CN115898444A - 一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，行走机构固设于底板底部，手臂组件固设于底板上，且液压电机与手臂组件固定连接，定位套管固设于液压电机一侧，钻杆设置于定位套管内，且钻杆与液压电机的动力输出轴固定连接，第二旋转底座固设于底板上，可伸缩杆两端均固设有万向转轴，且其中一个万向转轴与第二旋转底座固定连接，另一个万向转轴与安装板固定连接，安装板底部固设有两个机械抓手，炸药仓固设于底板上，炸药设置于炸药仓内。本发明可实现隧道掌子面钻爆施工中钻孔及输送炸药的自动化、智能化施工，大大提升了隧道循环施工效率，减少了掌子面围岩暴露时长，减少了隧道掌子面施工作业人数，从而提升隧道施工的安全性。

Description

一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人

技术领域

本发明涉及隧道施工技术装置领域，更具体的，涉及一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人。

背景技术

随着中国交通工程的蓬勃发展，隧道施工愈来愈趋向机械化、智能化施工。隧道掌子面施工环境恶劣，作业人员工作强度高，目前钻爆施工中的打钻炮孔、炸药装填往往采用多臂凿岩台车和人工辅助钻孔，工作量较大，需要耗费大量人力物力进行钻孔、装药，且人工定位钻孔、装药不可避免地会出现定位不准确、钻孔角度存在偏差、少装药或多装药的情形，误差较大时候易发生安全事故。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于目前隧道施工采用人工定位钻孔和装药方式，安全性低，且工人劳动强度高。为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，可实现隧道掌子面钻爆施工中钻孔及抓药的自动化、智能化施工，大大提升了隧道循环施工效率，减少了掌子面围岩暴露时长，减少了隧道掌子面施工作业人数，从而提升隧道施工的安全性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，包括底板、行走机构、钻孔机构和炸药安装机构，行走机构固设于底板底部，底板顶部固设有钻孔机构和炸药安装机构，钻孔机构包括手臂组件、液压电机、定位套管和钻杆，手臂组件固设于底板上，且液压电机与手臂组件固定连接，定位套管固设于液压电机一侧，钻杆设置于定位套管内，且钻杆与液压电机的动力输出轴固定连接，炸药安装机构包括第二旋转底座、可伸缩杆、万向转轴、安装板、机械抓手和炸药仓，第二旋转底座固设于底板上，可伸缩杆两端均固设有万向转轴，且其中一个万向转轴与第二旋转底座固定连接，另一个万向转轴与安装板固定连接，安装板底部固设有两个机械抓手，第二旋转底座一侧还设置有炸药仓，且炸药仓固设于底板上，炸药设置于炸药仓内。

在本发明较佳的技术方案中，所述行走机构包括两个以上的仿生足，仿生足包括腿部连接件、前脚趾、后脚趾和液压杆，腿部连接件固设于所述底板底部，腿部连接件两侧分别转动连接有两个前脚趾和一个后脚趾，前脚趾和后脚趾上均转动连接有液压杆，且液压杆自由端与腿部连接件转动连接。

在本发明较佳的技术方案中，所述手臂组件包括第一旋转底座、第一旋转台、大臂和第二旋转台，第一旋转底座固设于所述底板上，第一旋转底座上固设有第一旋转台，第二旋转台设置于第一旋转台上方，且大臂一端与第一旋转台转动连接，大臂另一端与第二旋转台转动连接，所述液压电机固设于第二旋转台上。

在本发明较佳的技术方案中，所述钻杆为具有钢制螺旋旋挖钻头的钻杆。

在本发明较佳的技术方案中，所述液压电机另一侧设置有送药杆，且送药杆与液压电机的动力输出轴固定连接。

在本发明较佳的技术方案中，所述机械抓手包括气缸、支撑杆、爪子、驱动板和连杆，气缸固设于所述安装板底部，气缸两侧对称设置有支撑杆，支撑杆一端与安装板固定连接，支撑杆另一端与爪子转动连接，驱动板固设于气缸的动力输出端，驱动板两端均转动连接有连杆，且连杆自由端与爪子一端转动连接。

在本发明较佳的技术方案中，所述爪子内侧还固设有弹性片。

在本发明较佳的技术方案中，所述安装板上还固设有监视识别板和第一监控相机，且监视识别板与第一监控相机电性连接。

在本发明较佳的技术方案中，所述底板上还固设有控制机构，控制机构包括总控制箱和第二监控相机，总控制箱固设于底板上，第二监控相机固设于总控制箱一侧，且第二监控相机与总控制箱电性连接。

本发明的有益效果为：

1、本发明提出的一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，可实现隧道掌子面钻爆施工中钻孔及抓药的自动化、智能化施工，大大提升了隧道循环施工效率，减少了掌子面围岩暴露时长，减少了隧道掌子面施工作业人数，从而提升隧道施工的安全性。

2、采用仿生足结构，行进时可翻越一定的障碍物，且在打钻时可在隧道掌子面不平整的地形中与地面形成良好的抓地力。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人的立体结构示意图；

图2是图1中机械抓手的结构示意图。

图中：

1、底板；2、行走机构；21、腿部连接件；22、前脚趾；23、后脚趾；24、液压杆；3、钻孔机构；31、手臂组件；311、第一旋转底座；312、第一旋转台；313、大臂；314、第二旋转台；32、液压电机；33、定位套管；34、钻杆；35、送药杆；4、炸药安装机构；41、第二旋转底座；42、可伸缩杆；43、万向转轴；44、安装板；45、机械抓手；451、气缸；452、支撑杆；453、爪子；454、驱动板；455、连杆；456、弹性片；46、炸药仓；47、监视识别板；48、第一监控相机；5、炸药；6、控制机构；61、总控制箱；62、第二监控相机。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-2所示，实施例中提供了一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，包括底板1、行走机构2、钻孔机构3和炸药安装机构4，行走机构2固设于底板1底部，底板1顶部固设有钻孔机构3和炸药安装机构4，钻孔机构3包括手臂组件31、液压电机32、定位套管33和钻杆34，手臂组件31固设于底板1上，且液压电机32与手臂组件31固定连接，定位套管33固设于液压电机32一侧，钻杆34设置于定位套管33内，且钻杆34与液压电机32的动力输出轴固定连接，炸药安装机构4包括第二旋转底座41、可伸缩杆42、万向转轴43、安装板44、机械抓手45和炸药仓46，第二旋转底座41固设于底板1上，可伸缩杆42两端均固设有万向转轴43，且其中一个万向转轴43与第二旋转底座41固定连接，另一个万向转轴43与安装板44固定连接，安装板44底部固设有两个机械抓手45，第二旋转底座41一侧还设置有炸药仓46，且炸药仓46固设于底板1上，炸药5设置于炸药仓46内。

本实施例中，底板1为平板结构，且底板1呈Y形，用于承载工作机械。行走机构2固设于底板1的底部，用于驱动装置行进。钻孔机构3用于在隧道掌子面上钻设安装孔，炸药安装机构4能够将炸药5安置于安装孔内，无需人工操作，降低的工人的劳动强度，并提高了隧道施工的安全性。其中，手臂组件31用于调节液压电机32的位置，使得定位套管33能够与掌子面上的待钻孔位置对齐，同时定位套管33与钻杆34同轴设置，定位套管33能够对钻杆34的钻进方向进行导向，以避免钻孔过程中钻进角度出现偏差，液压电机32用于驱动钻杆34转动对掌子面钻孔。第二旋转底座41固定在底板1的其中一个拐角处，且第二旋转底座41能够转动一定的角度，进而带动可伸缩杆42在平面内转动，其与可伸缩杆42相互配合，用以调节机械抓手45的位置，机械抓手45用于从炸药仓46内抓取炸药5，并将其安置在安装孔内。可伸缩杆42的长度可任意调节，从而能够适应复杂的施工环境。

具体的，行走机构2包括两个以上的仿生足，仿生足包括腿部连接件21、前脚趾22、后脚趾23和液压杆24，腿部连接件21固设于底板1底部，腿部连接件21两侧分别转动连接有两个前脚趾22和一个后脚趾23，前脚趾22和后脚趾23上均转动连接有液压杆24，且液压杆24自由端与腿部连接件21转动连接。

本实施例中，仿生足共设置有4个，且4个仿生足分两排固设在底板1的底部。腿部连接件21呈T型结构，且腿部连接件21的腹板与底板1垂直设置。液压杆24用于驱动前脚趾22和后脚趾23转动，进而能够将腿部连接件21顶起并向前方移动，以达到在行进过程中翻越一定的障碍物的效果。仿生足结构的最大向内弯曲角135°，最大向外弯曲角-35°，使得在打钻时，前脚趾22和后脚趾23能够适应隧道掌子面附近不平整的地面并形成良好的抓地力，提供输送炸药过程中平稳的输送平台，以避免装置晃动，造成钻孔歪斜的情况。同时在机器人行走过程中，采用液压杆24作为避震系统，可以减少脚部落地产生较大的冲击力。

具体的，手臂组件31包括第一旋转底座311、第一旋转台312、大臂313和第二旋转台314，第一旋转底座311固设于底板1上，第一旋转底座311上固设有第一旋转台312，第二旋转台314设置于第一旋转台312上方，且大臂313一端与第一旋转台312转动连接，大臂313另一端与第二旋转台314转动连接，液压电机32固设于第二旋转台314上。

本实施例中，第一旋转底座311固定在底板1的另一个拐角处，第一旋转底座311能够转动一定的角度，进而带动钻杆34的朝向发生改变，进而达到调节钻孔角度的效果。第一旋转台312和第二旋转台314的侧面均固设有微型电机，大臂313的两端分别与其中一个微型电机的动力输出轴固定连接，从而通过控制微型电机转动，能够调节大臂313的转角，以改变液压电机32的高度，进而达到调节钻孔高度的效果。此外，微型电机还能够带动第二旋转台314绕大臂313顶端转动，以调节钻杆34的施工倾角。

具体的，钻杆34为具有钢制螺旋旋挖钻头的钻杆。本实施例中，通过选用具有钢制螺旋旋挖钻头的钻杆，便于钻孔过程中形成的渣石排出，避免在孔内堆积，影响钻孔效率。

具体的，液压电机32另一侧设置有送药杆35，且送药杆35与液压电机32的动力输出轴固定连接。

本实施例中，液压电机32为双头液压电机，其两侧分别具有一个动力输出轴，且钻杆34和送药杆35分别与其中一个动力输出轴固定连接。送药杆35可以选用PP或PVC材质的杆件，具有防静电效果，且送药杆35用于将机械抓手45上夹持的炸药5推入到钻好的安装孔内。

具体的，机械抓手45包括气缸451、支撑杆452、爪子453、驱动板454和连杆455，气缸451固设于安装板44底部，气缸451两侧对称设置有支撑杆452，支撑杆452一端与安装板44固定连接，支撑杆452另一端与爪子453转动连接，驱动板454固设于气缸451的动力输出端，驱动板454两端均转动连接有连杆455，且连杆455自由端与爪子453一端转动连接。

本实施例中，气缸451用于为夹持过程提供动力。支撑杆452垂直固设于安装板44的底部，且支撑杆452的自由端连接在爪子453靠近顶端一侧的三等分点上，使得爪子453可以绕着连接点旋转。气缸451能够推动驱动板454在竖直方向上移动，进而能够通过连杆455带动爪子453转动，以实现夹持功能。

具体的，爪子453内侧还固设有弹性片456。本实施例中，爪子453和弹性片456均选用PP或PVC材质的杆件，具有防静电效果。当炸药5倍夹持住时，弹性片456位于炸药5的下方，通过设置弹性片456，能够对夹持住的炸药5进行限位，以防止炸药5滑落。

具体的，安装板44上还固设有监视识别板47和第一监控相机48，且监视识别板47与第一监控相机48电性连接。本实施例中，监视识别板47上搭载有图像识别系统，能够识别图像信息，其与第一监控相机48配合，用于判断机械抓手45上是否夹持有炸药5，进而发出指令以驱使爪子453夹取炸药5。第一监控相机48上还固设有照明光源，起到照明的作用。

具体的，底板1上还固设有控制机构6，控制机构6包括总控制箱61和第二监控相机62，总控制箱61固设于底板1上，第二监控相机62固设于总控制箱61一侧，且第二监控相机62与总控制箱61电性连接。本实施例中，总控制箱61同时与行走机构2、钻孔机构3和炸药安装机构4电性连接，用于驱动装置工作。且总控制箱61内也搭载有图像识别系统，能够识别图像信息，其与第二监控相机62配合，用于识别前进方向上的路况信息，并能够得到待施工掌子面上的图像信息，进而使得钻孔机构3定位准确。第二监控相机48上也固设有照明光源。总控制箱61包括依次电性连接的电源模块、主板模块和红外传感器模块，电源模块主要用于提供钻孔及输送炸药的电流输出，同时配备相应的接电装置以满足液压电机32及行走机构2的供电需求，主板模块上主要搭载有机器人行走及图像识别程序，用以控制行走机构2行走，并识别第二监控相机62拍摄到的图像信息，红外传感器模块用于连接隧道外的终端系统，在面临突发情况时可采用红外感应控制机器。

工作原理：使用时，由第二监控相机62识别前方的路况信息，并控制行走机构2工作，此时前脚趾22和后脚趾23上的液压杆24依次工作，从而驱动装置前进，当装置运动至待施工的掌子面处时，装置停止运动，然后由总控制箱61控制第一旋转底座311转动，使得钻杆34朝向掌子面一侧，同时，第一旋转台312和第二旋转台314一侧的微型电机启动，使得大臂313转动以调解钻杆34的高度以及钻杆34的倾角，并使得定位套管33与待钻孔位置对齐，此时启动液压电机32，液压电机32带动钻杆34钻孔，待到钻孔完成后，控制第一旋转台312转动，使得送药杆35一端朝向掌子面，并与安装孔对齐，同时控制炸药安装机构4启动，由第一监控相机48检测两个爪子453之间是否有炸药5，若无，则由第二旋转底座41和可伸缩杆42相互配合，使得机械抓手45运动至炸药仓46内，并由监视识别板47控制气缸451启动，气缸451带动驱动板454移动，并通过连杆455带动爪子453夹持住炸药5，然后第二旋转底座41和可伸缩杆42相互配合，使得机械抓手45运动至送药杆35的正前方，此时液压电机32启动带动送药杆35将炸药5推入到安装孔内，完成炸药的安装过程。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，包括底板(1)、行走机构(2)、钻孔机构(3)和炸药安装机构(4)，其特征在于：行走机构(2)固设于底板(1)底部，底板(1)顶部固设有钻孔机构(3)和炸药安装机构(4)，钻孔机构(3)包括手臂组件(31)、液压电机(32)、定位套管(33)和钻杆(34)，手臂组件(31)固设于底板(1)上，且液压电机(32)与手臂组件(31)固定连接，定位套管(33)固设于液压电机(32)一侧，钻杆(34)设置于定位套管(33)内，且钻杆(34)与液压电机(32)的动力输出轴固定连接，炸药安装机构(4)包括第二旋转底座(41)、可伸缩杆(42)、万向转轴(43)、安装板(44)、机械抓手(45)和炸药仓(46)，第二旋转底座(41)固设于底板(1)上，可伸缩杆(42)两端均固设有万向转轴(43)，且其中一个万向转轴(43)与第二旋转底座(41)固定连接，另一个万向转轴(43)与安装板(44)固定连接，安装板(44)底部固设有两个机械抓手(45)，第二旋转底座(41)一侧还设置有炸药仓(46)，且炸药仓(46)固设于底板(1)上，炸药(5)设置于炸药仓(46)内。

2.根据权利要求1所述的一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，其特征在于：所述行走机构(2)包括两个以上的仿生足，仿生足包括腿部连接件(21)、前脚趾(22)、后脚趾(23)和液压杆(24)，腿部连接件(21)固设于所述底板(1)底部，腿部连接件(21)两侧分别转动连接有两个前脚趾(22)和一个后脚趾(23)，前脚趾(22)和后脚趾(23)上均转动连接有液压杆(24)，且液压杆(24)自由端与腿部连接件(21)转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，其特征在于：所述手臂组件(31)包括第一旋转底座(311)、第一旋转台(312)、大臂(313)和第二旋转台(314)，第一旋转底座(311)固设于所述底板(1)上，第一旋转底座(311)上固设有第一旋转台(312)，第二旋转台(314)设置于第一旋转台(312)上方，且大臂(313)一端与第一旋转台(312)转动连接，大臂(313)另一端与第二旋转台(314)转动连接，所述液压电机(32)固设于第二旋转台(314)上。

4.根据权利要求1所述的一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，其特征在于：所述钻杆(34)为具有钢制螺旋旋挖钻头的钻杆。

5.根据权利要求1所述的一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，其特征在于：所述液压电机(32)另一侧设置有送药杆(35)，且送药杆(35)与液压电机(32)的动力输出轴固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，其特征在于：所述机械抓手(45)包括气缸(451)、支撑杆(452)、爪子(453)、驱动板(454)和连杆(455)，气缸(451)固设于所述安装板(44)底部，气缸(451)两侧对称设置有支撑杆(452)，支撑杆(452)一端与安装板(44)固定连接，支撑杆(452)另一端与爪子(453)转动连接，驱动板(454)固设于气缸(451)的动力输出端，驱动板(454)两端均转动连接有连杆(455)，且连杆(455)自由端与爪子(453)一端转动连接。

7.根据权利要求6所述的一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，其特征在于：所述爪子(453)内侧还固设有弹性片(456)。

8.根据权利要求1所述的一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，其特征在于：所述安装板(44)上还固设有监视识别板(47)和第一监控相机(48)，且监视识别板(47)与第一监控相机(48)电性连接。

9.根据权利要求1所述的一种隧道钻孔并识别输送炸药的智能机器人，其特征在于：所述底板(1)上还固设有控制机构(6)，控制机构(6)包括总控制箱(61)和第二监控相机(62)，总控制箱(61)固设于底板(1)上，第二监控相机(62)固设于总控制箱(61)一侧，且第二监控相机(62)与总控制箱(61)电性连接。

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