CN115478881B - 隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置及工作方法，包括连接在两组并列布置的竖向长导轨两端的爬行单元，两竖向长导轨之间活动连接承载框架，承载框架与至少一组横向短导轨活动连接，横向短导轨上设有与其活动连接的绑扎单元，承载框架与横向短导轨的一侧连接储丝单元。可以在钢筋网上进行攀爬，能够稳定的攀爬至隧道内较高处，且通过锁定装置保证装置施工期间机身稳定性；同时还能够实现全自动化施工，内置路径设计软件，可自动按照既定路线爬行，能够高效率的在较短时间内完成钢筋绑扎工作。

Description

隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置及工作方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体为隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置及工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

隧隧道二次衬砌是保障工程施工和运营期安全的重要支护结构，二次衬砌钢筋网铺挂与安全固定是施工的必备工序，钢筋网是隧道内壁混凝土的“骨架”部分，目前采用钢筋绑扎的方式对钢筋网内薄弱点进行加固，钢筋绑扎方式通常为人工绑扎法和钢筋绑扎机绑扎法

人工绑扎法是绑扎工人使用短钢丝、钳具等，对隧道现场的钢筋网节点进行加固绑扎，该种方法完全依靠人力进行，绑扎效率低，人工成本高，且较高处钢筋网绑扎需要人工攀爬，无法保证施工工人的人身安全。

钢筋绑扎机绑扎法是绑扎工人手持钢筋绑扎机进入隧道现场对钢筋网节点进行绑扎，手持钢筋绑扎机的方式在一定程度上提高了绑扎效率，初步实现了半自动化钢筋绑扎，但该方法仍旧依赖于人工操作，较高处钢筋网绑扎依旧需要人工攀爬。

现有技术还存在一部分钢筋绑扎机器人，例如飞行式钢筋绑扎机器人、滑轨式钢筋绑扎机器人等，这些机器人虽然能够实现钢筋绑扎的自动化，但大部分机器人只能针对水平面或垂直面的钢筋网节点执行自动绑扎，无法适用地下环境中隧道断面的形状。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置及工作方法，可以在钢筋网上进行攀爬，能够稳定的攀爬至隧道内较高处，且通过锁定装置保证装置施工期间机身稳定性；同时还能够实现全自动化施工，内置路径设计软件，可自动按照既定路线爬行，能够高效率的在较短时间内完成钢筋绑扎工作。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置，包括：

连接在两组并列布置的竖向长导轨两端的爬行单元，两竖向长导轨之间活动连接承载框架，承载框架与至少一组横向短导轨活动连接，横向短导轨上设有与其活动连接的至少一组绑扎单元，承载框架与横向短导轨的一侧连接储丝单元。

爬行单元包括连接在竖向长导轨端部的伸缩式脚架，伸缩式脚架与锁定装置连接，锁定装置外侧设有相垂直的横筋卡槽和竖筋环扣。

锁定装置包括在水平面上呈垂直布置横筋卡槽和竖筋环扣，横筋卡槽和竖筋环扣均与驱动电机连接，通过驱动电机带动横筋卡槽和竖筋环扣张开或闭合。

伸缩式脚架包括连接在竖向长导轨端部的伸缩式支腿，伸缩式支腿通过转动节点连接伸缩杆件，伸缩式支腿沿水平方向伸长或缩短，伸缩杆件沿垂直方向伸长或缩短。

储丝单元具有储丝箱，用于保存绑扎所需的线包。

绑扎单元包括旋拧电机和出丝电机，旋拧电机输出轴连接旋拧头，旋拧头一侧设有切刀，出丝电机带动绑扎丝经储丝单元引出至出丝口，出丝口位于旋拧头处且出丝口设有相对布置的两组弧形导轨。

还具有操控台，通过输入钢筋间距控制装置的迈进长度，通过输入步数控制装置的迈进次数，通过输入转向节点控制装置的行进转向，从而控制装置的行进路线。

本发明的第二个方面提供上述隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎的工作方法，包括以下步骤：

装置挂扣在钢筋网路线起点位置，启动装置；

根据设定的路线爬行在钢筋网上实现绑扎作业，绑扎作业时多个绑扎单元同时作业；

绑扎完成，在路线终点回收装置。

爬行时，通过锁定装置中的横筋卡槽将绑扎装置锁定在钢筋十字交汇位置的横筋处，通过竖筋环扣将绑扎装置锁定在钢筋十字交汇位置的竖筋处，根据行进路线切换锁定装置锁定不同位置的钢筋十字交汇处，并利用伸缩式支腿和伸缩杆件实现爬行。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、爬行单元可以利用卡扣式锁定装置、伸缩式脚架等在隧道壁钢筋网上爬行，自动化完成钢筋绑扎工作，无需采用人工攀爬至隧道拱顶、拱肩等较高处进行绑扎工作，保证了工作人员的安全。

2、可搭载多个绑扎单元，各个装置可同时进行钢筋绑扎工作，提高了钢筋绑扎效率。

附图说明

构成本发明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。

图1是本发明一个或多个提供的隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置整体结构示意图；

图2是本发明一个或多个提供的隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置中绑扎单元的局部结构示意图；

图3是本发明一个或多个提供的隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置中爬行单元的局部结构示意图；

图4是本发明一个或多个提供的爬行单元的卡扣式锁定装置结构示意图；

图5是本发明一个或多个提供的爬行单元的伸缩式脚架的结构示意图；

图中：1.爬行单元、2.储丝单元、3.承载框架、4.横向短导轨、5.绑扎钢丝、6.绑扎单元、7.竖向长导轨、8.出丝口上导轨、9出丝口下导轨、10.伸缩式脚架、11.横筋卡槽、12.竖筋环扣、13.卡扣式锁定装置、14.转动式卡扣、15.小型驱动电机、16.伸缩式支腿、17.可转动节点、18.伸缩杆件。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术中所描述的，现有技术中实现钢筋绑扎的方式虽然存在一部分钢筋绑扎机器人，能够以自动化的方式替换传统人工绑扎以提高效率，但大部分机器人只能针对水平面或垂直面的钢筋网节点执行自动绑扎，无法适用地下环境中隧道断面的形状。

因此以下实施例给出隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置及工作方法，可以在钢筋网上进行攀爬，能够稳定的攀爬至隧道内较高处，且通过锁定装置保证装置施工期间机身稳定性；同时还能够实现全自动化施工，内置路径设计软件，可自动按照既定路线爬行，能够高效率的在较短时间内完成钢筋绑扎工作。

实施例一：

如图1-5所示，隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置，包括：

连接在两组并列布置的竖向长导轨两端的爬行单元，两竖向长导轨之间活动连接承载框架，承载框架与至少一组横向短导轨活动连接，横向短导轨上设有与其活动连接的绑扎单元，承载框架与横向短导轨的一侧连接储丝单元。

爬行单元包括连接在竖向长导轨端部的伸缩式脚架，伸缩式脚架与锁定装置连接，锁定装置外侧设有相垂直的横筋卡槽和竖筋环扣。

储丝单元具有储丝箱，用于保存绑扎所需的线包。

绑扎单元包括旋拧电机和出丝电机，旋拧电机输出轴连接旋拧头，旋拧头一侧设有切刀，出丝电机带动绑扎丝经储丝单元引出至出丝口，出丝口位于旋拧头处且出丝口设有相对布置的两组弧形导轨。

还具有操控台，通过输入钢筋间距控制装置的迈进长度，通过输入步数控制装置的迈进次数，通过输入转向节点控制装置的行进转向，从而控制装置的行进路线。

本实施例中，装置形成钢筋网自动绑扎的爬壁式机器人，包括爬行单元、储丝单元、绑扎单元、操控平台。

爬行单元1由锁定装置、伸缩式脚架10、功能装置搭载架组成，本实施例中的锁定装置为卡扣式锁定装置13，包括装置前端的横筋卡槽11和装置侧端的竖筋环扣12，共同工作完成机器人的机身固定。功能装置搭载架，主要包括两条竖向长导轨7、承载框架3、两条横向短导轨4，共同完成功能装置的定位功能，双导轨可搭载多个功能装置，提高工作效率。伸缩式脚架10，采用“十字”搭接，既可横向伸缩，也可竖向伸缩，实现机器人的竖向以及横向位移，保证机器人行进时的灵活性。

本实施例中，长导轨7搭载承载框架3，使得承载框架3可以沿长导轨3滑动，并形成机器人的主体框架。

本实施例中，卡扣式锁定装置13包括在水平面上呈垂直布置横筋卡槽11和竖筋环扣12，横筋卡槽11和竖筋环扣12均与小型驱动电机15连接形成转动式卡扣14，横筋卡槽11和竖筋环扣12分别用于挂接到钢筋网上，从而利用钢筋网承载机器人的重量。

本实施例中，伸缩式脚架10包括连接在竖向长导轨端部的伸缩式脚架伸缩式支腿16，伸缩式支腿16通过可转动节点17连接伸缩杆件18，伸缩式支腿16沿水平方向伸长或缩短，伸缩杆件18沿垂直方向伸长或缩短，配合与长导轨滑动连接的承载框架实现机器人在钢筋网上的爬行运动。

储丝单元2采用大容量储丝箱、方便更换式线包，保证绑扎工作的续航时长以及更换线包时的便捷性。

绑扎单元6内部主要构件有出丝电机、旋拧电机、旋拧头、钢丝切刀等。出丝电机为抽丝、出丝提供动力，钢丝在出丝口弧形导轨8和9的导引下，在出丝口形成钢丝环扣，环绕钢筋十字交汇处，随后旋拧电机带动旋拧头拧紧钢丝，钢丝切刀切断钢丝，完成绑扎工作。

操控平台为简易地面站，可以通过输入钢筋间距控制机器人的迈进长度，通过输入步数控制机器人的迈进次数，通过输入转向节点控制机器人的行进转向，各个参数共同控制机器人的行进路线；内部搭载图像识别算法，钢筋网的结构相对较易辨识，可以通过现有的算法，引导机器人辨识目标。

(1)爬行单元可以利用卡扣式锁定装置、伸缩式脚架等在隧道壁钢筋网上爬行，自动化完成钢筋绑扎工作，无需采用人工攀爬至隧道拱顶、拱肩等较高处进行绑扎工作，保证了工作人员的安全。

(2)功能装置搭载架可搭载多个绑扎单元，各个装置可同时进行钢筋绑扎工作，提高了钢筋绑扎效率。

实施例二：

上述实施例中，隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置的工作方法，包括以下步骤：

A.打开机器人电源与操控平台电源，将两者通过无线或有线方式连接，使用操控平台输入相关行进参数，设计机器人行进路线后即可关闭操控平台电源。

B.将机器人的卡扣式固定装置挂扣在钢筋网路线起点位置(保证卡扣式固定装置照准、卡合到钢筋“十字交汇”位置)，检测挂扣的稳定性。

C.检查完毕后，启动机器人进行运行，机器人按照既定路线行进，每行进到预定位置处即开始绑扎作业。

D.竖向行进时，机器人上端两个卡扣式固定装置的小型驱动电机启动，驱动横筋卡槽和竖筋环扣打开，机器人上端的两个卡扣式固定装置进入自由状态，机器人机体仅由下端的两个卡扣式固定装置固定，此时链接上端卡扣式固定装置的伸缩式脚架伸长，伸至既定位置后，卡扣式固定装置照准、卡合到钢筋“十字交汇”位置，上端两个卡扣式固定装置的小型驱动电机启动，驱动横筋卡槽和竖筋环扣闭合，横筋卡槽锁死“十字交汇”位置的横筋，竖筋环扣锁死“十字交汇”位置的竖筋，机器人上端的两个卡扣式固定装置进入锁死状态，此时机器人机体由四个卡扣式固定装置固定。之后下端两个卡扣式固定装置的驱动电机启动，驱动横筋卡槽和竖筋环扣打开，机器人下端的两个卡扣式固定装置进入自由状态，机器人机体仅由上端的两个卡扣式固定装置固定，此时链接下端卡扣式固定装置的伸缩式脚架收缩，收缩既定位置后，卡扣式固定装置照准、卡合到“十字交汇”位置，下端两个卡扣式固定装置的小型驱动电机启动，驱动横筋卡槽和竖筋环扣闭合，横筋卡槽锁死“十字交汇”位置的横筋，竖筋环扣锁死“十字交汇”位置的竖筋，机器人下端的两个卡扣式固定装置进入锁死状态，到此完成一次行进，之后进行绑扎作业。通过卡扣式固定装置与钢筋十字交汇处的锁定，配合伸缩式支腿16和伸缩杆件18实现爬行。

E.横向行进时，机器人首先打开右端或左端两个卡扣式固定装置的横筋卡槽和竖筋环扣，后面步骤与上述同理。

F.绑扎作业时两个绑扎单元同时作业，一次运行即可完成两排钢筋绑扎。

G.绑扎工作完成后，操作人员到路线终点处对机器人进行回收，关闭机器人电源。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置，其特征在于：包括：连接在两组并列布置的竖向长导轨两端的爬行单元，两竖向长导轨之间滑动连接承载框架，承载框架与至少一组横向短导轨活动连接，横向短导轨上设有与其活动连接的绑扎单元，承载框架与横向短导轨的一侧连接储丝单元；

所述爬行单元包括连接在竖向长导轨端部的伸缩式脚架，伸缩式脚架与锁定装置连接，锁定装置外侧设有相垂直的横筋卡槽和竖筋环扣；

所述伸缩式脚架包括连接在竖向长导轨端部的伸缩式支腿，伸缩式支腿通过转动节点连接伸缩杆件；

所述伸缩式支腿沿水平方向伸长或缩短，伸缩杆件沿垂直方向伸长或缩短。

2.如权利要求1所述的隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置，其特征在于：所述锁定装置包括在水平面上呈垂直布置横筋卡槽和竖筋环扣，横筋卡槽和竖筋环扣均与驱动电机连接，通过驱动电机带动横筋卡槽和竖筋环扣张开或闭合。

3.如权利要求1所述的隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置，其特征在于：所述储丝单元具有储丝箱，用于保存绑扎所需的线包。

4.如权利要求1所述的隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置，其特征在于：所述绑扎单元包括旋拧电机和出丝电机，旋拧电机输出轴连接旋拧头，旋拧头一侧设有切刀，出丝电机带动绑扎丝经储丝单元引出至出丝口，出丝口位于旋拧头处且出丝口设有相对布置的两组弧形导轨。

5.如权利要求1所述的隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置，其特征在于：还具有操控台，通过输入钢筋间距控制装置的迈进长度，通过输入步数控制装置的迈进次数，通过输入转向节点控制装置的行进转向，从而控制装置的行进路线。

6.基于权利要求1-5任一项所述隧道衬砌钢筋网爬壁式自动绑扎装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

装置挂扣在钢筋网路线起点位置，启动装置；

根据设定的路线爬行在钢筋网上实现绑扎作业，绑扎作业时多个绑扎单元同时作业；

绑扎完成，在路线终点回收装置。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：爬行时，通过锁定装置中的横筋卡槽将绑扎装置锁定在钢筋十字交汇位置的横筋处，通过竖筋环扣将绑扎装置锁定在钢筋十字交汇位置的竖筋处，根据行进路线切换锁定装置锁定不同位置的钢筋十字交汇处，并利用伸缩式支腿和伸缩杆件实现爬行。