CN209755214U - 一种适于盾构使用的检测/换刀机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适于盾构使用的检测/换刀机器人，解决的技术问题是现有刀具检测与换刀工作主要依赖人工作业，安全隐患大，易出现人员伤亡等重大安全事故。本实用新型包括底盘系统，所述的底盘系统上设有刀具和悬挂支架，所述的悬挂支架上设有末端执行机构。本实用新型通过检测/换刀机器人的底盘系统上的移动腿实现爬行过程中的换步，进而实现检测/换刀机器人在刀盘上的前后左右移动，进而到达刀盘上的任意位置；通过检测/换刀机器人携带的检测器检测到需要更换的刀具并进行机器人换刀。

Description

一种适于盾构使用的检测/换刀机器人

技术领域

本实用新型涉及隧道施工领域，具体涉及一种适于盾构使用的检测/换刀机器人。

背景技术

全断面掘进机施工过程中刀具消耗大、更换频繁，目前刀具检测及换刀作业时间占隧道施工周期的10%以上，现有刀具检测与换刀工作主要依赖人工作业，大埋深、高水压等施工环境下作业安全隐患大，易出现人员伤亡等重大安全事故。“检测难、换刀险”的国际性行业难题已成为制约复杂地质条件下隧道施工安全与效率的主要因素。因此，以高效安全的“机器换人”作业模式实现刀具检测与换刀作业势在必行。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是现有刀具检测与换刀工作主要依赖人工作业，安全隐患大，易出现人员伤亡等重大安全事故，提供一种高效快速、利用机器人检测和换刀、适于盾构使用的检测/换刀机器人。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：一种适于盾构使用的检测/换刀机器人，包括底盘系统，所述的底盘系统上设有刀具和悬挂支架，所述的悬挂支架上设有末端执行机构。

所述的底盘系统上设有刀具卡具，刀具通过刀具卡具与底盘系统连接。

所述的底盘系统包括支撑框架，支撑框架外侧设有齿条和滑槽，与齿条相配合设有若干个移动腿；每根齿条上至少设有三个移动腿。

所述的支撑框架为方形框架，方形框架四周均设有齿条，每根齿条上设有三个移动腿，所述的支撑框架前侧的齿条上的三个移动腿分别为IV号移动腿、V号移动腿和VI号移动腿，支撑框架后侧的齿条与其前侧的齿条对称设置；所述的支撑框架右侧的齿条上的三个移动腿分别为I号移动腿、II号移动腿和III号移动腿，支撑框架左侧的齿条与其右侧的齿条对称设置。

所述的移动腿包括上支腿和下支腿，下支腿套接在上支腿内，下支腿为伸缩支腿；所述的上支腿上端设有齿轮，与齿轮相配合设有电机，所述的上支腿的一侧设有滑块；所述的齿轮与齿条啮合连接，所述的滑块与滑槽相配合。

所述的下支腿下端设有电磁铁片。

所述的支撑框架底部设有传感器或摄像头或高压水管。

所述的末端执行机构包括并联平台，并联平台上部与悬挂支架连接、下部设有I号油缸、夹抓和II号油缸；所述的夹爪包括铰接连接的I号夹抓和II号夹抓；I号油缸的上端、II号油缸的上端和II号夹抓的上端分别与并联平台铰接连接，I号油缸的下端与I号夹抓铰接连接， II号油缸的下端与II号夹抓铰接连接。

一种适于盾构使用的检测/换刀机器人的使用方法，其特征在于包括以下步骤：①检测刀具：检测/换刀机器人的底盘系统边在刀盘上移动边利用传感器检测刀具；②异常刀具拆卸：当传感器检测到刀盘上的刀具异常需要换刀时，末端执行机构中的I号油缸的上端、II号油缸、号夹抓与号夹抓配合将异常刀具拆卸下来；③安装新的刀具：末端执行机构将底盘系统上携带的新的刀具安装到步骤②中异常刀具拆卸下来的位置，完成刀具的更换。

步骤①所述的检测/换刀机器人的底盘系统在刀盘上的移动包括前后移动和左右移动，向前移动时包括以下步骤：a、初始状态下， I号移动腿、II号移动腿和III号移动腿分别分布在右侧齿条的后端、中间和前端。

b、右侧齿条带动底盘系统向前半步行走： II号移动腿和III号移动腿的下支腿伸出作为支撑腿，I号移动腿的下支腿缩回，控制II号移动腿和III号移动腿的齿轮转动，I号移动腿的齿轮不转动，这样II号移动腿和III号移动腿齿轮转动带动右侧齿条向前移动半步，右侧齿条移动带动I号移动腿向前运动至与II号移动腿相邻，进而实现底盘系统前半步行走；

c、II号移动腿向前换步：步骤b所述的底盘系统向前移动半步后，I号移动腿和II号移动腿处在右侧齿条的后端，III号移动腿处在右侧齿条的中间，此时，将I号移动腿和III号移动腿的下支腿伸出作为支撑腿，II号移动腿的下支腿缩回，控制I号移动腿和III号移动腿的齿轮不转动，II号移动腿的齿轮转动，这样右侧齿条不动，II号移动腿相对齿条向前运动至与III号移动腿相邻，实现II号移动腿的向前换步；

d、III号移动腿向前换步：步骤c所述的II号移动腿向前换步完成后，I号移动腿处在右侧齿条的后端，II号移动腿和III号移动腿处在右侧齿条的中间，此时，将I号移动腿和II号移动腿的下支腿伸出作为支撑腿，III号移动腿的下支腿缩回，控制I号移动腿和II号移动腿的齿轮不转动，III号移动腿的齿轮转动，这样右侧齿条不动，III号移动腿相对齿条向前运动至与右侧齿条的前端，实现III号移动腿的向前换步；

e、步骤d所述的实现III号移动腿的向前换步后，右侧齿条上的三个移动腿回到步骤a所述的初始状态，循环步骤b~d即可实现检测/换刀机器人的向前行走。

本实用新型通过检测/换刀机器人的底盘系统上的移动腿实现爬行过程中的换步，进而实现检测/换刀机器人在刀盘上的前后左右移动，进而到达刀盘上的任意位置；通过检测/换刀机器人携带的检测器检测到需要更换的刀具并进行机器人换刀，不需要人工再进入大埋深、高水压等施工环境下，减小安全隐患，以高效安全的“机器换人”作业模式实现刀具检测与换刀作业。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型底盘系统结构示意图；

图3是本实用新型底盘系统底部结构示意图；

图4是本实用新型移动腿结构示意图；

图5是本实用新型末端执行机构结构示意图；

图6是本实用新型检测/换刀机器人移动时初始状态下结构示意图；

图7是本实用新型检测/换刀机器人移动时结构示意图之一；

图8是本实用新型检测/换刀机器人移动时结构示意图之二；

图9是本实用新型检测/换刀机器人移动时结构示意图之三；

图10是本实用新型检测/换刀机器人移动时结构示意图之四；

图11是本实用新型检测/换刀机器人移动时结构示意图之五。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图11所示，一种适于盾构使用的检测/换刀机器人，包括底盘系统1，所述的底盘系统1上设有刀具2和悬挂支架101，所述的悬挂支架101上设有末端执行机构3。

所述的底盘系统1上设有刀具卡具102，刀具2通过刀具卡具102与底盘系统1连接。所述的刀具卡具102上设有凹槽，刀具2为滚刀，滚刀刀具两端的刀轴卡接在刀具卡具102的凹槽内。

所述的底盘系统1包括支撑框架1011，支撑框架1011外侧设有齿条103和滑槽1012，与齿条103相配合设有若干个移动腿；每根齿条103上至少设有三个移动腿。

所述的支撑框架1011为方形框架，方形框架四周均设有齿条103，每根齿条103上设有三个移动腿，所述的支撑框架1011前侧的齿条103上的三个移动腿分别为IV号移动腿108、V号移动腿109和VI号移动腿1010，支撑框架1011后侧的齿条103与其前侧的齿条对称设置；所述的支撑框架1011右侧的齿条103上的三个移动腿分别为I号移动腿105、II号移动腿106和III号移动腿107，支撑框架1011左侧的齿条103与其右侧的齿条对称设置。移动腿的数量根据支撑框架的大小和重量进行设置，保证称重伸出状态的移动腿的数量能够承受支撑框架上的负重；本实用新型以每根齿条103上设有三个移动腿为例进行说明。

所述的移动腿包括上支腿1052和下支腿1053，下支腿1053套接在上支腿1052内，下支腿1053为伸缩支腿；所述的上支腿1052上端设有齿轮1051，与齿轮1051相配合设有电机，所述的上支腿1052的一侧设有滑块1054；所述的齿轮1051与齿条103啮合连接，所述的滑块1054与滑槽1012相配合。本实用新型每个移动腿上的齿轮对应设置一个电机，由电机的启停控制齿轮的旋转与停止；使用时，移动腿固定在刀盘上，随着齿条传动，滑块1054在滑槽1012内移动，带动底盘系统移动，进而实现底盘系统的行走。本实用新型上支腿1052上端与上支腿1052内部的上端通过伸缩缸连接，可以实现相对移动。

所述的下支腿1053下端设有电磁铁片1056。设置电磁铁片，通电时，使得本实用新型在电磁铁磁力的作用下吸附在刀盘上，实现本实用新型在竖直方向刀盘上的行走。

所述的支撑框架1011底部设有传感器104或摄像头或高压水管。本实用新型所述的传感器可以是各种传感器，如电涡流传感器、摄像头、高压水管等，电涡流传感器检测到刀具异常时，检测/换刀机器人伸出，采用检测/换刀机器人携带的高压水管将异常刀具冲洗干净并拍照，根据照片判断是否需要换刀。

所述的末端执行机构3包括并联平台301，并联平台301上部与悬挂支架101连接、下部设有I号油缸302、夹抓和II号油缸305；所述的夹爪包括铰接连接的I号夹抓303和II号夹抓304；I号油缸302的上端、II号油缸305的上端和II号夹抓304的上端分别与并联平台301铰接连接，I号油缸302的下端与I号夹抓303铰接连接， II号油缸305的下端与II号夹抓304铰接连接。本实用新型的夹抓为弧形抓，弧形抓中间留有开槽，滚刀刀头卡在弧形抓的开槽内，弧形抓的开槽两侧分别夹持在滚刀的刀肩上，通过对I号油缸302和II号油缸305的控制实现夹爪对滚刀的松开和收紧。本实用新型的并联平台采用六自由度并联平台。

一种适于盾构使用的检测/换刀机器人的使用方法，其特征在于包括以下步骤：①检测刀具：检测/换刀机器人的底盘系统1边在刀盘上移动边利用传感器104检测刀具；②异常刀具拆卸：当传感器104检测到刀盘上的刀具异常需要换刀时，末端执行机构3中的I号油缸302的上端、II号油缸305、1号夹抓303与2号夹抓304配合将异常刀具拆卸下来；③安装新的刀具：末端执行机构3将底盘系统1上携带的新的刀具2安装到步骤②中异常刀具拆卸下来的位置，完成刀具的更换。

步骤①所述的检测/换刀机器人的底盘系统1在刀盘上的移动包括前后移动和左右移动，向前移动时包括以下步骤：a、初始状态下， I号移动腿105、II号移动腿106和III号移动腿107分别分布在右侧齿条的后端、中间和前端；如图6所示。

b、右侧齿条带动底盘系统1向前半步行走： II号移动腿106和III号移动腿107的下支腿伸出作为支撑腿，I号移动腿105的下支腿缩回，如图6所示，控制II号移动腿106和III号移动腿107的齿轮转动，I号移动腿105的齿轮不转动，这样II号移动腿106和III号移动腿107齿轮转动带动右侧齿条向前移动半步，右侧齿条移动带动I号移动腿105向前运动至与II号移动腿106相邻，进而实现底盘系统1前半步行走；如图7所示；

c、II号移动腿106向前换步：步骤b所述的底盘系统1向前移动半步后，I号移动腿105和II号移动腿106处在右侧齿条的后端，III号移动腿107处在右侧齿条的中间，如图7所示，此时，将I号移动腿105和III号移动腿107的下支腿伸出作为支撑腿，II号移动腿106的下支腿缩回，如图8所示，控制I号移动腿105和III号移动腿107的齿轮不转动，II号移动腿106的齿轮转动，这样右侧齿条不动，II号移动腿106相对齿条向前运动至与III号移动腿107相邻，如图9所示，实现II号移动腿106的向前换步；

d、III号移动腿107向前换步：步骤c所述的II号移动腿106向前换步完成后，I号移动腿105处在右侧齿条的后端，II号移动腿106和III号移动腿107处在右侧齿条的中间，此时，将I号移动腿105和II号移动腿106的下支腿伸出作为支撑腿，III号移动腿107的下支腿缩回，如图10所示，控制I号移动腿105和II号移动腿106的齿轮不转动，III号移动腿107的齿轮转动，这样右侧齿条不动，III号移动腿107相对齿条向前运动至与右侧齿条的前端，如图11所示，实现III号移动腿107的向前换步；

e、步骤d所述的实现III号移动腿107的向前换步后，右侧齿条上的三个移动腿回到步骤a所述的初始状态，循环步骤b~d即可实现检测/换刀机器人的向前行走。

本实用新型步骤a~e所述的移动过程在其对称位置设置的移动腿均做出同步动作。本实用新型一个右侧链条的长度为底盘系统1向前移动一步的长度，半个右侧链条的长度为向前移动半步的长度。

本实用新型前后移动时，检测/换刀机器人前侧和后侧的移动腿为缩回状态，不影响其前后移动；左右移动时，检测/换刀机器人左侧和右侧的移动腿为缩回状态，不影响其左右移动；本实用新型检测/换刀机器人的向后、向左和向右行走过程同向前行走的过程，同时本实用新型也可以在底盘系统1上增加旋转机构实现其转向功能。

Claims (8)

1.一种适于盾构使用的检测/换刀机器人，其特征在于：包括底盘系统（1），所述的底盘系统（1）上设有刀具（2）和悬挂支架（101），所述的悬挂支架（101）上设有末端执行机构（3）。

2.根据权利要求1所述的适于盾构使用的检测/换刀机器人，其特征在于：所述的底盘系统（1）上设有刀具卡具（102），刀具（2）通过刀具卡具（102）与底盘系统（1）连接。

3.根据权利要求1所述的适于盾构使用的检测/换刀机器人，其特征在于：所述的底盘系统（1）包括支撑框架（1011），支撑框架（1011）外侧设有齿条（103）和滑槽（1012），与齿条（103）相配合设有若干个移动腿；每根齿条（103）上至少设有三个移动腿。

4.根据权利要求3所述的适于盾构使用的检测/换刀机器人，其特征在于：所述的支撑框架（1011）为方形框架，方形框架四周均设有齿条（103），每根齿条（103）上设有三个移动腿，所述的支撑框架（1011）前侧的齿条（103）上的三个移动腿分别为IV号移动腿（108）、V号移动腿（109）和VI号移动腿（1010），支撑框架（1011）后侧的齿条（103）与其前侧的齿条对称设置；所述的支撑框架（1011）右侧的齿条（103）上的三个移动腿分别为I号移动腿（105）、II号移动腿（106）和III号移动腿（107），支撑框架（1011）左侧的齿条（103）与其右侧的齿条对称设置。

5.根据权利要求3所述的适于盾构使用的检测/换刀机器人，其特征在于：所述的移动腿包括上支腿（1052）和下支腿（1053），下支腿（1053）套接在上支腿（1052）内，下支腿（1053）为伸缩支腿；所述的上支腿（1052）上端设有齿轮（1051），与齿轮（1051）相配合设有电机，所述的上支腿（1052）的一侧设有滑块（1054）；所述的齿轮（1051）与齿条（103）啮合连接，所述的滑块（1054）与滑槽（1012）相配合。

6.根据权利要求5所述的适于盾构使用的检测/换刀机器人，其特征在于：所述的下支腿（1053）下端设有电磁铁片（1056）。

7.根据权利要求3所述的适于盾构使用的检测/换刀机器人，其特征在于：所述的支撑框架（1011）底部设有传感器（104）或摄像头或高压水管。

8.根据权利要求1所述的适于盾构使用的检测/换刀机器人，其特征在于：所述的末端执行机构（3）包括并联平台（301），并联平台（301）上部与悬挂支架（101）连接、下部设有I号油缸（302）、夹爪和II号油缸（305）；所述的夹爪包括铰接连接的I号夹爪（303）和II号夹爪（304）；I号油缸（302）的上端、II号油缸（305）的上端和II号夹爪（304）的上端分别与并联平台（301）铰接连接，I号油缸（302）的下端与I号夹爪（303）铰接连接， II号油缸（305）的下端与II号夹爪（304）铰接连接。