机构包括起升绞车和设于所述起升绞车上的钢丝绳，所述钢丝绳的下端与所述作业平台连接，所述起升绞车能够通过所述钢丝绳带动所述作业平台升降。

8.如权利要求7所述的水下破土机器人，其特征在于，所述起升机构上设有转销机构，用于将所述作业平台锁定。

9.如权利要求1所述的水下破土机器人，其特征在于，所述移动平台还设有电缆卷筒，所述电缆卷筒上缠绕有用于为所述作业平台供电的随行电缆。

10.如权利要求1所述的水下破土机器人，其特征在于，所述移动平台上还设有电气房及控制室，用于操控所述移动平台、所述作业平台和所述起升机构的运动。

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