CN115059392B - 一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人及施工方法，包括钢筋探测装置、钻孔装置、灌锚装置和两个主体端座，两个主体端座之间连接有中心主轴，主体端座上分布安装有三个带有行走轮、行走电机的隧道支臂件，钢筋探测装置、钻孔装置、灌锚装置依次转动安装于中心主轴上，中心主轴上设有驱动装置A、驱动装置B、驱动装置C；钢筋探测装置端部具有钢筋探测头和扫描摄像机，钻孔装置端部具有钻孔机，灌锚装置端部具有灌锚机。本发明通过行走电机在隧道内部直线行走，通过钢筋探测装置实现隧道内壁摄像扫描及钢筋金属探测；能够实现隧道内壁固定位的机械化、标准化、流水线化的钢筋探测、钻孔、灌锚作业，提高了施工质量及施工效率。

Description

一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人及施工方法
技术领域
本发明涉及隧道内设备或管线布设施工领域，尤其涉及一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人及施工方法。
背景技术
隧道内顶部一般会安装风机、信号灯、照明灯、摄像机、通信设备等，隧道中部一般会安装指示灯、灯箱等，隧道底部会安装消防栓箱、配电箱等；在隧道中会布设电缆、电源线、信号线等，这些线一般通过线管定位布设，上述设备与线管都是螺钉固定或通过线管夹固定于隧道内侧，于是在隧道内壁会形成各个固定位，往往是在固定位上打孔安装内螺纹铆柱并通过螺钉进行定位固定。由于隧道支护结构中布设有钢筋，在打孔、锚入内螺纹铆柱时需要避开钢筋(否则会损害打孔设备，甚至影响隧道支护结构性能，或者打出的孔固定性能不好)，现有技术中，一般是逐个设备进行打孔及锚入内螺纹铆柱，打孔一般是凭借经验来避开钢筋，打孔及锚入内螺纹铆柱效率较低，需要较强的人工经验。在布设管线时，一般线管夹安装于固定位后可以微调，但也需要线管夹的固定位具有较好的直线度，否则会造成线管无法安装而必须重新打孔及锚入内螺纹铆柱，同样也需要工人具有丰富经验来避开钢筋。传统技术，一般需要多人多工序来实现固定位的施工作业，在隧道顶部、中部施工存在安全隐患，工人劳动强度较大，导致施工质量、施工效率普遍不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有固定位施工质量、效率低的技术问题，提供一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，通过行走电机在隧道内部直线行走，驱动装置A驱动钢筋探测装置旋转运动并实现隧道内壁每一步距离L1非站台及铁轨区域的圆周方向摄像扫描及钢筋金属探测；在每一距离L1中，驱动装置B驱动钻孔装置旋转运动并按照固定位进行钻孔作业，驱动装置C驱动灌锚装置旋转运动并按照固定位进行灌锚作业，能够实现隧道内壁固定位的机械化、标准化、流水线化的钢筋探测、钻孔、灌锚作业，提高了施工质量及施工效率。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，包括钢筋探测装置、钻孔装置、灌锚装置和两个主体端座，两个主体端座之间连接有中心主轴，所述主体端座上分布安装有三个隧道支臂件，所述隧道支臂件端部安装有行走轮和驱动行走轮转动的行走电机；所述钢筋探测装置、钻孔装置、灌锚装置依次转动安装于中心主轴上，中心主轴上设有用于驱动钢筋探测装置转动的驱动装置A，中心主轴上设有用于驱动钻孔装置转动的驱动装置B，中心主轴上设有用于驱动灌锚装置转动的驱动装置C；所述钢筋探测装置端部具有钢筋探测头和扫描摄像机，所述钻孔装置端部具有钻孔机，所述灌锚装置端部具有灌锚机。
为了更好地实现本发明，本发明还包括施工控制系统，所述施工控制系统包括隧道扫描控制模块、隧道三维模型重建模块和内螺纹铆柱施工控制模块，隧道扫描控制模块与行走电机、驱动装置A、钢筋探测装置连接并实现隧道内壁数据扫描及钢筋金属位置探测得到隧道内壁数据，隧道内壁数据包含钢筋金属位置数据，所述隧道三维模型重建模块根据隧道内壁数据构建出位于隧道三维坐标系中的隧道三维模型；所述内螺纹铆柱施工控制模块分别与行走电机、驱动装置B、钻孔装置、驱动装置C、灌锚装置连接。
进一步优选的技术方案是：所述中心主轴上依次间隔安装有相互平行的轴承A、轴承B和轴承C，轴承A上固定安装有驱动齿轮A，所述驱动装置A为驱动电机A，驱动电机A固定于中心主轴上，驱动电机A具有与驱动齿轮A第一半部啮合的动力齿轮A，所述钢筋探测装置包括伸缩动力机构A、齿轮转盘A、钢筋探测头，齿轮转盘A固定于伸缩动力机构A底部，钢筋探测头设于伸缩动力机构A顶部，齿轮转盘A套装设于驱动齿轮A外部，齿轮转盘A内部设有与驱动齿轮A第二半部啮合的内齿轮A。
更进一步优选的技术方案是：所述钢筋探测装置的伸缩动力机构A为液压伸缩装置，所述伸缩动力机构A包括液压气缸A和伸缩配合安装于液压气缸A中的伸缩杆A，所述钢筋探测头固定于伸缩杆A端部，所述钢筋探测头端面转动安装有若干个滚轮，所述扫描摄像机固定于钢筋探测头侧部，所述钢筋探测装置的液压气缸A、钢筋探测头、扫描摄像机分别与隧道扫描控制模块连接；所述中心主轴上靠近轴承A设有电机台阶A，所述驱动电机A配合安装于电机台阶A上，所述齿轮转盘A上开有限位凹槽A，所述液压气缸A底部配合固定安装于限位凹槽A中。
优选地，所述轴承B上固定安装有驱动齿轮B，所述驱动装置B为驱动电机B，驱动电机B固定于中心主轴上，驱动电机B具有与驱动齿轮B第一半部啮合的动力齿轮B，所述钻孔装置包括伸缩动力机构B、齿轮转盘B、钻孔机，齿轮转盘B固定于伸缩动力机构B底部，钻孔机设于伸缩动力机构B顶部，齿轮转盘B套装设于驱动齿轮B外部，齿轮转盘B内部设有与驱动齿轮B第二半部啮合的内齿轮B。
优选地，所述钻孔装置的伸缩动力机构B为液压伸缩装置，所述伸缩动力机构B包括液压气缸B和伸缩配合安装于液压气缸B中的伸缩杆B，所述钻孔机固定于伸缩杆B端部，所述钻孔装置的液压气缸B、钻孔机分别与内螺纹铆柱施工控制模块连接；所述中心主轴上靠近轴承B设有电机台阶B，所述驱动电机B配合安装于电机台阶B上，所述齿轮转盘B上开有限位凹槽B，所述液压气缸B底部配合固定安装于限位凹槽B中。
优选地，所述轴承C上固定安装有驱动齿轮C，所述驱动装置C为驱动电机C，驱动电机C固定于中心主轴上，驱动电机C具有与驱动齿轮C第一半部啮合的动力齿轮C，所述灌锚装置包括伸缩动力机构C、齿轮转盘C、灌锚机，齿轮转盘C固定于伸缩动力机构C底部，灌锚机设于伸缩动力机构C顶部，齿轮转盘C套装设于驱动齿轮C外部，齿轮转盘C内部设有与驱动齿轮C第二半部啮合的内齿轮C。
优选地，所述灌锚装置的伸缩动力机构C为液压伸缩装置，所述伸缩动力机构C包括液压气缸C和伸缩配合安装于液压气缸C中的伸缩杆C，所述灌锚机固定于伸缩杆C端部，所述灌锚装置的液压气缸C、灌锚机分别与内螺纹铆柱施工控制模块连接；所述中心主轴上靠近轴承C设有电机台阶C，所述驱动电机C配合安装于电机台阶C上，所述齿轮转盘C上开有限位凹槽C，所述液压气缸C底部配合固定安装于限位凹槽C中。
优选地，所述隧道支臂件依次包括第一支臂、第二支臂、第三支臂和行走滑轮座，第一支臂第一端通过可旋转锁止关节A连接于主体端座的支臂安装凹槽中，第二支臂第一端与第一支臂第二端通过可旋转锁止关节B连接，第三支臂第一端与第二支臂第二端通过可旋转锁止关节C连接，所述行走滑轮座通过可旋转锁止关节D连接于第三支臂第二端，所述行走电机、行走轮安装于行走滑轮座上。
一种利用隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人的施工方法，其方法如下：
A、将本发明隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人悬空布设于隧道内侧并设定为初始位置，三个隧道支臂件的行走轮均与隧道内侧运动接触；
B、隧道内壁扫描及钢筋金属同步探测：施工控制系统的隧道扫描控制模块控制行走电机工作并驱动行走轮行走距离L1，距离L1为扫描摄像机、钢筋探测头相互重叠探测横向距离，隧道扫描控制模块通过驱动装置A驱动钢筋探测装置沿隧道内侧圆周方向同步扫描摄像及钢筋金属探测并得到隧道内壁数据，钢筋探测装置转动角度为A，隧道内壁数据包含钢筋金属位置数据；隧道扫描控制模块通过行走电机驱动行走轮按照距离L1为步长实现隧道内壁长度方向的扫描摄像及钢筋金属探测，得到隧道内壁数据包；
C、隧道三维模型重建模块根据隧道内壁数据包构建出位于隧道三维坐标系中的隧道三维模型，隧道三维坐标系以隧道内壁数据包中初始位置隧道内壁数据中心作为坐标原点；在隧道三维模型上输入设定固定位数据并得到固定位的三维坐标数据；
D、施工控制系统控制隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人运动回到初始位置，施工控制系统控制行走电机按照距离L1进行行走运动，内螺纹铆柱施工控制模块通过驱动装置B驱动钻孔装置沿隧道内侧圆周方向按照固定位的三维坐标数据进行依次钻孔作业；内螺纹铆柱施工控制模块通过驱动装置C驱动灌锚装置沿隧道内侧圆周方向按照固定位的三维坐标数据进行内螺纹铆柱灌锚作业；施工控制系统通过行走电机驱动行走轮按照距离L1为步长实现隧道内壁长度方向上的钻孔、灌锚作业。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明施工机器人通过行走电机在隧道内部直线行走，驱动装置A驱动钢筋探测装置旋转运动并实现隧道内壁每一步距离L1非站台及铁轨区域的圆周方向摄像扫描及钢筋金属探测；在每一距离L1中，驱动装置B驱动钻孔装置旋转运动并按照固定位进行钻孔作业，驱动装置C驱动灌锚装置旋转运动并按照固定位进行灌锚作业，能够实现隧道内壁固定位的机械化、标准化、流水线化的钢筋探测、钻孔、灌锚作业，提高了施工质量及施工效率。
(2)本发明距离L1为扫描摄像机、钢筋探测头相互重叠探测横向距离，钢筋探测装置旋转运动角度A后即可实现隧道内侧圆周方向同步扫描摄像及钢筋金属探测并得到隧道内壁数据，行走电机驱动行走轮按照距离L1依次行走并能得到隧道内壁数据包，隧道三维模型重建模块根据隧道内壁数据包构建出带隧道三维坐标系中的隧道三维模型，在隧道三维模型设定固定位后即可得到固定位的三维坐标数据，能够实现后续钻孔与灌锚按固定位进行施工作业。
附图说明
图1为本发明内螺纹铆柱施工机器人组合后的结构示意图；
图2为图1侧视方向的结构示意图；
图3为本发明内螺纹铆柱施工机器人的装配示意图；
图4为本发明施工控制系统的原理结构框图；
图5为本发明内螺纹铆柱施工机器人的使用状态示意图；
图6为图5主视方向的结构示意图；
图7为实施例中一种内螺纹铆柱施工机器人的结构示意图；
图8为实施例中内螺纹铆柱施工机器人收纳折叠后的结构示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－主体端座,2－隧道支臂件，21－第一支臂,210－可旋转锁止关节A，211－可旋转锁止关节B,22－第二支臂,221－可旋.转锁止关节C,23－第三支臂，231－可旋转锁止关节D,24－行走滑轮座,241－行走轮,3－中心主轴，31－轴承A,32－轴承B,33－轴承C,4－钢筋探测装置，41－齿轮转盘A,411－内齿轮A,42－驱动齿轮A,43－液压气缸A,44－伸缩杆A,45－钢筋探测头,451－滚轮，46－扫描摄像机,5－驱动电机A,6－钻孔装置,61－齿轮转盘B,611－内齿轮B，62－驱动齿轮B,63－液压气缸B,64－伸缩杆B,65－钻孔机,7－驱动电机B,8－灌锚装置,81－齿轮转盘C,811－内齿轮C,82－驱动齿轮C,83－液压气缸C,84－伸缩杆C,85－灌锚机,9－驱动电机C,10－支臂安装凹槽，11－隧道，12－站台及铁轨区域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例
如图1～图6所示，一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，包括钢筋探测装置4、钻孔装置6、灌锚装置8和两个主体端座1，两个主体端座1之间连接有中心主轴3，主体端座1上分布安装有三个隧道支臂件2，隧道支臂件2端部安装有行走轮241和驱动行走轮241转动的行走电机，在使用时，如图5所示，本发明隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人安装于隧道11内部，三个隧道支臂件2均匀分布设置(如图5所示，相邻两个隧道支臂件2之间成120度)，行走电机驱动行走轮241转动并带动隧道支臂件2整体行走运动，三个隧道支臂件2同步行走从而使得隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人在隧道内部沿长度方向呈直线行走运动。钢筋探测装置4、钻孔装置6、灌锚装置8依次转动安装于中心主轴3上，中心主轴3上设有用于驱动钢筋探测装置4转动的驱动装置A，在一些实施例中，钢筋探测装置4直接采用成熟的金属探测器(能够实现混凝土内钢筋等金属的探测)。中心主轴3上设有用于驱动钻孔装置6转动的驱动装置B，钻孔装置6可以直接采用现有成熟的钻孔设备(即实现可攻钻的成熟钻孔设备)。中心主轴3上设有用于驱动灌锚装置8转动的驱动装置C，灌锚装置8可以采用成熟的自动冲压锚入内螺纹铆柱的铆钉枪。
钢筋探测装置4端部具有钢筋探测头45(钢筋探测头45为成熟金属探测器的主体部分)和扫描摄像机46(扫描摄像机46对隧道进行测距摄像扫描，扫描摄像机46也可以不测距，只是跟随钢筋探测头45探测区域进行摄像扫描以便后续进行三维重构)，钻孔装置6端部具有钻孔机65(钻孔机65为成熟钻孔设备的主体部分)，灌锚装置8端部具有灌锚机85(灌锚机85为成熟铆钉枪主体部分，包括内螺纹铆柱冲压射筒、内螺纹铆柱储存腔)。
如图4所示，在一些实施例中，本发明还包括施工控制系统，施工控制系统包括隧道扫描控制模块、隧道三维模型重建模块和内螺纹铆柱施工控制模块，隧道扫描控制模块与行走电机、驱动装置A、钢筋探测装置4连接并实现隧道内壁数据扫描及钢筋金属位置探测得到隧道内壁数据，隧道内壁数据包含钢筋金属位置数据，隧道三维模型重建模块根据隧道内壁数据构建出位于隧道三维坐标系中的隧道三维模型。内螺纹铆柱施工控制模块分别与行走电机、驱动装置B、钻孔装置6、驱动装置C、灌锚装置8连接。
在一些实施例中，如图3所示，中心主轴3上依次间隔安装有相互平行的轴承A31、轴承B32和轴承C33(三个轴承内侧与中心主轴3固定，三个轴承外侧可转动)，三个轴承间隔一定距离，该间隔距离便于安装对应的驱动电机或者安装电机台阶(以便于驱动电机安装)，轴承A31上固定安装有驱动齿轮A42，驱动装置A为驱动电机A5，驱动电机A5固定于中心主轴3上(优选地，中心主轴3上靠近轴承A31设有电机台阶A，驱动电机A5配合安装于电机台阶A上)，驱动电机A5具有与驱动齿轮A42第一半部啮合的动力齿轮A，钢筋探测装置4包括伸缩动力机构A、齿轮转盘A41、钢筋探测头45，齿轮转盘A41固定于伸缩动力机构A底部，钢筋探测头45设于伸缩动力机构A顶部，齿轮转盘A41套装设于驱动齿轮A42外部，齿轮转盘A41内部设有与驱动齿轮A42第二半部啮合的内齿轮A411。驱动电机A5的动力齿轮A带动驱动齿轮A42转动，从而齿轮转盘A41、伸缩动力机构A、钢筋探测头45即可同步转动，如图6所示，本发明约束驱动电机A5并让钢筋探测头45直接在以中心主轴3为中心的A角度范围内转动(如图6所示，隧道11除开A角度范围的区域是站台及铁轨区域12，不需要固定位施工作业)。
在一些实施例中，钢筋探测装置4的伸缩动力机构A为液压伸缩装置(伸缩动力机构A用于驱动钢筋探测头45伸缩运动，便于钢筋探测头45回缩收纳和伸出展开靠近隧道内侧；伸缩动力机构A伸出运动并让钢筋探测头45靠近隧道内壁以实现对隧道内壁进行钢筋探测作业，伸缩动力机构A回缩运动可让钢筋探测头45收纳折叠以便于缩小体积，在不使用时便于移动)，伸缩动力机构A包括液压气缸A43和伸缩配合安装于液压气缸A43中的伸缩杆A44，钢筋探测头45固定于伸缩杆A44端部，钢筋探测头45端面转动安装有若干个滚轮451(可防止扫描摄像机46、钢筋探测头45与隧道内壁接触而损坏)，扫描摄像机46固定于钢筋探测头45侧部，钢筋探测装置4的液压气缸A43、钢筋探测头45、扫描摄像机46分别与隧道扫描控制模块连接。齿轮转盘A41上开有限位凹槽A，液压气缸A43底部配合固定安装于限位凹槽A中。为了便于钢筋探测装置4进行旋转收纳，在一些实施例中，液压气缸A43底部通过可旋转锁止关节安装于限位凹槽A中，使用时，可旋转展开钢筋探测装置4并通过可旋转锁止关节进行锁定定位。
在一些实施例中，如图3所示，轴承B32上固定安装有驱动齿轮B62，驱动装置B为驱动电机B7，驱动电机B7固定于中心主轴3上(优选地，中心主轴3上靠近轴承B32设有电机台阶B，驱动电机B7配合安装于电机台阶B上)，驱动电机B7具有与驱动齿轮B62第一半部啮合的动力齿轮B，钻孔装置6包括伸缩动力机构B、齿轮转盘B61、钻孔机65，齿轮转盘B61固定于伸缩动力机构B底部，钻孔机65设于伸缩动力机构B顶部，齿轮转盘B61套装设于驱动齿轮B62外部，齿轮转盘B61内部设有与驱动齿轮B62第二半部啮合的内齿轮B611。驱动电机B7的动力齿轮B带动驱动齿轮B62转动，从而齿轮转盘B61、伸缩动力机构B、钻孔机65即可同步转动，如图6所示，本发明约束驱动电机B7并让钻孔机65直接在以中心主轴3为中心的A角度范围内转动(如图6所示，隧道11除开A角度范围的区域是站台及铁轨区域12，不需要固定位施工作业)。
在一些实施例中，钻孔装置6的伸缩动力机构B为液压伸缩装置(伸缩动力机构B用于驱动钻孔机65伸缩运动，便于钻孔机65回缩收纳和伸出展开靠近隧道内侧，伸缩动力机构B伸出运动并让钻孔机65直达隧道内壁以实现对隧道内壁进行钻孔作业，伸缩动力机构B回缩运动可让钻孔机65收纳折叠以便于缩小体积，在不使用时便于移动)，伸缩动力机构B包括液压气缸B63和伸缩配合安装于液压气缸B63中的伸缩杆B64，钻孔机65固定于伸缩杆B64端部，钻孔装置6的液压气缸B63、钻孔机65分别与内螺纹铆柱施工控制模块连接。齿轮转盘B61上开有限位凹槽B，液压气缸B63底部配合固定安装于限位凹槽B中；为了便于钻孔装置6进行旋转收纳，在一些实施例中，液压气缸B63底部通过可旋转锁止关节安装于限位凹槽B中，使用时，可旋转展开钻孔装置6并通过可旋转锁止关节进行锁定定位。
轴承C33上固定安装有驱动齿轮C82，驱动装置C为驱动电机C9，驱动电机C9固定于中心主轴3上(优选地，中心主轴3上靠近轴承C33设有电机台阶C，驱动电机C9配合安装于电机台阶C上)，驱动电机C9具有与驱动齿轮C82第一半部啮合的动力齿轮C，灌锚装置8包括伸缩动力机构C、齿轮转盘C81、灌锚机85，齿轮转盘C81固定于伸缩动力机构C底部，灌锚机85设于伸缩动力机构C顶部，齿轮转盘C81套装设于驱动齿轮C82外部，齿轮转盘C81内部设有与驱动齿轮C82第二半部啮合的内齿轮C811。驱动电机C9的动力齿轮C带动驱动齿轮C82转动，从而齿轮转盘C81、伸缩动力机构C、灌锚机85即可同步转动，如图6所示，本发明约束驱动电机C9并让灌锚机85直接在以中心主轴3为中心的A角度范围内转动(如图6所示，隧道11除开A角度范围的区域是站台及铁轨区域12，不需要固定位施工作业)。
灌锚装置8的伸缩动力机构C为液压伸缩装置，伸缩动力机构C用于驱动灌锚机85伸缩运动，便于灌锚机85回缩收纳和伸出展开靠近隧道内侧；伸缩动力机构C伸出运动并让灌锚机85靠近隧道内壁以实现对隧道内壁进行内螺纹铆柱灌铆作业，伸缩动力机构C回缩运动可让灌锚机85收纳折叠以便于缩小体积，在不使用时便于移动。伸缩动力机构C包括液压气缸C83和伸缩配合安装于液压气缸C83中的伸缩杆C84，灌锚机85固定于伸缩杆C84端部，灌锚装置8的液压气缸C83、灌锚机85分别与内螺纹铆柱施工控制模块连接。齿轮转盘C81上开有限位凹槽C，液压气缸C83底部配合固定安装于限位凹槽C中。为了便于灌锚装置8进行旋转收纳，在一些实施例中，液压气缸C83底部通过可旋转锁止关节安装于限位凹槽C中，使用时，可旋转展开灌锚装置8并通过可旋转锁止关节进行锁定定位。
在一些实施例中，如图3所示，隧道支臂件2依次包括第一支臂21、第二支臂22、第三支臂23和行走滑轮座24，第一支臂21第一端通过可旋转锁止关节A210连接于主体端座1的支臂安装凹槽10中，第二支臂22第一端与第一支臂21第二端通过可旋转锁止关节B211连接，第三支臂23第一端与第二支臂22第二端通过可旋转锁止关节C221连接，行走滑轮座24通过可旋转锁止关节D231连接于第三支臂23第二端，行走电机、行走轮241安装于行走滑轮座24上。可旋转锁止关节A210、可旋转锁止关节B211、可旋转锁止关节C221、可旋转锁止关节D231均为成熟可锁止关节(可锁止关节具有锁止按钮，通过锁止按钮锁定旋转运动时，可锁止关节就会固定，连接于关节上的两个部件就不能转动；若锁止按钮解除旋转运动时，连接于关节上的两个部件就可以相互转动，如专利号201720383037.6文献中公开的推把锁定关节)。在一些实施例中，图8提供了一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，对隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人进行结构优化，其可以实现按照图8方式进行折叠收纳。
一种利用隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人的施工方法，其方法如下：
A、如图5～图7所示，将本发明隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人悬空布设于隧道11内侧并设定为初始位置，三个隧道支臂件2的行走轮241均与隧道11内侧运动接触，在悬空安装完毕后，可旋转锁止关节A210、可旋转锁止关节B211、可旋转锁止关节C221、可旋转锁止关节D231均分别锁止。
B、隧道内壁扫描及钢筋金属同步探测：施工控制系统的隧道扫描控制模块控制行走电机工作并驱动行走轮241行走距离L1，距离L1为扫描摄像机46、钢筋探测头45相互重叠探测横向距离，隧道扫描控制模块通过驱动装置A驱动钢筋探测装置4沿隧道内侧圆周方向同步扫描摄像及钢筋金属探测并得到隧道内壁数据，钢筋探测装置4转动角度为A(如图6所示，隧道11除开A角度范围的区域是站台及铁轨区域12，不需要固定位施工作业)，隧道内壁数据包含钢筋金属位置数据。隧道扫描控制模块通过行走电机驱动行走轮241按照距离L1为步长实现隧道内壁长度方向的扫描摄像及钢筋金属探测，得到隧道内壁数据包。
C、隧道三维模型重建模块根据隧道内壁数据包构建出位于隧道三维坐标系中的隧道三维模型，隧道三维坐标系以隧道内壁数据包中初始位置(即悬空安装完毕后的初始位置)隧道内壁数据中心作为坐标原点。在隧道三维模型上输入设定固定位数据并得到固定位的三维坐标数据，本实施例在隧道三维模型上设置固定位，固定位在隧道三维坐标系上，于是即可得到固定位的三维坐标数据。
D、施工控制系统控制隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人运动回到初始位置，施工控制系统控制行走电机按照距离L1进行行走运动，内螺纹铆柱施工控制模块通过驱动装置B驱动钻孔装置6沿隧道内侧圆周方向按照固定位的三维坐标数据进行依次钻孔作业。内螺纹铆柱施工控制模块通过驱动装置C驱动灌锚装置8沿隧道内侧圆周方向按照固定位的三维坐标数据进行内螺纹铆柱灌锚作业。由于钻孔装置6的钻孔机65与灌锚装置8的灌锚机85之间存在间距A，在本实施例中，当内螺纹铆柱施工控制模块通过驱动装置B驱动钻孔装置6沿隧道内侧圆周方向按照固定位的三维坐标数据进行钻孔作业之后，对于钻孔的孔位置进行灌锚作业时，内螺纹铆柱施工控制模块会驱动灌锚装置8移动间距A以便实现相同固定位的灌锚作业；当然，本发明可以先进行隧道内壁所有固定位的钻孔作业后，再进行隧道内壁所有固定位的灌锚作业。施工控制系统通过行走电机驱动行走轮241按照距离L1为步长实现隧道内壁长度方向上的钻孔、灌锚作业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，其特征在于：包括钢筋探测装置(4)、钻孔装置(6)、灌锚装置(8)、两个主体端座(1)和施工控制系统，两个主体端座(1)之间连接有中心主轴(3)，所述主体端座(1)上分布安装有三个隧道支臂件(2)，所述隧道支臂件(2)端部安装有行走轮(241)和驱动行走轮(241)转动的行走电机；所述钢筋探测装置(4)、钻孔装置(6)、灌锚装置(8)依次转动安装于中心主轴(3)上，中心主轴(3)上设有用于驱动钢筋探测装置(4)转动的驱动装置A，中心主轴(3)上设有用于驱动钻孔装置(6)转动的驱动装置B，中心主轴(3)上设有用于驱动灌锚装置(8)转动的驱动装置C；所述钢筋探测装置(4)端部具有钢筋探测头(45)和扫描摄像机(46)，所述钻孔装置(6)端部具有钻孔机(65)，所述灌锚装置(8)端部具有灌锚机(85)；所述施工控制系统包括隧道扫描控制模块、隧道三维模型重建模块和内螺纹铆柱施工控制模块，隧道扫描控制模块与行走电机、驱动装置A、钢筋探测装置(4)连接并实现隧道内壁数据扫描及钢筋金属位置探测得到隧道内壁数据，隧道内壁数据包含钢筋金属位置数据，所述隧道三维模型重建模块根据隧道内壁数据构建出位于隧道三维坐标系中的隧道三维模型；所述内螺纹铆柱施工控制模块分别与行走电机、驱动装置B、钻孔装置(6)、驱动装置C、灌锚装置(8)连接。
2.按照权利要求1所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，其特征在于：所述中心主轴(3)上依次间隔安装有相互平行的轴承A(31)、轴承B(32)和轴承C(33)，轴承A(31)上固定安装有驱动齿轮A(42)，所述驱动装置A为驱动电机A(5)，驱动电机A(5)固定于中心主轴(3)上，驱动电机A(5)具有与驱动齿轮A(42)第一半部啮合的动力齿轮A，所述钢筋探测装置(4)包括伸缩动力机构A、齿轮转盘A(41)、钢筋探测头(45)，齿轮转盘A(41)固定于伸缩动力机构A底部，钢筋探测头(45)设于伸缩动力机构A顶部，齿轮转盘A(41)套装设于驱动齿轮A(42)外部，齿轮转盘A(41)内部设有与驱动齿轮A(42)第二半部啮合的内齿轮A(411)。
3.按照权利要求2所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，其特征在于：所述钢筋探测装置(4)的伸缩动力机构A为液压伸缩装置，所述伸缩动力机构A包括液压气缸A(43)和伸缩配合安装于液压气缸A(43)中的伸缩杆A(44)，所述钢筋探测头(45)固定于伸缩杆A(44)端部，所述钢筋探测头(45)端面转动安装有若干个滚轮(451)，所述扫描摄像机(46)固定于钢筋探测头(45)侧部，所述钢筋探测装置(4)的液压气缸A(43)、钢筋探测头(45)、扫描摄像机(46)分别与隧道扫描控制模块连接；所述中心主轴(3)上靠近轴承A(31)设有电机台阶A，所述驱动电机A(5)配合安装于电机台阶A上，所述齿轮转盘A(41)上开有限位凹槽A，所述液压气缸A(43)底部配合固定安装于限位凹槽A中。
4.按照权利要求2所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，其特征在于：所述轴承B(32)上固定安装有驱动齿轮B(62)，所述驱动装置B为驱动电机B(7)，驱动电机B(7)固定于中心主轴(3)上，驱动电机B(7)具有与驱动齿轮B(62)第一半部啮合的动力齿轮B，所述钻孔装置(6)包括伸缩动力机构B、齿轮转盘B(61)、钻孔机(65)，齿轮转盘B(61)固定于伸缩动力机构B底部，钻孔机(65)设于伸缩动力机构B顶部，齿轮转盘B(61)套装设于驱动齿轮B(62)外部，齿轮转盘B(61)内部设有与驱动齿轮B(62)第二半部啮合的内齿轮B(611)。
5.按照权利要求4所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，其特征在于：所述钻孔装置(6)的伸缩动力机构B为液压伸缩装置，所述伸缩动力机构B包括液压气缸B(63)和伸缩配合安装于液压气缸B(63)中的伸缩杆B(64)，所述钻孔机(65)固定于伸缩杆B(64)端部，所述钻孔装置(6)的液压气缸B(63)、钻孔机(65)分别与内螺纹铆柱施工控制模块连接；所述中心主轴(3)上靠近轴承B(32)设有电机台阶B，所述驱动电机B(7)配合安装于电机台阶B上，所述齿轮转盘B(61)上开有限位凹槽B，所述液压气缸B(63)底部配合固定安装于限位凹槽B中。
6.按照权利要求2所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，其特征在于：所述轴承C(33)上固定安装有驱动齿轮C(82)，所述驱动装置C为驱动电机C(9)，驱动电机C(9)固定于中心主轴(3)上，驱动电机C(9)具有与驱动齿轮C(82)第一半部啮合的动力齿轮C，所述灌锚装置(8)包括伸缩动力机构C、齿轮转盘C(81)、灌锚机(85)，齿轮转盘C(81)固定于伸缩动力机构C底部，灌锚机(85)设于伸缩动力机构C顶部，齿轮转盘C(81)套装设于驱动齿轮C(82)外部，齿轮转盘C(81)内部设有与驱动齿轮C(82)第二半部啮合的内齿轮C(811)。
7.按照权利要求6所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，其特征在于：所述灌锚装置(8)的伸缩动力机构C为液压伸缩装置，所述伸缩动力机构C包括液压气缸C(83)和伸缩配合安装于液压气缸C(83)中的伸缩杆C(84)，所述灌锚机(85)固定于伸缩杆C(84)端部，所述灌锚装置(8)的液压气缸C(83)、灌锚机(85)分别与内螺纹铆柱施工控制模块连接；所述中心主轴(3)上靠近轴承C(33)设有电机台阶C，所述驱动电机C(9)配合安装于电机台阶C上，所述齿轮转盘C(81)上开有限位凹槽C，所述液压气缸C(83)底部配合固定安装于限位凹槽C中。
8.按照权利要求1所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人，其特征在于：所述隧道支臂件(2)依次包括第一支臂(21)、第二支臂(22)、第三支臂(23)和行走滑轮座(24)，第一支臂(21)第一端通过可旋转锁止关节A(210)连接于主体端座(1)的支臂安装凹槽(10)中，第二支臂(22)第一端与第一支臂(21)第二端通过可旋转锁止关节B(211)连接，第三支臂(23)第一端与第二支臂(22)第二端通过可旋转锁止关节C(221)连接，所述行走滑轮座(24)通过可旋转锁止关节D(231)连接于第三支臂(23)第二端，所述行走电机、行走轮(241)安装于行走滑轮座(24)上。
9.一种利用隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人的施工方法，其特征在于：其方法如下：
A、将权利要求1～8任一项所述的隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人悬空布设于隧道(11)内侧并设定为初始位置，三个隧道支臂件(2)的行走轮(241)均与隧道(11)内侧运动接触；
B、隧道内壁扫描及钢筋金属同步探测：施工控制系统的隧道扫描控制模块控制行走电机工作并驱动行走轮(241)行走距离L1，距离L1为扫描摄像机(46)、钢筋探测头(45)相互重叠探测横向距离，隧道扫描控制模块通过驱动装置A驱动钢筋探测装置(4)沿隧道内侧圆周方向同步扫描摄像及钢筋金属探测并得到隧道内壁数据，钢筋探测装置(4)转动角度为A，隧道内壁数据包含钢筋金属位置数据；隧道扫描控制模块通过行走电机驱动行走轮(241)按照距离L1为步长实现隧道内壁长度方向的扫描摄像及钢筋金属探测，得到隧道内壁数据包；
C、隧道三维模型重建模块根据隧道内壁数据包构建出位于隧道三维坐标系中的隧道三维模型，隧道三维坐标系以隧道内壁数据包中初始位置隧道内壁数据中心作为坐标原点；在隧道三维模型上输入设定固定位数据并得到固定位的三维坐标数据；
D、施工控制系统控制隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人运动回到初始位置，施工控制系统控制行走电机按照距离L1进行行走运动，内螺纹铆柱施工控制模块通过驱动装置B驱动钻孔装置(6)沿隧道内侧圆周方向按照固定位的三维坐标数据进行依次钻孔作业；内螺纹铆柱施工控制模块通过驱动装置C驱动灌锚装置(8)沿隧道内侧圆周方向按照固定位的三维坐标数据进行内螺纹铆柱灌锚作业；施工控制系统通过行走电机驱动行走轮(241)按照距离L1为步长实现隧道内壁长度方向上的钻孔、灌锚作业。
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