CN116356826A - 一种钻孔灌注桩施工机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻孔灌注桩施工机器人及方法，包括基座部分以及安装在所述基座部分上端的机械部分；所述基座部分包括基座、安装在所述基座上的椭圆轨道单元以及安装在所述椭圆轨道单元上的机械底座单元；所述椭圆轨道单元包括四组椭圆轨道组，每组分别包括内外对应的内部椭圆轨道与外部椭圆轨道；所述机械部分包括安装于所述基座下部右侧的单个椭圆轨道组上具有的机械安装座上的汽车吊机械臂以及依次安装于所述基座上部从右至左三个椭圆轨道组上具有的机械安装座上的振动起吊机械臂、旋挖机机械臂、挖机机械臂。本发明通过将各个施工流程实施机械组合在一个装置上，实现钻孔灌注桩全流程一体化，大幅节省施工时间，提高效率及空间利用率。

Description

一种钻孔灌注桩施工机器人及方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种钻孔灌注桩施工机器人，同时还涉及一种钻孔灌注桩施工方法。

背景技术

钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，现有钻孔灌注桩施工过程中常常需要许多工人操纵多辆机器进行协同作业，其中因每台机器大小、形态、功能均不同，需要的施工位置也不尽相同，切换工序准备场地需要耗费大量财力物力，因此需要一种集合钻孔灌注桩施工全流程功能的钻孔灌注桩施工机器人及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻孔灌注桩施工机器人，可通过将各个施工流程实施机械组合在一个装置上，实现钻孔灌注桩全流程一体化，大幅节省施工时间，提高效率及空间利用率。

本发明的另一个目的在于提供了一种钻孔灌注桩施工方法，可直接应用在现有钻孔灌注桩施工中，通过一套集合化的施工流程，机器人上的各流程机构配合完成施工，有效提高钻孔灌注桩的与效率及成品的标准化、稳定性。

为进一步实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钻孔灌注桩施工机器人，包括作为主体的基座部分以及安装在所述基座部分上端的机械部分；所述基座部分包括基座、安装在所述基座上的椭圆轨道单元以及安装在所述椭圆轨道单元上的机械底座单元；

所述椭圆轨道单元包括四组椭圆轨道组，每组分别包括内外对应的内部椭圆轨道与外部椭圆轨道，四组椭圆轨道组中的三组对称分布于基座上半部分，另外一组竖向安装于基座下半部分右侧；

所述机械底座单元包括分别安装在所述外部椭圆轨道与内部椭圆轨道上的一个第一电动小车，两个所述第一电动小车上安装有第一液压转盘，所述第一液压转盘上安装有机械安装座；

所述机械部分包括安装于所述基座下部右侧的单个椭圆轨道组上具有的机械安装座上的汽车吊机械臂以及依次安装于所述基座上部从右至左三个椭圆轨道组上具有的机械安装座上的振动起吊机械臂、旋挖机机械臂、挖机机械臂，所述振动起吊机械臂的吊臂下端安装有振动锤。

可选地，所述基座部分还包括检测下放单元，所述检测下放单元由位于所述基座中部的中部圆形开口构成主体，所述中部圆形开口将基座上下打通，形成一个圆形通道，所述圆形通道中部朝向基座内开设有内侧矩形开槽，所述内侧矩形开槽内部设有两条横向轨道，所述轨道上安装有第二电动小车；两个所述第二电动小车通过辅助下放座连接形成一条可在中部圆形开口内横向移动的横杆；

位于所述中部圆形开口上端两侧在基座表面上安装有两个电动绞盘，其中一个所述电动绞盘与超声成孔成槽检测仪连接，另一个与操控沉渣厚度检测仪连接。

可选地，所述基座部分还包括液压支腿单元，所述液压支腿单元由安装于所述基座四角的八组支腿组成，每组所述支腿分别由横向液压支腿与竖向液压支腿组成，所述横向液压支腿安装于基座上，所述竖向液压支腿安装于横向液压支腿末端。

可选地，所述基座部分还包括底部铲土单元，所述底部铲土单元包括安装于所述基座底部前后两侧的两组铲土机构，每一组所述铲土机构均包括安装于基座底部的提升油缸以及安装于提升油缸上的推土铲。

可选地，所述基座部分上端还安装有混凝土灌注部分，所述混凝土灌注部分位于所述基座下部左侧，所述述混凝土灌注部分包括两条第一H型钢轨道，两条所述第一H型钢轨道尾部覆盖在中部圆形开口两侧，每一条所述第一H型钢轨道上均安装有两个第三电动小车，所述第三电动小车上端安装有第一电动推杆，四个所述第一电动推杆上端安装有漏斗状的混凝土倒料斗。

进一步地，两条所述第一H型钢轨道中间安装有一条第二H型钢轨道，所述第二H型钢轨道头部与第一H型钢轨道平齐，尾部靠近中部圆形开口，且位于电动绞盘后方；所述第二H型钢轨道上安装有两个第四电动小车，所述第四电动小车上端安装有第二电动推杆，两个所述第二电动推杆上端安装有与第二H型钢轨道同一方向的混凝土输入轨道。

可选地，所述基座部分的下端安装有履带部分，所述履带部分由通过第二液压转盘安装于基座底部的三组行走履带构成主体，三组所述行走履带与位于所述基座上部的三个机械臂、下部的汽车吊机械臂以及混凝土倒料斗相对应安装。

可选地，所述基座部分的下端安装有底部辅助部分，所述底部辅助部分由安装于基座、且位于中部圆形开口底部周围的外部圆形轨道与内部圆形轨道构成主体，

所述外部圆形轨道上安装有一组第五电动小车，所述内部圆形轨道上安装有三组第五电动小车，所述第五电动小车上均设微型旋转电机；

位于所述外部圆形轨道上的一组第五电动小车与内部圆形轨道的两组电动小车相对位置可对应形成两条直线，每条直线上三个所述第五电动小车均安装第三电动推杆，位于所述外部圆形轨道上的第三电动推杆上安装有第四电动推杆，位于所述内部圆形轨道上的第三电动推杆上安装有圆形夹具。

进一步地，位于所述内部圆形轨道上的另外一组第五电动小车上安装有振动电机安装座，所述第五电动小车通过微型旋转电机与振动电机安装座连接；所述振动电机安装座一侧安装有振动电机，另一侧安装有第五电动推杆，所述第五电动推杆末端连接有混凝土振捣棒。

相应的，本发明还要求保护一种钻孔灌注桩施工方法，包括以下步骤：

S1、场地平整，提前准备：通过提升油缸降下推土铲再通过行走履带使机器人对场地进行推土平整，完毕后升起推土铲，同时施工人员对桩孔利用全站仪进行定位，并提前设置钢筋笼存放处、泥浆池；

S2、桩孔定位，设备固定：通过行走履带控制机器人移动至桩孔定位位置，使桩孔中部对齐中部圆形开口圆心，先控制液压支腿单元伸出横向液压支腿，再伸出竖向液压支腿至与地面接触固定；

S3、钢护筒埋设：先控制挖机机械臂下方的第一电动小车使其移动至靠近中部圆形开口位置，再控制挖机机械臂在中部圆形开口下方孔位处地面挖出一米浅坑，再退回挖机机械臂，同理控制振动起吊机械臂靠近中部圆形开口，通过控制振动起吊机械臂上的振动锤夹取钢护筒并将其垂直移至桩孔上方，吊装到位后将钢护筒直接振动压入土中，最后移回振动起吊机械臂并再次移入挖机机械臂对护筒外侧浅坑用粘土填满，压实，完毕后移回挖机机械臂；

S4、旋挖机钻孔：通过第一电动小车控制旋挖机机械臂移动靠近中部圆形开口，并将泥浆池管道通过泥浆连接管道与旋挖机机械臂钻头连接，将旋挖机机械臂钻头中心对准钻孔中心进行钻孔，完毕后移回旋挖机机械臂；

S5、成孔检查：将超声成孔成槽检测仪探头与电动绞盘绳索末端连接，通过第二电动小车移出辅助下放座，将绳索穿过辅助下放座上方与侧面定滑轮，同时开启超声成孔成槽检测仪与电动绞盘对孔位、孔径、孔深和倾斜度进行检查，确认成孔指标满足规范要求，完毕后控制电动绞盘收回探头，然后控制第二电动小车将辅助下放座移回原位；

S6、钢筋笼吊放与固定：控制第一电动小车将汽车吊机械臂移动至中部圆形开口附近位置，通过汽车吊机械臂抓取钢筋笼并竖直放入桩孔中，下放至一定高度后控制第五电动小车在外部圆形轨道与内部圆形轨道上形成三点一线，控制第三电动推杆将第四电动推杆推至指定高度，控制第四电动推杆伸出穿过两个圆形夹具与钢筋笼，实现钢筋笼的支撑固定，然后再调运另一个钢筋笼对此钢筋笼进行精确对准，完成对准后收起下方支撑固定机构，并同理依次逐节下放，完成后将汽车吊机械臂移回原位；

S7、导管安装：与上方钢筋笼同理，通过汽车吊机械臂抓取导管，垂直放入桩孔后通过支撑固定机构进行支撑固定，然后依次逐节下放，完成后将汽车吊机械臂移回原位；

S8、沉渣厚度检查：将操控沉渣厚度检测仪探头与电动绞盘绳索末端连接，通过第二电动小车移出辅助下放座，将绳索穿过辅助下放座上方与侧面定滑轮，同时开启操控沉渣厚度检测仪与电动绞盘对摩擦桩沉渣厚度及桩径沉渣厚度进行检查，如厚度大于标准值则利用导管进行二次清孔，全部合格后控制电动绞盘收回探头，然后控制第二电动小车将辅助下放座移回原位；

S9、混凝土浇筑：控制第三电动小车带动混凝土倒料斗在第一H型钢轨道上移动至末端中部圆形开口上方对准桩孔，再控制第一电动推杆收起使混凝土倒料斗下降直至其下方出料口能够将混凝土直接倒入桩孔中，然后再控制第二电动推杆升起至混凝土倒料斗上方，最后通过混凝土搅拌车将混凝土倒入混凝土输入轨道、再到混凝土倒料斗最后再到桩孔中进行浇筑；

S10、判断孔深深度：若施工孔深在混凝土振捣棒施工范围内，可控制第五电动小车上方微型电机将振动电机安装座上具有的混凝土振捣棒一侧旋转至中部圆形开口内侧，再控制第五电动推杆将混凝土振捣棒深入浇筑的混凝土中，启动振动电机带动混凝土振捣棒振动，对混凝土进行振捣，浇筑振捣完毕后以相反的方式收回振捣结构与混凝土浇筑结构，最后通过汽车吊机械臂移至中部圆形开口处拔出导管及钢护筒，至此整个钻孔灌注桩流程结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、相较于现有技术的由各施工员驾驶分布于施工现场各处的机械进行施工，本发明通过四组椭圆轨道组将四种施工机械组合起来，使得整个施工流程更加紧凑，同时各施工机械施工时不会因为空间占位造成干扰。

2、相较于现有技术流程中的工人将检测机构搬运至孔上方安装进行检测，检测完后拆下重新放回原处，效率低下且运输安装调整位置耗时较多，本发明通过可移动辅助下放座与固定的电动绞盘、超声成孔成槽检测仪、操控沉渣厚度检测仪配合，使得钻孔灌注桩流程中的检测流程也能集成在基座上，当需要使用检测时可以直接移出辅助下放座，还可根据成孔位置不同微调辅助下放座具体位置，有效提高桩孔检测范围，快捷高效，而不检测时则可直接将辅助下放座收入内侧矩形开槽内部，不影响其他流程机械施工，省时省力。

3、相较于现有技术的汽车吊固定与推土机平整施工，本发明将推土功能整合在基座前后两侧，使得整个平整过程也能包括在机器人施工流程中，有效提高施工效率，因为推土机构设置于基座底部，相较于基座上方已安装满的各机械结构，则有效利用了基座下方的空余空间，有效提高整机空间利用率，而安装于基座四角的八组液压支腿则可确保该较重机械在固定时的稳定性。

4、相较于现有技术还需单独运输固定混凝土倒料斗和混凝土输入轨道，费时费力，本发明通过将混凝土倒料装置直接整合在基座上，省去了倒料装置的存储过程，再通过第一H型钢轨道、第一电动推杆的设计，使混凝土倒料斗能迅速移动到桩孔上方放下，配合第二H型钢轨道、第二电动推杆使混凝土输入轨道将混凝土搅拌车与倒料斗连接起来，省去了倒料装置的固定过程，实现混凝土从混凝土搅拌车到混凝土输入轨道、再到混凝土倒料斗再到桩孔的快速转运灌注。

5、相较于现有技术的人工插钢条辅助支撑固定钢筋笼，人工振捣混凝土等工序流程，本发明通过将底部辅助部分设计在基座中部圆形开口底部外侧，其上的可旋转、可收缩的电动小车、圆形双轨道、旋转电机、电动推杆机构，配合三点一线的由第四电动推杆与圆形夹具形成的组合，使得本发明的固定支撑杆可自动支撑固定中部圆形开口下、桩孔内各个角度的钢筋笼，此种方式便捷且覆盖范围大，有效提高效率；而内部圆形轨道上的振动电机与混凝土振捣棒机构则在电动小车、微型旋转电机、第五电动推杆配合下实现了振动工作与停止收起便捷切换，同时还可根据需要在内部圆形轨道或外部圆形轨道上增设该机构的数目，有效提高混凝土振捣效率。

附图说明

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

图1为本发明整体结构俯视示意图；

图2为本发明整体结构仰视示意图；

图3为本发明基座部分整体结构示意图；

图4为本发明椭圆轨道单元结构示意图；

图5为本发明机械底座单元结构示意图；

图6为本发明检测下放单元结构示意图；

图7为本发明液压支腿单元与底部铲土单元结构示意图；

图8为本发明机械部分结构示意图；

图9为本发明混凝土灌注部分结构示意图；

图10为本发明履带部分结构示意图；

图11为本发明底部辅助部分整体结构示意图；

图12为本发明底部辅助部分整体结构仰视图。

附图标记说明：

1000-基座部分：

1001-基座；

1100-椭圆轨道单元；

1101-外部椭圆轨道；1102-内部椭圆轨道；

1200-机械底座单元；

1201-第一电动小车；1202-第一液压转盘；1203-机械安装座；

1300-检测下放单元；

1301-电动绞盘；1302a-超声成孔成槽检测仪；1302b-操控沉渣厚度检测仪；1303a-中部圆形开口；1303b-内侧矩形开槽；1304-第二电动小车；1305-辅助下放座；1306-定滑轮；

1400-液压支腿单元；

1401-横向液压支腿；1402-竖向液压支腿；

1500-底部铲土单元；

1501-提升油缸；1502-推土铲；

2000-机械部分：

2100-汽车吊机械臂；

2200-振动起吊机械臂；2201-振动锤；

2300-旋挖机机械臂；2301-泥浆连接管道；

2400-挖机机械臂；

3000-混凝土灌注部分：

3101-第一H型钢轨道；3102-第三电动小车；3103-第一电动推杆；3104-混凝土倒料斗；

3201-第二H型钢轨道；3202-第四电动小车；3203-第二电动推杆；3204-混凝土输入轨道；

4000-履带部分：

4001-行走履带；4002-第二液压转盘；

5000-底部辅助部分：

5001-外部圆形轨道；5002-内部圆形轨道；5003-第五电动小车；5004-第三电动推杆；

5101-第四电动推杆；5102-圆形夹具；

5201-振动电机安装座；5202-振动电机；5203-第五电动推杆；5204-混凝土振捣棒。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施示例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种钻孔灌注桩施工机器人，由图1、图2所示，包括作为主体的基座部分1000，基座部分1000上端安装有机械部分2000与混凝土灌注部分3000，基座部分1000下端安装有履带部分4000与底部辅助部分5000。

由图3所示，基座部分1000包括基座1001、椭圆轨道单元1100、机械底座单元1200、检测下放单元1300、液压支腿单元1400、底部铲土单元1500。

由图4所示，椭圆轨道单元1100包括四组椭圆轨道组，每组分别由内外对应的内部椭圆轨道1102与外部椭圆轨道1101组成；四组椭圆轨道组中的三组对称分布于基座1001上半部分，另外一组竖向安装于基座1001下半部分右侧，设置该结构的目的是，作为整个机械部分2000的安装底座轨道，上部三个椭圆轨道用于安装较小的机械臂，而需要占据大量空间的汽车吊机械臂2100则由下部右侧的一组椭圆轨道组承担，同时下部空余位置可以用于安装混凝土灌注部分3000，实现空间的有效利用，这样的结构设计使四组机械臂配合四组椭圆轨道组既能分步完成功能，又能在基座1001上移动而互不干扰，相较于现有技术由各施工员驾驶分布于施工现场各处的机械进行施工，本发明通过四组椭圆轨道组将四种施工机械组合起来，使得整个施工流程更加紧凑，同时各施工机械施工时不会因为空间占位造成干扰。

由图5所示，机械底座单元1200从下至上依次由第一电动小车1201、第一液压转盘1202、机械安装座1203构成；第一液压转盘1202下端安装有两个第一电动小车1201，上端安装有机械安装座1203；其中，电动小车为一种通用件，可利用电能带动其上构件在轨道上行走；两个第一电动小车1201分别安装在椭圆轨道单元1100的外部椭圆轨道1101与内部椭圆轨道1102上，此处将轨道设计为椭圆的目的是，因本发明在基座1001上半部分设置有三个施工机械臂，虽然此三种施工机械臂所需空间相较下部分的汽车吊机械臂2100较小，但仍会占据大量空间，因此需要工作状态下与非工作状态下的两个机械臂相隔距离最大，以此减小机械臂之间的干扰，而上部三个椭圆轨道单元1100长轴末端对准中部圆形开口1303a，当需要施工时机械臂移至长轴末端即可最靠近中部圆形开口1303a，而此时其余两机械臂移至其椭圆轨道长轴相较中部圆形开口1303a较远的一端，即可确保施工机械臂与非施工机械臂之间距离最远，使其相互之间不会互相干扰；其中，位于外部椭圆轨道1101与内部椭圆轨道1102上的两个第一电动小车1201不同步移动，两个第一电动小车1201到达最远端的先后顺序不作限定，但最终停止位置均在最远端；而汽车吊机械臂2100的椭圆轨道竖直安设于中部圆形开口1303a下部右部则是因为汽车吊机械臂2100会占据大量横向空间，当其不使用时处于其椭圆轨道长轴较中部圆形开口1303a远处末端，即可与其他机械臂保持最大距离，当需要工作时移至椭圆轨道另一端即可距中部圆形开口1303a距离最近；机械安装座1203上端可用于安装机械部分2000的各机械臂机构；设置该单元的目的是通过第一电动小车1201在椭圆轨道上行走，进而带动上方机械臂沿椭圆轨道移动，同时第一液压转盘1202可带动机械安装座1203转动进而带动其上机械臂转动，实现各机械臂之间的避让、转向、交替施工等。

由图6所示，检测下放单元1300由位于基座1001中部的中部圆形开口1303a构成主体，中部圆形开口1303a直接将基座1001上下打通，形成一个圆形通道，同时该圆形通道中部朝向基座1001内开设有内侧矩形开槽1303b，该开槽内部设有两条横向轨道，轨道上安装有第二电动小车1304；两个第二电动小车1304通过辅助下放座1305连接形成一条可在中部圆形开口1303a内横向移动的横杆；辅助下放座1305中部顶端和左右两侧分别安装有一个定滑轮1306；位于中部圆形开口1303a上端两侧在基座1001表面上各安装有一个电动绞盘1301；其中的一个电动绞盘1301与超声成孔成槽检测仪1302a连接，另一个与操控沉渣厚度检测仪1302b连接；可选地，超声成空成槽检测仪1302a型号为TS-K100DC(B)，生产厂家为武汉天宸伟业物探科技有限公司；操控沉渣厚度检测仪1302b型号为TS-K100CZ(A)，生产厂家为武汉天宸伟业物探科技有限公司；设置该结构的目的是当不需要进行下放检测工作时，控制第二电动小车1304在内侧矩形开槽1303b中的横向轨道上行走，带动辅助下放座1305移动至内侧矩形开槽1303b内部，使得整个中部圆形开口1303a完全贯通，各种机械可从基座1001上方对中部圆形开口1303a的下方进行施工作业；当需要进行下放检测工作时，控制第二电动小车1304在内侧矩形开槽1303b中的横向轨道上行走，带动辅助下放座1305移动至中部圆形开口1303a中部，再将与需要检测项目如超声成孔成槽检测、操控沉渣厚度检测连接的电动绞盘1301的下放绳穿过辅助下放座1305顶端与左侧或右侧的定滑轮1306放入下放孔中进行检测，下放绳末端连接有探头；其中，电动绞盘1301为一种通用件，可通过电力下放和拉起绳索；相较于现有技术流程中的工人将检测机构搬运至孔上方安装进行检测，检测完后拆下重新放回原处，效率低下且运输安装调整位置耗时较多，本发明通过可移动辅助下放座1305与固定的电动绞盘1301、超声成孔成槽检测仪1302a、操控沉渣厚度检测仪1302b配合，使得钻孔灌注桩流程中的检测流程也能集成在基座1001上，当需要使用检测时可以直接移出辅助下放座1305，还可根据成孔位置不同微调辅助下放座1305具体位置，有效提高桩孔检测范围，快捷高效，而不检测时则可直接将辅助下放座1305收入内侧矩形开槽1303b内部，不影响其他流程机械施工，省时省力。

由图7所示，液压支腿单元1400由安装于基座1001四角的八组支腿组成，每组支腿分别由横向液压支腿1401与竖向液压支腿1402组成；横向液压支腿1401安装于基座1001上；竖向液压支腿1402安装于横向液压支腿1401末端；设置该结构的目的是，当整个机器人移动到指定位置时，通过从基座1001四角向外伸出横向液压支腿1401，再从横向液压支腿1401末端向下伸出竖向液压支腿1402至地面进行固定，当施工完毕后或需要移动机器人时，先向上收起竖向液压支腿1402，再向基座1001收起横向液压支腿1401以节省空间；底部铲土单元1500包括安装于基座1001底部前后两侧的两组铲土机构，每一组铲土机构均由安装于基座1001底部的提升油缸1501与安装于提升油缸1501上的推土铲1502组成；设置该结构的目的是，当进行土地平整流程的时候，可控制提升油缸1501放下推土铲1502至地面对地面进行推土平整工作，当结束时可控制提升油缸1501收起推土铲1502；相较于现有技术的汽车吊固定与推土机平整施工，本发明将推土功能整合在基座1001前后两侧，使得整个平整过程也能包括在机器人施工流程中，有效提高施工效率，因为推土机构设置于基座1001底部，相较于基座1001上方已安装满的各机械结构，则有效利用了基座1001下方的空余空间，有效提高整机空间利用率，而安装于基座1001四角的八组液压支腿则可确保该较重机械在固定时的稳定性。

由图8所示，机械部分2000包括汽车吊机械臂2100、振动起吊机械臂2200、旋挖机机械臂2300、挖机机械臂2400；汽车吊机械臂2100安装于基座1001下部右侧的单个椭圆轨道组上的机械安装座1203上，而振动起吊机械臂2200、旋挖机机械臂2300、挖机机械臂2400则相应的依次安装于基座1001上部从右至左三个椭圆轨道组上的机械安装座1203上；振动起吊机械臂2200吊臂下端安装有振动锤2201；旋挖机机械臂2300两侧布设有泥浆连接管道2301，泥浆连接管道2301安装在基座1001上；设置该结构的目的是，通过将四种不同的机械臂整合安装在四组机械底座单元1200上，使得各个功能流程的机械臂能切换工作互不干扰，如当需要使用汽车吊机械臂2100时，控制其底部的第一液压转盘1202转动，配合下方第一电动小车1201在椭圆轨道单元1100上移动，调整吊臂位置，使其能够位于基座1001中部的中部圆形开口1303a上方，并将钢筋笼吊入中部圆形开口1303a下方的桩孔内，当工作完毕后则调整第一液压转盘1202转动配合下方第一电动小车1201使得汽车吊机械臂2100能恢复原位，节省出施工空间供其他三组机械臂进行施工，而其他三组机械臂移动定位方式与汽车吊机械臂2100相同，均为对准基座1001的中部圆形开口1303a施工，功能则是振动起吊机械臂2200带动其上振动锤2201将钢护筒震入中，旋挖机机械臂2300对桩孔进行旋挖，配合两端泥浆连接管道2301将孔内泥浆排出，挖机机械臂2400用于在插入钢护筒前在桩孔定位处挖出一米深的浅坑。

由图1、图9所示，混凝土灌注部分3000整体位于基座部分1000中部下方左侧，其由安装于基座1001上端的第一H型钢轨道3101与第二H型钢轨道3201构成底座；第一H型钢轨道3101由两个H型钢构成，长度较长，尾部覆盖在中部圆形开口1303a两侧；第二H型钢轨道3201位于两条第一H型钢轨道3101中间，长度较短，头部与第一H型钢轨道3101平齐，尾部靠近中部圆形开口1303a，且位于电动绞盘1301后方；每一条第一H型钢轨道3101上均设有两个第三电动小车3102，两车相距较近；第二H型钢轨道3201上设有两个第四电动小车3202，两车相距较远；第三电动小车3102上端安装有第一电动推杆3103，第四电动小车3202上方安装有第二电动推杆3203；两组第一电动推杆3103上端安装有漏斗状的混凝土倒料斗3104；两个第二电动推杆3203上端安装有与第二H型钢轨道3201同一方向的混凝土输入轨道3204；其中，电动推杆为一种通用件，可通过电力使其输出轴末端伸长或缩短；开始混凝土灌注流程前，混凝土倒料斗3104初始位置位于基座1001外侧，混凝土输入轨道3204位于混凝土倒料斗3104下方，当需要进行混凝土灌注时，控制第三电动小车3102带动混凝土倒料斗3104在第一H型钢轨道3101上移动至末端中部圆形开口1303a上方对准桩孔，再控制第一电动推杆3103收起使混凝土倒料斗3104下降直至其下方出料口能够将混凝土直接倒入桩孔中，然后再控制第二电动推杆3203升起至混凝土倒料斗3104上方，即可通过两端电动推杆不同伸长量调整混凝土输入轨道3204倾斜度，还可根据需要通过第四电动小车3202调整混凝土输入轨道在第二H型钢轨道3201上的位置；相较于现有技术还需单独运输固定混凝土倒料斗3104和混凝土输入轨道，费时费力，本发明通过将混凝土倒料装置直接整合在基座1001上，省去了倒料装置的存储过程，再通过第一H型钢轨道3101、第一电动推杆3103的设计，使混凝土倒料斗3104能迅速移动到桩孔上方放下，配合第二H型钢轨道3201、第二电动推杆3203使混凝土输入轨道3204将混凝土搅拌车与倒料斗连接起来，省去了倒料装置的固定过程，实现混凝土从混凝土搅拌车到混凝土输入轨道3204、再到混凝土倒料斗3104再到桩孔的快速转运灌注，整个流程流畅迅速，省时省力。

由图10所示，履带部分4000由通过第二液压转盘4002安装于基座1001底部的三组行走履带4001构成主体，三组行走履带4001相对位置与基座1001上部的三个机械臂、下部的机械臂和混凝土倒料斗相对应，直接承载上方大质量机构的重力，提高了装置整体的稳定性。

由图2、图11、图12所示，底部辅助部分5000由安装于基座1001的中部圆形开口1303a底部周围的外部圆形轨道5001与内部圆形轨道5002构成主体；外部圆形轨道5001上安装有一组第五电动小车5003，内部圆形轨道5002上安装有三组第五电动小车5003；第五电动小车5003上均设微型旋转电机，通过微型旋转电机与上方构件如第三电动推杆5004、振动电机安装座5201相连，使其上构件全部可旋转，进而带动安装于第三电动推杆5004、振动电机安装座5201上的部件跟着一并旋转；外部圆形轨道5001上的一组第五电动小车5003与内部圆形轨道5002的两组电动小车5003相对位置可对应形成两条直线，每条直线上三个第五电动小车5003均安装有第三电动推杆5004，位于外部圆形轨道5001上的第三电动推杆5004上安装有第四电动推杆5101，位于内部圆形轨道5002上的第三电动推杆5004上安装有圆形夹具5102；设置该结构的目的是，通过可在外部圆形轨道5001与内部圆形轨道5002上移动的第五电动小车5003配合其上的微型旋转电机、第三电动推杆5004，使得第四电动推杆5101能在升高降低后其推杆端均可推入推出两个圆形夹具5102形成的直线轨道中，最终形成的两根穿过中部圆形开口1303a下方的固定支撑杆，用于穿过钢筋笼对其进行支撑，应用在钢筋笼对接流程中的下方钢筋笼支撑固定，此时钢筋笼大部分已进入桩孔中，因此能稳定连接钢筋笼；另外一组位于内部圆形轨道5002上的第五电动小车5003上设有振动电机安装座5201，第五电动小车5003通过微型旋转电机与振动电机安装座5201相连接；振动电机安装座5201上一侧设有振动电机5202，另一侧设有第五电动推杆5203；第五电动推杆5203末端连接有混凝土振捣棒5204；设置该结构的目的是，当需要振捣混凝土时，控制第五电动小车5003上方微型电机将振动电机安装座5201上具有的混凝土振捣棒5204一侧旋转至中部圆形开口1303a内侧，在控制第五电动推杆5203将混凝土振捣棒5204深入浇筑的混凝土中，启动振动电机5202带动混凝土振捣棒5204振动，对混凝土进行振捣，此处需要说明的是，可根据实际需要增加该组振动机构在内部或外部椭圆轨道上的数量，当不需要振捣时，控制第五电动小车5003上方微型电机将振动电机安装座5201上具有的混凝土振捣棒5204一侧旋转移出中部圆形开口1303a内侧，使其不会对中部圆形开口1303a形成的圆形轨道造成干扰；相较于现有技术的人工插钢条辅助支撑固定钢筋笼，人工振捣混凝土等工序流程，本发明通过将底部辅助部分5000设计在基座1001中部圆形开口1303a底部外侧，其上的可旋转、可收缩的电动小车、圆形双轨道、旋转电机、电动推杆机构，配合三点一线的由第四电动推杆5101与圆形夹具5102形成的组合，使得本发明的由第四电动推杆5101的推杆端延伸至两个圆形夹具5102形成的直线轨道中，进而形成的固定支撑杆可自动支撑固定中部圆形开口1303a下、桩孔内各个角度的钢筋笼，此种方式便捷且覆盖范围大，有效提高效率；而内部圆形轨道5002上的振动电机5202与混凝土振捣棒5204机构则在电动小车、微型旋转电机、第五电动推杆5203配合下实现了振动工作与停止收起便捷切换，同时还可根据需要在内部圆形轨道5002或外部圆形轨道5001上增设该机构的数目，有效提高混凝土振捣效率。

一种钻孔灌注桩施工方法，参看图1-12，其步骤是：

S1、场地平整，提前准备。通过提升油缸1501降下推土铲1502再通过行走履带4001使机器人对场地进行推土平整，完毕后升起推土铲1502，同时施工人员对桩孔利用全站仪进行定位，并提前设置钢筋笼存放处、泥浆池等机构。

S2、桩孔定位，设备固定。通过行走履带4001控制机器人移动至桩孔定位位置，使桩孔中部对齐中部圆形开口1303a圆心，先控制液压支腿单元1400伸出横向液压支腿1401，再伸出竖向液压支腿1402至与地面接触固定。

S3、钢护筒埋设。先控制挖机机械臂2400下方的第一电动小车1201使其移动至靠近中部圆形开口1303a位置，再控制挖机机械臂2400在中部圆形开口1303a下方孔位处地面挖出一米浅坑，再退回挖机机械臂2400，同理控制振动起吊机械臂2200靠近中部圆形开口1303a，通过控制振动起吊机械臂2200上的振动锤2201夹取钢护筒并将其垂直移至桩孔上方，吊装到位后将钢护筒直接振动压入土中，最后移回振动起吊机械臂2200并再次移入挖机机械臂2400对护筒外侧浅坑用粘土填满，压实，完毕后移回挖机机械臂2400。

S4、旋挖机钻孔。通过第一电动小车1201控制旋挖机机械臂2300移动靠近中部圆形开口1303a，并将泥浆池管道通过泥浆连接管道2301与旋挖机机械臂2300钻头连接，将旋挖机机械臂2300钻头中心对准钻孔中心进行钻孔，完毕后移回旋挖机机械臂2300。

S5、成孔检查。将超声成孔成槽检测仪1302a探头与电动绞盘1301绳索末端连接，通过第二电动小车1304移出辅助下放座1305，将绳索穿过辅助下放座1305上方与侧面定滑轮1306，同时开启超声成孔成槽检测仪1302a与电动绞盘1301对孔位、孔径、孔深和倾斜度进行检查，确认成孔指标满足规范要求，完毕后控制电动绞盘1301收回探头，然后控制第二电动小车1304将辅助下放座1305移回原位。

S6、钢筋笼吊放与固定。控制第一电动小车1201将汽车吊机械臂2100移动至中部圆形开口1303a附近位置，通过汽车吊机械臂2100抓取钢筋笼并竖直放入桩孔中，下放至一定高度后控制第五电动小车5003在外部圆形轨道5001与内部圆形轨道5002上形成三点一线，控制第三电动推杆5004将第四电动推杆5101推至指定高度，控制第四电动推杆5101伸出穿过两个圆形夹具5102与钢筋笼，实现钢筋笼的支撑固定，然后再调运另一个钢筋笼对此钢筋笼进行精确对准，完成对准后收起下方支撑固定机构，并同理依次逐节下放，完成后将汽车吊机械臂2100移回原位。

S7、导管安装。与上方钢筋笼同理，通过汽车吊机械臂2100抓取导管，垂直放入桩孔后通过支撑固定机构进行支撑固定，然后依次逐节下放，完成后将汽车吊机械臂2100移回原位。

S8、沉渣厚度检查。将操控沉渣厚度检测仪1302b探头与电动绞盘1301绳索末端连接，通过第二电动小车1304移出辅助下放座1305，将绳索穿过辅助下放座1305上方与侧面定滑轮1306，同时开启操控沉渣厚度检测仪1302b与电动绞盘1301对摩擦桩沉渣厚度及桩径沉渣厚度进行检查，如厚度大于标准值则利用导管进行二次清孔，全部合格后控制电动绞盘1301收回探头，然后控制第二电动小车1304将辅助下放座1305移回原位。

S9、混凝土浇筑。控制第三电动小车3102带动混凝土倒料斗3104在第一H型钢轨道3101上移动至末端中部圆形开口1303a上方对准桩孔，再控制第一电动推杆3103收起使混凝土倒料斗3104下降直至其下方出料口能够将混凝土直接倒入桩孔中，然后再控制第二电动推杆3203升起至混凝土倒料斗3104上方，最后通过混凝土搅拌车将混凝土倒入混凝土输入轨道3204、再到混凝土倒料斗3104最后再到桩孔中进行浇筑；

S10、孔深深度检测：同时如果施工孔深若在混凝土振捣棒5204施工范围内，可控制第五电动小车5003上方微型电机将振动电机安装座5201上具有的混凝土振捣棒5204一侧旋转至中部圆形开口1303a内侧，再控制第五电动推杆5203将混凝土振捣棒5204深入浇筑的混凝土中，启动振动电机5202带动混凝土振捣棒5204振动，对混凝土进行振捣，浇筑振捣完毕后以相反的方式收回振捣结构与混凝土浇筑结构，最后通过汽车吊机械臂2100移至中部圆形开口1303a处拔出导管及钢护筒，至此整个钻孔灌注桩流程结束。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种钻孔灌注桩施工机器人，其特征在于，包括作为主体的基座部分(1000)以及安装在所述基座部分(1000)上端的机械部分(2000)；所述基座部分(1000)包括基座(1001)、安装在所述基座(1001)上的椭圆轨道单元(1100)以及安装在所述椭圆轨道单元(1100)上的机械底座单元(1200)；

所述椭圆轨道单元(1100)包括四组椭圆轨道组，每组分别包括内外对应的内部椭圆轨道(1102)与外部椭圆轨道(1101)，四组椭圆轨道组中的三组对称分布于基座(1001)上半部分，另外一组竖向安装于基座(1001)下半部分右侧；

所述机械底座单元(1200)包括分别安装在所述外部椭圆轨道(1101)与内部椭圆轨道(1102)上的一个第一电动小车(1201)，两个所述第一电动小车(1201)上安装有第一液压转盘(1202)，所述第一液压转盘(1202)上安装有机械安装座(1203)；

所述机械部分(2000)包括安装于所述基座(1001)下部右侧的单个椭圆轨道组上具有的机械安装座(1203)上的汽车吊机械臂(2100)以及依次安装于所述基座(1001)上部从右至左三个椭圆轨道组上具有的机械安装座(1203)上的振动起吊机械臂(2200)、旋挖机机械臂(2300)、挖机机械臂(2400)，所述振动起吊机械臂(2200)的吊臂下端安装有振动锤(2201)。

2.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩施工机器人，其特征在于，所述基座部分(1000)还包括检测下放单元(1300)，所述检测下放单元(1300)由位于所述基座(1001)中部的中部圆形开口(1303a)构成主体，所述中部圆形开口(1303a)将基座(1001)上下打通，形成一个圆形通道，所述圆形通道中部朝向基座(1001)内开设有内侧矩形开槽(1303b)，所述内侧矩形开槽(1303b)内部设有两条横向轨道，所述轨道上安装有第二电动小车(1304)；两个所述第二电动小车(1304)通过辅助下放座(1305)连接形成一条可在中部圆形开口(1303a)内横向移动的横杆；

位于所述中部圆形开口(1303a)上端两侧在基座(1001)表面上安装有两个电动绞盘(1301)，其中一个所述电动绞盘(1301)与超声成孔成槽检测仪(1302a)连接，另一个与操控沉渣厚度检测仪(1302b)连接。

3.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩施工机器人，其特征在于，所述基座部分(1000)还包括液压支腿单元(1400)，所述液压支腿单元(1400)由安装于所述基座(1001)四角的八组支腿组成，每组所述支腿分别由横向液压支腿(1401)与竖向液压支腿(1402)组成，所述横向液压支腿(1401)安装于基座(1001)上，所述竖向液压支腿(1402)安装于横向液压支腿(1401)末端。

4.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩施工机器人，其特征在于，所述基座部分(1000)还包括底部铲土单元(1500)，所述底部铲土单元(1500)包括安装于所述基座(1001)底部前后两侧的两组铲土机构，每一组所述铲土机构均包括安装于基座(1001)底部的提升油缸(1501)以及安装于提升油缸(1501)上的推土铲(1502)。

5.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩施工机器人，其特征在于，所述基座部分(1000)上端还安装有混凝土灌注部分(3000)，所述混凝土灌注部分(3000)位于所述基座(1001)下部左侧，所述述混凝土灌注部分(3000)包括两条第一H型钢轨道(3101)，两条所述第一H型钢轨道(3101)尾部覆盖在中部圆形开口(1303a)两侧，每一条所述第一H型钢轨道(3101)上均安装有两个第三电动小车(3102)，所述第三电动小车(3102)上端安装有第一电动推杆(3103)，四个所述第一电动推杆(3103)上端安装有漏斗状的混凝土倒料斗(3104)。

6.根据权利要求5所述的钻孔灌注桩施工机器人，其特征在于，两条所述第一H型钢轨道(3101)中间安装有一条第二H型钢轨道(3201)，所述第二H型钢轨道(3201)头部与第一H型钢轨道(3101)平齐，尾部靠近中部圆形开口(1303a)，且位于电动绞盘(1301)后方；所述第二H型钢轨道(3201)上安装有两个第四电动小车(3202)，所述第四电动小车(3202)上端安装有第二电动推杆(3203)，两个所述第二电动推杆(3203)上端安装有与第二H型钢轨道(3201)同一方向的混凝土输入轨道(3204)。

7.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩施工机器人，其特征在于，所述基座部分(1000)的下端安装有履带部分(4000)，所述履带部分(4000)由通过第二液压转盘(4002)安装于基座(1001)底部的三组行走履带(4001)构成主体，三组所述行走履带(4001)与位于所述基座(1001)上部的三个机械臂、下部的汽车吊机械臂以及混凝土倒料斗相对应安装。

8.根据权利要求1所述的钻孔灌注桩施工机器人，其特征在于，所述基座部分(1000)的下端安装有底部辅助部分(5000)，所述底部辅助部分(5000)由安装于基座(1001)、且位于中部圆形开口(1303a)底部周围的外部圆形轨道(5001)与内部圆形轨道(5002)构成主体，

所述外部圆形轨道(5001)上安装有一组第五电动小车(5003)，所述内部圆形轨道(5002)上安装有三组第五电动小车(5003)，所述第五电动小车(5003)上均设微型旋转电机；

位于所述外部圆形轨道(5001)上的一组第五电动小车(5003)与内部圆形轨道(5002)的两组电动小车(5003)相对位置可对应形成两条直线，每条直线上三个所述第五电动小车(5003)均安装第三电动推杆(5004)，位于所述外部圆形轨道(5001)上的第三电动推杆(5004)上安装有第四电动推杆(5101)，位于所述内部圆形轨道(5002)上的第三电动推杆(5004)上安装有圆形夹具(5102)。

9.根据权利要求8所述的钻孔灌注桩施工机器人，其特征在于，位于所述内部圆形轨道(5002)上的另外一组第五电动小车(5003)上安装有振动电机安装座(5201)，所述第五电动小车(5003)通过微型旋转电机与振动电机安装座(5201)连接；所述振动电机安装座(5201)一侧安装有振动电机(5202)，另一侧安装有第五电动推杆(5203)，所述第五电动推杆(5203)末端连接有混凝土振捣棒(5204)。

10.一种钻孔灌注桩施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、场地平整，提前准备：通过提升油缸(1501)降下推土铲(1502)再通过行走履带(4001)使机器人对场地进行推土平整，完毕后升起推土铲(1502)，同时施工人员对桩孔利用全站仪进行定位，并提前设置钢筋笼存放处、泥浆池；

S2、桩孔定位，设备固定：通过行走履带(4001)控制机器人移动至桩孔定位位置，使桩孔中部对齐中部圆形开口(1303a)圆心，先控制液压支腿单元(1400)伸出横向液压支腿(1401)，再伸出竖向液压支腿(1402)至与地面接触固定；

S3、钢护筒埋设：先控制挖机机械臂(2400)下方的第一电动小车(1201)使其移动至靠近中部圆形开口(1303a)位置，再控制挖机机械臂(2400)在中部圆形开口(1303a)下方孔位处地面挖出一米浅坑，再退回挖机机械臂(2400)，同理控制振动起吊机械臂(2200)靠近中部圆形开口(1303a)，通过控制振动起吊机械臂(2200)上的振动锤(2201)夹取钢护筒并将其垂直移至桩孔上方，吊装到位后将钢护筒直接振动压入土中，最后移回振动起吊机械臂(2200)并再次移入挖机机械臂(2400)对护筒外侧浅坑用粘土填满，压实，完毕后移回挖机机械臂(2400)；

S4、旋挖机钻孔：通过第一电动小车(1201)控制旋挖机机械臂(2300)移动靠近中部圆形开口(1303a)，并将泥浆池管道通过泥浆连接管道(2301)与旋挖机机械臂(2300)钻头连接，将旋挖机机械臂(2300)钻头中心对准钻孔中心进行钻孔，完毕后移回旋挖机机械臂(2300)；

S5、成孔检查：将超声成孔成槽检测仪(1302a)探头与电动绞盘(1301)绳索末端连接，通过第二电动小车(1304)移出辅助下放座(1305)，将绳索穿过辅助下放座(1305)上方与侧面定滑轮(1306)，同时开启超声成孔成槽检测仪(1302a)与电动绞盘(1301)对孔位、孔径、孔深和倾斜度进行检查，确认成孔指标满足规范要求，完毕后控制电动绞盘(1301)收回探头，然后控制第二电动小车(1304)将辅助下放座(1305)移回原位；

S6、钢筋笼吊放与固定：控制第一电动小车(1201)将汽车吊机械臂(2100)移动至中部圆形开口(1303a)附近位置，通过汽车吊机械臂(2100)抓取钢筋笼并竖直放入桩孔中，下放至一定高度后控制第五电动小车(5003)在外部圆形轨道(5001)与内部圆形轨道(5002)上形成三点一线，控制第三电动推杆(5004)将第四电动推杆(5101)推至指定高度，控制第四电动推杆(5101)伸出穿过两个圆形夹具(5102)与钢筋笼，实现钢筋笼的支撑固定，然后再调运另一个钢筋笼对此钢筋笼进行精确对准，完成对准后收起下方支撑固定机构，并同理依次逐节下放，完成后将汽车吊机械臂(2100)移回原位；

S7、导管安装：与上方钢筋笼同理，通过汽车吊机械臂(2100)抓取导管，垂直放入桩孔后通过支撑固定机构进行支撑固定，然后依次逐节下放，完成后将汽车吊机械臂(2100)移回原位；

S8、沉渣厚度检查：将操控沉渣厚度检测仪(1302b)探头与电动绞盘(1301)绳索末端连接，通过第二电动小车(1304)移出辅助下放座(1305)，将绳索穿过辅助下放座(1305)上方与侧面定滑轮(1306)，同时开启操控沉渣厚度检测仪(1302b)与电动绞盘(1301)对摩擦桩沉渣厚度及桩径沉渣厚度进行检查，如厚度大于标准值则利用导管进行二次清孔，全部合格后控制电动绞盘(1301)收回探头，然后控制第二电动小车(1304)将辅助下放座(1305)移回原位；

S9、混凝土浇筑：控制第三电动小车(3102)带动混凝土倒料斗(3104)在第一H型钢轨道(3101)上移动至末端中部圆形开口(1303a)上方对准桩孔，再控制第一电动推杆(3103)收起使混凝土倒料斗(3104)下降直至其下方出料口能够将混凝土直接倒入桩孔中，然后再控制第二电动推杆(3203)升起至混凝土倒料斗(3104)上方，最后通过混凝土搅拌车将混凝土倒入混凝土输入轨道(3204)、再到混凝土倒料斗(3104)最后再到桩孔中进行浇筑；

S10、判断孔深深度：若施工孔深在混凝土振捣棒(5204)施工范围内，可控制第五电动小车(5003)上方微型电机将振动电机安装座(5201)上具有的混凝土振捣棒(5204)一侧旋转至中部圆形开口(1303a)内侧，再控制第五电动推杆(5203)将混凝土振捣棒(5204)深入浇筑的混凝土中，启动振动电机(5202)带动混凝土振捣棒(5204)振动，对混凝土进行振捣，浇筑振捣完毕后以相反的方式收回振捣结构与混凝土浇筑结构，最后通过汽车吊机械臂(2100)移至中部圆形开口(1303a)处拔出导管及钢护筒，至此整个钻孔灌注桩流程结束。

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