CN1601047A - 管道安装钻孔机器人 - Google Patents
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Abstract
一种管道安装钻孔机器人，其特征是：钻头旋转机构由驱动电轴7与导向轴套2键连接构成；钻头的轴向进给驱动机构包括与外壳固定的进给油缸、通过止推轴承与导向轴套连接并位于进给油缸内的活塞套，通过进给油缸活塞的往复运动由活塞套通过止推轴承带动导向轴套及钻头往复运动；在外壳的分别布置有至少一组沿径向设置的前掌5组和后掌13组，所述前掌或后掌的掌端伸出外壳，通过活塞的往复运动完成径向伸缩；电轴通过活塞杆连接位于步进油缸12内的活塞，该活塞通过与前掌或后掌油缸活塞运动的选择搭配，完成机器人的前进、后退及转向。本机器人能在公路下面钻出管道孔，消除了管线槽的开挖对公路的破坏。
Description
技术领域
从产业上讲，用于水、电、气管道安装工程领域。从技术上讲，属于钻探及机器人结合的领域。
技术背景
目前墙壁钻孔有冲击钻，地质钻孔有牙轮钻，修铁路打隧道有盾构机。但是，我们经常看到在安装水、电、气管路时，如果需要横穿公路，只能将公路挖槽，铺好后又补上，一条道路常常到处被挖出断裂带。因此需要一种不挖断道路，而完成管道横过公路的装置，而这种装置现尚未出现。
发明内容
本发明的目的是提供一种为管道安装钻孔的机器人，用于在已修好的公路下横向钻孔，完成水、电、气管路从地下过公路而不破坏公路的任务。一般钻孔的直径为φ100～200mm，钻孔长度可达50m。
本发明的技术内容为：一种管道安装钻孔机器人，包括钻头，钻头旋转及轴向进给驱动机构、外壳及液(气)压控制机构，由水泵及输送管道构成的冲泥浆机构；其特征是：钻头旋转机构由驱动电轴与导向轴套键连接构成，钻头固定在导向轴套的前端；钻头的轴向进给驱动机构包括与外壳固定的进给油缸、通过止推轴承与导向轴套连接并位于进给油缸内的活塞套，通过进给油缸活塞的往复运动由活塞套通过止推轴承带动导向轴套及钻头往复运动；在外壳的分别布置有至少一组沿径向设置的前掌组和后掌组，所述前掌或后掌的掌端伸出外壳，掌端通过活塞杆与位于油缸内的活塞连接，通过活塞的往复运动完成前掌或后掌的径向伸缩；电轴的另一端通过活塞杆连接位于步进油缸内的活塞，该活塞通过与前掌或后掌油缸活塞运动的选择搭配，完成机器人的前进、后退及转向。
上述机器人的前爬程序为：后掌伸出抓住孔壁，前掌缩回放松，步进油缸伸长带动机器人前部向前爬行一步，前掌伸出抓住孔壁，后掌缩回放松，步进油缸活塞收缩带动机器后部向前爬行一步，后掌伸出抓住孔壁，至此，完成向前爬行一步，向后爬行的道理是一样的。
附图说明
图1为管道钻孔机器人的轴向截面图。
图中，管道钻孔机器人(图10)由下列零部件组成：1-钻头，2-导向轴，3-止推轴承，4-进给油缸，5-前掌，6-前掌油缸，7-电轴，8-长套管，9-连轴节，10-水泵，11-油泵，12-步进油缸，13-后掌，14-后掌油缸，15-激光管，16-监测器，17-微机。
具体实施方式
参见附图，机器人由4个前掌和4个后掌顶住孔壁定位、夹紧在孔内。在开始无孔时，用一段钢管孔代替，待机器人后掌进入所钻孔后，进入正常工作。
所述后掌通过条形孔伸出壳体外，其驱动油缸14与步进油缸12的缸体连接在一起，使后掌在条形孔内随驱动油缸14带动下一起轴向移动。
钻头的转动由电轴经过花键副带动导向轴完成，达到只传递力矩不影响钻头轴向移动。钻头向前进给由进给油缸套式活塞，经止推轴承带动导向套完成，达到只传递轴向运动不影响导向套转动。
油泵和水泵作成一体。由长套管与整个机器人连成整体。由电轴的右轴经连轴节带动油泵和水泵转动。
由激光管发出与整个机器人轴线平行的激光束监测机器人走向的直线性，激光束长50m，光斑射到双层CCD面阵上，由微机计算钻出孔的轴线误差曲线，并适时校正。
钻孔方法为，钻头1由螺纹，圆柱面、端面定位，夹紧在导向轴2上。由于直径限制，原动机采用电轴7，电轴7经花键轴带动钻头1转动，实现钻削。由油泵11输来的压力油经换向阀驱动进给油缸4的活塞，经止推轴承副3，带动导向轴2、钻头1轴向进给。电轴7的右输出轴经连轴节9带动水泵10，油泵11转动。为缩短轴向长度，将水泵和油泵作成一体。另外，为整体性，采用刚性长套管8将整个机器人连在一起，进给油缸4、前掌油缸6、电轴7、水泵10、油泵11均用螺钉固定在长套管8上，由于步进需要，后掌油缸16与长套9可沿轴向滑动。
整个机器人在孔内的定位和夹紧由一前掌组和一后掌组完成，每组前掌分别由4个径向均布前掌5和4个后掌13构成，各掌分别由油缸驱动，各油缸活塞均有位移传感器，将位移输送给微机，以保证各掌同步伸缩。
在钻孔时，当进给油缸4的活塞走完后，机器人需要向前爬行一步。此外，当出现意外等原因，机器人需要向后爬出来。现以向前爬行为例，叙述爬行程序。将进给油缸4接通油池，缩回前掌5，微机控制步进油缸12右腔进油，活塞推动整个机器人向前爬行一步，此时，长套8带动前掌，进给油缸4的缸体，电轴7、水泵10、油泵11均爬行了一步，但钻头1及导向套2、止推轴承3，轴向回位。伸出前掌5，抓住孔壁，后掌缩回放松，步进油缸活塞12收缩，带动后掌13前进一步，后掌伸出抓住孔壁。至此，向前爬行一步完毕。
在打孔时，由水泵10将带压的水冲向钻头，一方面冷却钻头，一方面将泥浆带出孔外。
为监测打孔的直线度，在机器人尾部装有激光管15，它可发出平行于打孔轴线的激光束，光束照到具有两片CCD面阵16的监测仪上，前边一片中心打有小孔，并将仪器16的前CCD片的小孔对准激光束，使激光束通过前片照到第2片CCD上，由此可测出，并由微机算出孔的轴线偏斜度，由微机向前掌的相应油缸补入压力油逐步校正回来。
本管道钻孔机器人的外形尺寸为φ100～200mm，长度约1～1.5m，理论上可以打50m深的孔，如果增强激光管的光束长度，还可以打更深的孔。
Claims (7)
1.一种管道安装钻孔机器人，包括钻头，钻头旋转及轴向进给驱动机构、外壳及液(气)压控制机构，由水泵及输送管道构成的冲泥浆机构；其特征是：钻头旋转机构由驱动电轴(7)与导向轴套(2)键连接构成，钻头(1)固定在导向轴套的前端；钻头的轴向进给驱动机构包括与外壳固定的进给油缸、通过止推轴承与导向轴套连接并位于进给油缸内的活塞套，通过进给油缸活塞的往复运动由活塞套通过止推轴承带动导向轴套及钻头往复运动；在外壳的分别布置有至少一组沿径向设置的前掌(5)组和后掌(13)组，所述前掌或后掌的掌端伸出外壳，掌端通过活塞杆与位于油缸内的活塞连接，通过活塞的往复运动完成前掌或后掌的径向伸缩；电轴的另一端通过活塞杆连接位于步进油缸(12)内的活塞，该活塞通过与前掌或后掌油缸活塞运动的选择搭配，完成机器人的前进、后退及转向。
2.根据权利要求1所述的管道安装钻孔机器人，其特征在于：机器人的爬行机构由前掌，步进油缸(12)及后掌组成。前爬程序为：后掌伸出抓住孔壁，前掌缩回放松，步进油缸活塞伸长带动机器人前部向前爬行一步，前掌伸出抓住孔壁，后掌缩回放松，步进油缸活塞收缩，带动机器人后部向前爬行一步，后掌伸出，抓住孔壁，至此，完成向前爬行一步。
3.根据权利要求1所述的管道安装钻孔机器人，其特征在于机器人由4个径向布置的前掌和4个径向布置的后掌顶住孔壁定位，夹紧在孔内；在开始无孔时，用一段钢管孔代替，待机器人后掌进入所钻孔后，进入正常工作。
4.根据权利要求1所述的管道安装钻孔机器人，其特征在于：所述后掌通过条形孔伸出壳体外，其驱动油缸(14)与步进油缸(12)的缸体连接在一起，使后掌在条形孔内在驱动油缸(14)带动下一起轴向移动。
5、根据权利要求1所述的管道安装钻孔机器人，其特征在于：控制各油缸工作的油泵(11)或/和冲泥浆机构的水泵(10)由电轴(7)带动转动。
6.根据权利要求1所述的管道安装钻孔机器人，其特征在于：油泵(11)和水泵(10)作成一体，由长套管与整个机器人连成整体。
7.根据权利要求1所述的管道安装钻孔机器人，其特征在于：在机器人的末端安装激光管(15)，由双层CCD面阵接收激光管发出的与整个机器人轴线平行的激光束监测机器人走向的直线性的光斑信号，由微机根据误差情况，并对液(气)压控制机构发指令完成对机器人的适时校正控制。
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