CN114750303B - 一种城市轨道交通工程施工用钻孔系统及钻孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种城市轨道交通工程用钻孔系统及钻孔方法，钻孔系统包括执行单元、六自由度机器人单元、吸尘单元、行走单元、液压单元、控制单元、动力单元。行走单元将钻孔系统整体沿轨道移动到指定钻孔位置，六自由度机器人单元将执行单元移动精确钻孔位置，执行单元执行钻孔任务；动力单元为钻孔系统提供动力，吸尘单元吸取钻孔过程中产生的固体颗粒物，液压单元用于传递动力，控制单元用于控制钻孔系统各项功能的实现。本发明利用双钻头形式的自动化机械设备取代人工钻孔，提高了施工效率，提升了项目工程整体施工质量，节约了项目成本，同时还解决了传统施工方法带来的安全隐患问题。

Description

一种城市轨道交通工程施工用钻孔系统及钻孔方法

技术领域

本发明属于钻进系统设计技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通工程用钻孔系统及钻孔方法。

背景技术

在城市轨道交通工程的施工过程中，需要安装隧道接触网、侧壁电缆、管道以及紧急疏散平台等结构，而安装上述这些结构时首先就需要在管片上钻大量的安装孔。传统的钻孔工作多是利用一些工装设备代替人工作业，自动化程度以及智能化程度均不高。

专利文献（CN 209277808 U）公开了一种隧道自动钻孔机，其主油缸绕横轴转过的角度为240°，钻孔机的电钻安装架与主油缸安装座采用液压缸和铰链连接，钻孔角度调整程度有限，不能保证钻头始终与隧道壁面垂直，另外，该钻孔机不能实现多个钻头同时钻孔，施工效率较低，也无法实现自动姿态调整、自动探测钢筋、钻孔深度实时监测、自动报警提醒等功能，智能化程度较低，使得钻孔质量不能得到保证。专利文献（CN 106194020 B）公开了一种地铁隧道悬挂自动打孔台车，该打孔设备无法解决钻孔过程中遇到钢筋进行避让的问题，造成钻头报废率高，而且该打孔设备没有吸尘功能，钻孔过程中尘土飞扬，不仅会污染环境而且会伤害人体健康。

针对上述问题，本发明设计了一种更加智能化的双钻头钻孔系统，集成了包括行走子单元、六自由度机器人子单元、执行子单元、液压子单元、吸尘子单元、动力子单元的自动化控制功能单元，能够实现灵活、高效、安全地钻孔作业，有效保证了钻孔质量，且智能化程度高。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种城市轨道交通工程用钻孔系统及钻孔方法，利用自动化机械设备取代人工钻孔，有效提高了施工效率和施工质量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种城市轨道交通工程用钻孔系统，包括执行单元、六自由度机器人单元、吸尘单元、行走单元、液压单元、控制单元以及动力单元，六自由度机器人单元用于将执行单元移动到指定钻孔位置，执行单元用于执行钻孔任务，吸尘单元用于吸取钻孔过程中产生的固体颗粒物，行走单元用于带动钻孔系统整体沿轨道运动到指定位置，液压单元用于传递动力，控制单元用于控制钻孔系统执行各项操作，动力单元用于为钻孔系统提供电能。

进一步地，所述执行单元包括安装在六自由度机器人单元末端的执行框架，执行框架两侧安装有摄像头，执行框架中安装有两组导向杆，导向杆上滑动安装有钻孔支架I，钻孔支架I与执行框架之间铰接有钻孔油缸，钻孔支架I中安装有钻头G；导向杆上还固定安装有钻孔支架J，钻孔支架J中安装有钻头H。

进一步地，所述钻孔支架I包括滑动安装在两组导向杆上的两个导向块，导向块之间转动安装有转轴，转轴中部固定安装有支架体K，钻孔油缸的伸缩端与支架体K顶部的支座铰接；钻孔支架J包括支架体L以及两个固定块，固定块固定安装在导向杆上，支架体L固定安装在固定块之间；支架体K和支架体L中均安装有钢筋探测模块。

进一步地，所述执行单元还包括四个液压顶头，液压顶头对称布置在靠近执行框架四个拐角的位置处，液压顶头包括顶头液压缸，顶头液压缸一端与执行框架铰接，另一端连接有用于支撑的顶头；执行框架两侧还安装有照明灯。

进一步地，所述六自由度机器人单元包括安装在行走单元的车架上的基座，基座通过第一关节与连杆A连接，连杆A通过第二关节与连杆B连接，且第二关节与连杆A以及连杆B的连接方式均为铰接，连杆A与连杆B之间还安装有顶升液压缸；连杆B通过第三关节与连杆C连接，连杆C通过第四关节与连杆D连接，连杆D通过第五关节与连杆E连接，连杆E通过第六关节与连杆F连接；第一关节、第三关节、第四关节、第五关节以及第六关节均由对应电机驱动。

进一步地，所述液压单元包括安装在行走单元的车架上的油箱，油箱上安装电机泵组，电机泵组的高压出口到各液压执行元件之间通过液压管路依次连接有切断阀、高压过滤器、蓄能器，蓄能器的阀块上安装有压力传感器；油箱的回油液压管路上安装有低压过滤器，油箱上预留有多个孔洞，孔洞处依次安装有温度传感器、液位继电器、空气滤清器；油箱侧面的车架上安装有换热器组件，且换热器组件通过液压管路与油箱连接。

进一步地，所述吸尘单元包括工业级吸尘器、吸尘口以及多根附属管道，工业级吸尘器安装在行走单元的车架上，两个吸尘口分别安装在支架体K和支架体L上；动力单元采用锂电池作为动力源，动力单元的外壳安装在行走单元的车架上。

进一步地，所述控制单元是基于PLC控制器的控制系统，通过运行在PLC上的专用控制软件实现控制功能，控制软件安装在一台工业级平板电脑上，平板电脑通过无线网络与钻孔系统整机相连；控制单元还包括视觉识别模块，视觉识别模块接收摄像头采集的图像数据，进行三维模型重建，控制单元根据三维模型数据以及操作人员输入的钻孔点位信息，识别出钻孔的点位，计算出各子单元内执行部件的运动数据，从而生成执行指令以控制各子单元内的执行部件运动；子单元包括行走子单元、六自由度机器人子单元、执行子单元、液压子单元、吸尘子单元、动力子单元。

进一步地，所述行走单元包括车架以及安装在车架上的灯具、车轮组件、抱轨装置车轮组件包括车轮和液压马达。

基于上述城市轨道交通工程用钻孔系统的钻孔方法，包括如下步骤：

操作人员将隧道的BIM模型、钻孔的位置、孔间距、钻孔的深度信息输入到控制单元中，控制单元通过控制液压单元的流量和压力来控制行走单元行走，钻孔系统整机移动到指定的工作位置；

照明灯以及摄像头打开，摄像头采集图像数据并传递给控制单元，控制单元根据接收到的图像数据以及操作人员输入的钻孔位置信息，进行计算分析处理，形成控制指令，之后按照既定的程序控制六自由度机器人单元内的顶升液压缸以及相应的电机工作，使得六自由度机器人单元按照规划好的路径将执行单元整体移动到指定位置，即带动执行单元钻孔支架J上的钻头H运动到指定的第二钻孔位置；再根据第二钻孔位置与其上方相邻的第一钻孔位置之间的位置关系，控制执行单元内钻孔油缸的伸缩量，从而调整钻头G至指定的第一钻孔位置处；

接着，钢筋探测模块启动，探测即将钻孔的位置是否有钢筋，探测出有钢筋时，将有钢筋的探测结果数据反馈给控制单元，控制单元发出警报，操作人员根据现场情况分析是否进行钢筋避让或在控制程序中预先设置是否避让，如要避让，输入避让距离，控制单元控制六自由度机器人单元按照程序将钻头G和钻头H移动到新的钻孔位置，然后重复探测是否有钢筋；

探测出没有钢筋时，将无钢筋的探测结果数据反馈给控制单元，控制单元控制执行单元中的顶头液压缸伸出，使得顶头与隧道墙面接触；顶头到位后，开始钻孔，钻头G和钻头H内置的位移传感器实时测量钻孔深度，达到设定要求的钻孔深度后，停止钻孔，钻头G和钻头H回到原位；在钻孔过程中，吸尘单元同步开启，吸收钻孔过程中产生的污染物，待钻头G和钻头H回到原位后吸尘单元停止工作。

本发明具有如下有益效果：

本发明通过自动化机械设备进行钻孔作业，且采用双钻头形式，能够同时进行两个孔位的钻孔操作，解决了传统人工钻孔带来的弊端，有助于提高施工效率，提升项目工程整体施工质量，节约了项目成本，经济效益好，同时还解决了传统施工方法带来的安全隐患问题。

附图说明

图1为本发明所述钻孔系统主视图；

图2为本发明所述钻孔系统俯视图；

图3为本发明所述钻孔系统左视图；

图4为本发明所述行走单元示意图；

图5为本发明所述六自由度机器人单元示意图；

图6为本发明所述执行单元主视图；

图7为图6中A-A向剖面图；

图8为本发明所述液压单元主视图；

图9为本发明所述液压单元俯视图。

图中：1-执行单元；11-液压顶头；12-钻孔支架J；121-固定块；122-支架体L；13-导向杆；14-钢筋探测模块；15-照明灯；16-摄像头；17-执行框架；18-钻孔支架I；181-导向块；182-转轴；183-支架体K；19-钻头G；111-钻孔油缸；112-钻头H；1101-顶头；1102-顶头液压缸；2-六自由度机器人单元；21-基座；22-连杆A；23-连杆B；24-连杆C；25-连杆D；26-连杆E；27-连杆F；28-顶升液压缸；3-吸尘单元；110-吸尘口；4-行走单元；41-灯具；42-车轮组件；43-抱轨装置；44-车架；5-液压单元；51-换热器组件；52-液压管路；53-低压过滤器；54-压力传感器；55-蓄能器；56-高压过滤器；57-切断阀；58-电机泵组；59-油箱；510-温度传感器；511-液位继电器；512-空气滤清器；6-控制单元；7-动力单元。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“安装”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；英文字母“A”、“B”、“C”、“D”、“E”、“F”、“G”、“H”、“I”、“J”、“K”、“L”等的使用均是为了便于区分各名称相同的部件，不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”的使用均是为了便于区分各名称相同的部件，不能理解为对本发明的限制；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至3所示，本发明所述的城市轨道交通工程用钻孔系统，包括执行单元1、六自由度机器人单元2、吸尘单元3、行走单元4、液压单元5、控制单元6以及动力单元7。执行单元1用于执行钻孔任务，六自由度机器人单元2用于将执行单元1移动到精确的钻孔位置，吸尘单元3用于吸取钻孔过程中产生的固体颗粒物，行走单元4用于带动钻孔系统整体沿轨道运动到指定位置，液压单元5用于传递动力，控制单元6用于控制钻孔系统执行各项操作，动力单元7用于为钻孔系统提供电能。

如图4所示，行走单元4包括车架44以及安装在车架上的灯具41、车轮组件42、抱轨装置43；车轮组件42包括车轮和液压马达，液压马达驱动车轮从而带动行走单元4运动，车轮组件42还集成有刹车和急停的功能；钻孔系统进行钻孔作业时，抱轨装置43内部机构的执行部件夹住轨道，使得行走单元4与轨道固定抱在一起，保证钻孔系统工作时的稳定性；灯具41用于给钻孔系统在较暗环境内作业提供照明。行走单元4整体具有移动快速和稳定性好的特点，且外观结构简单；行走单元4具有承载能力，能够承载整个钻孔系统的重量和钻孔时的作用力；钻孔系统整体可以在行走单元4的运载下到达城市轨道交通工程施工用钻孔系统需要到达的任何地方执行钻孔任务。

如图1、5所示，六自由度机器人单元2采用串联机构形式，具有结构紧凑、作业空间范围大、工作效率高等特点。六自由度机器人单元2包括基座21、连杆A22、连杆B23、连杆C24、连杆D25、连杆E26、连杆F27和顶升液压缸28。基座21通过螺栓安装在行走单元4的车架44上，基座21与连杆A22连接的部分称为第一关节，第一关节为转动副，基座21内安装有第一电机，第一电机与第一关节连接，驱动第一关节转动，从而带动连杆A22旋转。连杆A22与连杆B23连接的部分称为第二关节，第二关节为转动副，第二关节与连杆A22以及连杆B23的连接方式均为铰接；顶升液压缸28的固定端与连杆A22铰接，伸缩端与连杆B23铰接，顶升液压缸28的伸缩运动能够带动连杆B23运动。连杆B23与连杆C24连接的部分称为第三关节，第三关节为转动副，连杆B23外侧安装有第二电机，第二电机与第三关节连接，驱动第三关节转动，从而带动连杆C24转动。连杆C24与连杆D25连接的部分称位第四关节，第四关节为转动副，连杆C24内安装有第三电机，第三电机与第四关节连接，驱动第四关节转动，进而带动连杆D25转动。连杆D25与连杆E26连接的部分称为第五关节，第五关节为转动副，连杆D25外侧安装有第四电机，第四电机与第五关节连接，驱动第五关节转动，从而带动连杆E26转动。连杆E26与连杆F27的连接部分称为第六关节，第六关节为转动副，连杆D25内安装有第五电机，第五电机与第六关节连接，驱动第六关节转动，从而带动连杆F27转动。

如图1、6、7所示，执行单元1包括液压顶头11、钻孔支架J12、导向杆13、钢筋探测模块14、照明灯15、摄像头16、执行框架17、钻孔支架I18、钻头G19、钻孔油缸111、钻头H112。执行框架17通过螺栓安装在六自由度机器人单元2的连杆F27的末端，两组导向杆13均通过螺栓安装在执行框架17中。钻孔支架I18包括导向块181、转轴182、支架体K183，两个导向块181中部均设有导向孔，且两个导向块181分别滑动安装在两组导向杆13上；两个导向块181之间转动安装有转轴182，转轴182中部固定安装有支架体K183，转轴182能够带动支架体K183旋转。钻孔油缸111一端与执行框架17上的支座铰接，另一端与支架体K183顶部的支座铰接，本实施例中钻孔油缸111的数量为两个；当两个钻孔油缸111同时伸缩且伸缩量相同时，能够带动钻孔支架I18整体沿着导向杆13上下移动，当两个钻孔油缸111伸缩量不同时，能够带动支架体K183转动。钻孔支架J12包括固定块121和支架体L122，固定块121为管夹结构形式，两个固定块121均通过螺栓固定在导向杆13上，且两个固定块121均通过螺栓与支架体L122连接；钻孔支架J12是固定的，钻孔支架J12与执行框架17之间不能相对运动。钻头G19通过螺栓固定安装在支架体K183中，钻头H112通过螺栓固定安装在支架体L122中。

如图6、7所示，液压顶头11安装在执行框架17中，包括顶头1101和顶头液压缸1102，且四个液压顶头11分别对称布置在靠近执行框架17四个拐角的位置处；四个顶头液压缸1102一端均与执行框架17上的支座铰接，另一端均连接有顶头1101，用于在钻孔时实现支撑作用。照明灯15和摄像头16均通过螺栓安装在执行框架17上，其中，两个照明灯15分别位于执行框架17两侧外壁，两个摄像头16分别位于执行框架17两侧内壁。钢筋探测模块14共有两个，通过螺栓分别安装在支架体K183和支架体L122中。所述钻孔油缸111和顶头液压缸1102均采用数字液压缸，具有高频响、高精度、高一致性等优点。

如图2、8、9所示，吸尘单元3包括工业级吸尘器、吸尘口110以及若干附属管道；工业级吸尘器通过螺栓安装在行走单元4的车架44上，两个吸尘口110分别通过螺栓安装在支架体K183和支架体L122上，用于收集钻孔过程中产生的固体颗粒物。实际使用中，工业吸尘器通过风机等设备将桶身内部抽成真空，使得内部负压快速升高，高负压使空气迅速通过吸尘口流入桶身内部，流动的空气携带需要收集和处理的固体颗粒物进入桶身，过滤袋与吸尘口110相接，固体颗粒物被附着于滤袋的内表面，初过滤的空气通过过滤袋的缝隙，再经滤芯的二次过滤，可使空气达到排放的标准，过滤后的空气通过排风口进入排风道，最终排回外部环境中。

如图2、8、9所示，液压单元5包括换热器组件51、液压管路52、低压过滤器53、压力传感器54、蓄能器55、高压过滤器56、切断阀57、电机泵组58、油箱59、液压油、温度传感器510、液位继电器511、空气滤清器512。液压管路52采用无焊接管道，液压管路52之间通过螺栓和接头连接；油箱59安装在行走单元4的车架44上，电机泵组58通过螺栓安装在油箱59上，电机泵组58的高压出口到各液压执行元件之间通过液压管路52依次连接有切断阀57、高压过滤器56、蓄能器55；压力传感器54安装在蓄能器55的阀块上，低压过滤器53安装在回油液压管路上。油箱59上预留有多个孔洞，孔洞处通过螺栓依次安装有温度传感器510、液位继电器511、空气滤清器512；换热器组件51通过螺栓安装在油箱59侧面的车架44上，并且通过液压管路52与油箱59连接；油箱59内的液压油为液压工作介质。

切断阀57用于控制输出的液压油的通断，蓄能器55用于稳定输出的液压油的压力，高压过滤器56、低压过滤器53均用于过滤液压油，压力传感器54、温度传感器510分别用于测量液压油的压力和温度，液位继电器511用于测量油箱59中液压油的液位，油箱59用于存储液压油，空气滤清器512用于过滤空气中的杂质，换热器组件51用于冷却液压油。

如图2所示，动力单元7的外壳通过螺栓安装在行走单元4的车架44上，主要由电池组成，且采用锂电池作为动力源。控制单元6是基于PLC控制器的控制系统，通过运行在PLC上的专用控制软件实现控制功能，具体地，控制软件安装在控制单元6的一台工业级平板电脑上，平板电脑通过无线网络与钻孔系统整机相连，操作人员通过操作电脑来实现对钻孔系统整机的控制；控制单元6还包括视觉识别模块，控制单元6接收执行单元1上的摄像头16采集的图像数据后，交由视觉识别模块通过分析图像数据进行三维模型重建，控制单元6根据三维模型数据以及操作人员输入的钻孔点位等信息，识别出钻孔的点位，计算出各个执行部件的运动数据，从而生成执行指令以控制各执行部件运动。

控制单元6包含有多个子单元，分别为行走子单元、六自由度机器人子单元、执行子单元、液压子单元、吸尘子单元、动力子单元。

行走子单元调控行走单元4的速度和方向，通过控制进入液压马达液压油的流量和压力的大小控制行走单元4车速，通过控制液压马达的正反转来实现对行走单元4的前进和后退动作的控制。

六自由度机器人子单元包含了基于六自由度机器人运动学和动力学的控制器，通过控制顶升液压缸28的伸缩和相应电机的转动，达到间接控制执行单元1做六自由度运动的目的，使得执行单元1上的钻头H112运动到精确的施工位置。

执行子单元通过控制钻孔油缸111的伸缩，实现对安装在钻孔支架I18上的钻头G19的方位调整，通过控制钻头G19和钻头H112的伸出来实现钻孔功能，通过钻头内置的位移传感器实时监测钻孔深度，通过控制顶头液压缸1102的伸缩来带动顶头1101运动，支撑在墙壁上，保证钻孔系统整体稳定，通过控制照明灯15和摄像头16电路的通断来控制照明灯15和摄像头16的开启和关闭。

液压子单元通过控制液压单元5的流量和压力来实现对各液压执行元件执行动作的控制，同时实时监测液压油温度、压力、液位等信息，出现异常时及时进行报警提醒。

吸尘子单元通过控制吸尘单元3的电路来控制吸尘单元3的通断和吸尘功率。

动力子单元控制动力单元7的电流和电压，实时监控动力单元7的电流、电压、电量等信息，出现异常及时报警提醒。

利用本发明所述城市轨道交通工程用钻孔系统的钻孔方法，包括如下过程：

操作人员将隧道的BIM模型、钻孔的位置、孔间距、钻孔的深度等信息输入到控制单元6中，控制单元6通过控制液压单元5的流量和压力来控制行走单元4行走，使得钻孔系统整机移动到指定的工作位置，到达工作位置后，行走单元4的抱轨装置43夹住轨道。

执行单元1的照明灯15以及摄像头16打开，摄像头16采集图像数据并传递给控制单元6，控制单元6根据接收到的图像数据以及操作人员输入的钻孔位置信息，进行计算分析处理，形成控制指令，之后按照既定的程序控制六自由度机器人单元2内的顶升液压缸28以及相应的电机工作，使得六自由度机器人单元2按照规划好的路径将执行单元1整体移动到指定位置，即带动执行单元1钻孔支架J12上的钻头H112运动到指定的第二钻孔位置；再根据第二钻孔位置与其上方相邻的第一钻孔位置之间的位置关系，控制执行单元1内钻孔油缸111的伸缩量，从而调整钻头G19至指定的第一钻孔位置处，所述钻头G19和钻头H112始终保持与待钻孔处的墙面垂直。

接着，执行单元1中的钢筋探测模块14启动，探测即将钻孔的位置是否有钢筋，探测出有钢筋时，将有钢筋的探测结果数据反馈给控制单元6，控制单元6发出警报，操作人员根据现场情况分析是否进行钢筋避让或在控制程序中预先设置是否避让，如要避让，输入避让距离，控制单元6控制六自由度机器人单元2按照程序将钻头G19和钻头H112移动到新的钻孔位置，然后重复上述过程，继续探测是否有钢筋。

探测出没有钢筋时，将无钢筋的探测结果数据反馈给控制单元6，控制单元6控制执行单元1中的顶头液压缸1102伸出，使得顶头1101与隧道墙面接触；顶头1101到位后，开始钻孔工作，钻头G19和钻头H112伸出钻孔，内置的位移传感器实时测量钻孔深度，当达到设定要求的钻孔深度后，停止钻孔，钻头G19和钻头H112回到原位。在钻孔过程中，吸尘单元3同步开启，吸收钻孔过程中产生的粉尘等污染物，钻头G19和钻头H112回到原位后吸尘单元3停止工作。在钻孔过程中，通过控制液压缸1102保证顶头1101始终顶住隧道墙面，能够提高钻孔稳定性，减小因抖动而导致的钻孔尺寸误差。

在钻孔系统工作过程中，液压单元5的电机泵组58泵出高压液压油，高压液压油通过液压管路52到达各执行部件上的液压缸和液压马达，推动液压缸和液压马达做规定动作。

所述车轮组件42、抱轨装置43采用的是现有的装置结构，因此本发明不再对其具体结构进行赘述。所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种城市轨道交通工程用钻孔系统，其特征在于，包括执行单元(1)、六自由度机器人单元(2)、吸尘单元(3)、行走单元(4)、液压单元(5)、控制单元(6)以及动力单元(7)，六自由度机器人单元(2)用于将执行单元(1)移动到指定钻孔位置，执行单元(1)用于执行钻孔任务，吸尘单元(3)用于吸取钻孔过程中产生的固体颗粒物，行走单元(4)用于带动钻孔系统整体沿轨道运动到指定位置，液压单元(5)用于传递动力，控制单元(6)用于控制钻孔系统执行各项操作，动力单元(7)用于为钻孔系统提供电能；

所述执行单元(1)包括安装在六自由度机器人单元(2)末端的执行框架(17)，执行框架(17)两侧安装有摄像头(16)，执行框架(17)中安装有两组导向杆(13)，导向杆(13)上滑动安装有钻孔支架I(18)，钻孔支架I(18)与执行框架(17)之间铰接有钻孔油缸(111)，钻孔支架I(18)中安装有钻头G(19)；导向杆(13)上还固定安装有钻孔支架J(12)，钻孔支架J(12)中安装有钻头H(112)；

所述钻孔支架I(18)包括滑动安装在两组导向杆(13)上的两个导向块(181)，导向块(181)之间转动安装有转轴(182)，转轴(182)中部固定安装有支架体K(183)，钻孔油缸(111)的伸缩端与支架体K(183)顶部的支座铰接；钻孔支架J(12)包括支架体L(122)以及两个固定块(121)，固定块(121)固定安装在导向杆(13)上，支架体L(122)固定安装在固定块(121)之间；支架体K(183)和支架体L(122)中均安装有钢筋探测模块(14)；

所述执行单元(1)还包括四个液压顶头(11)，液压顶头(11)对称布置在靠近执行框架(17)四个拐角的位置处，液压顶头(11)包括顶头液压缸(1102)，顶头液压缸(1102)一端与执行框架(17)铰接，另一端连接有用于支撑的顶头(1101)；执行框架(17)两侧还安装有照明灯(15)；

控制单元(6)是基于PLC控制器的控制系统，通过运行在PLC上的专用控制软件实现控制功能，控制软件安装在一台工业级平板电脑上，平板电脑通过无线网络与钻孔系统整机相连；控制单元(6)还包括视觉识别模块，视觉识别模块接收摄像头(16)采集的图像数据，进行三维模型重建，控制单元(6)根据三维模型数据以及操作人员输入的钻孔点位信息，识别出钻孔的点位，计算出各子单元内执行部件的运动数据，从而生成执行指令以控制各子单元内的执行部件运动；子单元包括行走子单元、六自由度机器人子单元、执行子单元、液压子单元、吸尘子单元、动力子单元；

行走子单元调控行走单元(4)的速度和方向，通过控制进入液压马达液压油的流量和压力的大小控制行走单元(4)车速，通过控制液压马达的正反转来实现对行走单元(4)的前进和后退动作的控制；

六自由度机器人子单元包含了基于六自由度机器人运动学和动力学的控制器，控制执行单元(1)做六自由度运动，使得执行单元(1)上的钻头H(112)运动到精确的施工位置；

执行子单元通过控制钻孔油缸(111)的伸缩，实现对安装在钻孔支架I(18)上的钻头G(19)的方位调整，通过控制钻头G(19)和钻头H(112)的伸出来实现钻孔功能，通过钻头内置的位移传感器实时监测钻孔深度，通过控制顶头液压缸(1102)的伸缩来带动顶头(1101)运动，支撑在墙壁上，通过控制照明灯(15)和摄像头(16)电路的通断来控制照明灯(15)和摄像头(16)的开启和关闭；

液压子单元通过控制液压单元(5)的流量和压力来实现对各液压执行元件执行动作的控制，同时实时监测液压油温度、压力、液位信息，出现异常时及时进行报警提醒；

吸尘子单元通过控制吸尘单元(3)的电路来控制吸尘单元(3)的通断和吸尘功率；

动力子单元控制动力单元(7)的电流和电压，实时监控动力单元(7)的电流、电压、电量信息，出现异常及时报警提醒。

2.根据权利要求1所述的城市轨道交通工程用钻孔系统，其特征在于，所述六自由度机器人单元(2)包括安装在行走单元(4)的车架(44)上的基座(21)，基座(21)通过第一关节与连杆A(22)连接，连杆A(22)通过第二关节与连杆B(23)连接，且第二关节与连杆A(22)以及连杆B(23)的连接方式均为铰接，连杆A(22)与连杆B(23)之间还安装有顶升液压缸(28)；连杆B(23)通过第三关节与连杆C(24)连接，连杆C(24)通过第四关节与连杆D(25)连接，连杆D(25)通过第五关节与连杆E(26)连接，连杆E(26)通过第六关节与连杆F(27)连接；第一关节、第三关节、第四关节、第五关节以及第六关节均由对应电机驱动。

3.根据权利要求2所述的城市轨道交通工程用钻孔系统，其特征在于，所述液压单元(5)包括安装在行走单元(4)的车架(44)上的油箱(59)，油箱(59)上安装电机泵组(58)，电机泵组(58)的高压出口到各液压执行元件之间通过液压管路(52)依次连接有切断阀(57)、高压过滤器(56)、蓄能器(55)，蓄能器(55)的阀块上安装有压力传感器(54)；油箱(59)的回油液压管路上安装有低压过滤器(53)，油箱(59)上预留有多个孔洞，孔洞处依次安装有温度传感器(510)、液位继电器(511)、空气滤清器(512)；油箱(59)侧面的车架(44)上安装有换热器组件(51)，且换热器组件(51)通过液压管路(52)与油箱(59)连接。

4.根据权利要求3所述的城市轨道交通工程用钻孔系统，其特征在于，所述吸尘单元(3)包括工业级吸尘器、吸尘口(110)以及多根附属管道，工业级吸尘器安装在行走单元(4)的车架(44)上，两个吸尘口(110)分别安装在支架体K(183)和支架体L(122)上；动力单元(7)采用锂电池作为动力源，动力单元(7)的外壳安装在行走单元(4)的车架(44)上。

5.根据权利要求1所述的城市轨道交通工程用钻孔系统，其特征在于，所述行走单元(4)包括车架(44)以及安装在车架上的灯具(41)、车轮组件(42)、抱轨装置(43)；车轮组件(42)包括车轮和液压马达。

6.基于权利要求1所述的城市轨道交通工程用钻孔系统的钻孔方法，其特征在于，包括如下步骤：

操作人员将隧道的BIM模型、钻孔的位置、孔间距、钻孔的深度信息输入到控制单元(6)中，控制单元(6)通过控制液压单元(5)的流量和压力来控制行走单元(4)行走，钻孔系统整机移动到指定的工作位置；

照明灯(15)以及摄像头(16)打开，摄像头(16)采集图像数据并传递给控制单元(6)，控制单元(6)根据接收到的图像数据以及操作人员输入的钻孔位置信息，进行计算分析处理，形成控制指令，控制六自由度机器人单元(2)内的顶升液压缸(28)以及相应的电机工作，使得六自由度机器人单元(2)按照规划好的路径将执行单元(1)整体移动到指定位置，即带动执行单元(1)钻孔支架J(12)上的钻头H(112)运动到指定的第二钻孔位置；再根据第二钻孔位置与其上方相邻的第一钻孔位置之间的位置关系，控制执行单元(1)内钻孔油缸(111)的伸缩量，从而调整钻头G(19)至指定的第一钻孔位置处；

接着，钢筋探测模块(14)启动，探测即将钻孔的位置是否有钢筋，探测出有钢筋时，将有钢筋的探测结果数据反馈给控制单元(6)，控制单元(6)发出警报，操作人员根据现场情况分析是否进行钢筋避让，如要避让，输入避让距离，控制单元(6)控制六自由度机器人单元(2)按照程序将钻头G(19)和钻头H(112)移动到新的钻孔位置，然后重复探测是否有钢筋；

探测出没有钢筋时，将无钢筋的探测结果数据反馈给控制单元(6)，控制单元(6)控制执行单元(1)中的顶头液压缸(1102)伸出，使得顶头(1101)与隧道墙面接触；顶头(1101)到位后，开始钻孔，钻头G(19)和钻头H(112)内置的位移传感器实时测量钻孔深度，达到设定要求的钻孔深度后，停止钻孔，钻头G(19)和钻头H(112)回到原位；在钻孔过程中，吸尘单元(3)同步开启，吸收钻孔过程中产生的污染物，待钻头G(19)和钻头H(112)回到原位后吸尘单元(3)停止工作。

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