CN212027810U - 一种3d打印地下空间建筑机器人及掘进机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种3D打印地下空间建筑机器人及掘进机。一种3D打印地下空间建筑机器人，包括移动车体，移动车体上转动设置有机器人，所述机器人包括机械臂和执行末端，执行末端与机械臂活动连接，所述执行末端上设有喷浆嘴、图像采集装置和高压水喷嘴，高压水喷嘴与图像采集装置相对应。本实用新型是一种适用于狭小空间下的折叠臂式的3D打印地下空间建筑机器人装置，可用于小直径隧道的洞壁支护、相邻隧道隔墙建设等场合，施工灵活，适用范围广。

Description

一种3D打印地下空间建筑机器人及掘进机

技术领域

本实用新型涉及地下空间施工技术领域，特别是指一种3D打印地下空间建筑机器人及掘进机。

背景技术

随着地下空间开发需求的日益增长出现了越来越多的小直径隧道、异型断面隧道、地下综合管廊的建设需求，地下空间建设特别是暗挖法施工存在空间狭小、物料运输难等问题，大型施工设备无法进入，人力依赖性大且施工环境恶劣。而现有的机器人如申请号为CN201910135849.2的一种3D打印机器人的履带式行走装置及3D打印机器人，结构形式相对复杂、适应性差且不适用于地下空间（隧道、管廊）等施工。

实用新型内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种3D打印地下空间建筑机器人及掘进机，以解决上述技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种3D打印地下空间建筑机器人，包括移动车体，移动车体上转动设置有机器人，所述机器人包括机械臂和执行末端，执行末端与机械臂活动连接，所述执行末端上设有喷浆嘴、图像采集装置和高压水喷嘴，高压水喷嘴与图像采集装置相对应。

所述机械臂包括大臂、折叠臂和小臂，大臂通过滑移回转机构与移动车体相连接，大臂通过1号关节摆动油缸与回转支撑相连接，折叠臂的上部通过2号关节摆动油缸与大臂相连接，折叠臂的下部通过3号关节摆动油缸与小臂相连接，执行末端通过4号关节摆动油缸与小臂相连接。

所述滑移回转机构包括对称设置在移动车体上的滑轨，滑轨上滑动设有滑台，大臂通过回转支撑与滑台相连接，回转支撑与设置在滑台上的回转驱动相连接。

所述滑台上设有行走驱动，行走驱动的输出端设有行走齿轮，行走齿轮与设置在滑轨上的齿条相配合。

所述1号关节摆动油缸、2号关节摆动油缸、3号关节摆动油缸、4号关节摆动油缸、行走驱动和回转驱动的输出轴上均设有编码器。

所述执行末端通过偏摆机构与机械臂相连接；所述偏摆机构包括俯仰支架，俯仰支架与设置在机械臂上的4号关节摆动油缸相连接，所述俯仰支架上设有回转驱动Ⅱ和偏摆支架，偏摆支架与回转驱动Ⅱ相连接，偏摆支架与执行末端相连接。

所述偏摆支架上设有5号摆动油缸，执行末端与5号摆动油缸相连接。

所述执行末端上还设有补光灯，补光灯与图像采集装置相对应，所述喷浆嘴通过管道与外部储浆源相连接，所述高压水喷嘴通过管路与外部储水源相连接；图像采集装置与后台控制器相连接。

所述外部储浆源、外部储水源和后台控制器均设置在移动车体上。

一种掘进机，包括上述的机器人。

本实用新型是一种适用于狭小空间下的折叠臂式的3D打印地下空间建筑机器人装置，可用于小直径隧道的洞壁支护、相邻隧道隔墙建设等场合，施工灵活，适用范围广。此外本实用新型可作为模块安装在行走台车上或搭载在TBM上，即包括上述机器人的掘进机可用于隧道修补或支护，模块化设计，拆装方便，提高地下空间施工效率和安全系数，具有较高的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型机器人结构示意图。

图3为本实用新型执行末端结构示意图。

图4为本实用新型在隧洞内施工状态示意图。

图5为本实用新型在掘进机内布置状态示意图。

图6为本实用新型在地下管廊内施工状态示意图。

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、3所示，实施例1，一种3D打印地下空间建筑机器人，包括移动车体30，移动车体30上转动设置有机器人，机器人能在移动车体上自由转动，所述移动车体可采用履带式车体或轮式车体，在用在盾构机上时，机器人直接设置在盾体内。所述机器人包括机械臂18和执行末端17，执行末端17与机械臂18活动连接，机械臂为执行末端提供支撑。所述执行末端17上设有喷浆嘴1701、图像采集装置1703和高压水喷嘴1704及补光灯1705，喷浆嘴1701通过支架1702固定在执行末端上，补光灯1705与图像采集装置1703相对应，高压水喷嘴1704与图像采集装置1703相对应。所述喷浆嘴1701通过管道与外部储浆源相连接，在微小直径隧道中，没有足够空间铺设预制管片时，采用该机器人直接向洞壁进行喷速凝浆，形成支护层，达到隧道支护的目的。所述高压水喷嘴1704通过管路与外部储水源相连接，用于对图像采集装置的清洗，所述图像采集装置采用工业相机。图像采集装置1703与后台控制器相连接，用于对隧洞图像的采集。所述外部储浆源、外部储水源和后台控制器均设置在移动车体30上。若本申请设置在盾构机内，则相关的外部储浆源、外部储水源和后台控制器可设置在相应的后配套上。

进一步，如图2所示，所述执行末端17通过偏摆机构与机械臂18相连接，实现执行末端相对机械臂的灵活转动。所述偏摆机构包括俯仰支架13，俯仰支架13与设置在机械臂18上的4号关节摆动油缸12相连接，在4号关节摆动油缸12的作用下俯仰支架能相对机械臂上下摆动。所述俯仰支架13上设有回转驱动Ⅱ14和偏摆支架15，偏摆支架15与回转驱动Ⅱ14相连接，回转驱动Ⅱ14可采用电机或马达，偏摆支架15与执行末端17相连接，在回转驱动Ⅱ14的作用下，偏摆支架能带动执行末端进行旋转。所述偏摆支架15上设有5号摆动油缸16，执行末端17与5号摆动油缸16相连接。在5号摆动油缸16的作用下，带动执行末端左右摆动，综上，通过4号关节摆动油缸、回转驱动Ⅱ和5号摆动油缸的配合，实现执行末端多自由度灵活摆动和转动，便于执行末端进行相应施工作业。

如图4、6所示，实施例2，一种3D打印地下空间建筑机器人，所述机械臂18包括大臂7、折叠臂9和小臂11，大臂7通过滑移回转机构与移动车体30相连接，在滑移回转机构的作用下，大臂能相对移动车体的运动和转动，实现机械臂和执行末端整体位置和作用方向的调节。大臂7通过1号关节摆动油缸6与回转支撑5相连接，1号关节摆动油缸转动带动大臂相对回转支撑上下摆动。折叠臂9的上部通过2号关节摆动油缸8与大臂7相连接，2号关节摆动油缸转动带动折叠臂9上下摆动。折叠臂9的下部通过3号关节摆动油缸10与小臂11相连接，3号关节摆动油缸转动带动小臂上下摆动。执行末端17通过4号关节摆动油缸12与小臂11相连接。4号关节摆动油缸转动带动执行末端17上下摆动。

进一步，所述滑移回转机构包括对称设置在移动车体30上的滑轨1，滑轨1上滑动设有滑台4，大臂7通过回转支撑5与滑台4相连接，滑台能带动机械臂和末端沿移动车体滑动，实现其位置的调节。回转支撑5与设置在滑台4上的回转驱动3相连接，回转驱动采用电机或马达，带动回转支撑转动，进而实现机械臂的转动。所述滑台4上设有行走驱动2，行走驱动2采用电机或马达，行走驱动2的输出端设有行走齿轮，行走齿轮与设置在滑轨1上的齿条相配合。行走驱动2带动行走齿轮沿齿条转动，进而实现滑台沿滑轨的移动。

进一步，所述1号关节摆动油缸6、2号关节摆动油缸8、3号关节摆动油缸10、4号关节摆动油缸12、行走驱动2和回转驱动3的输出轴上均设有编码器19，用于检测和控制其回转角度，实现精确控制。

实施例3：如图5所示，一种掘进机，包括实施例2的机器人。机器人的滑轨可直接设置在盾体内，机器人用于对洞壁的混喷支护。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印地下空间建筑机器人，其特征在于：包括移动车体（30），移动车体（30）上转动设置有机器人，所述机器人包括机械臂（18）和执行末端（17），执行末端（17）与机械臂（18）活动连接，所述执行末端（17）上设有喷浆嘴（1701）、图像采集装置（1703）和高压水喷嘴（1704），高压水喷嘴（1704）与图像采集装置（1703）相对应。

2.根据权利要求1所述的3D打印地下空间建筑机器人，其特征在于：所述机械臂（18）包括大臂（7）、折叠臂（9）和小臂（11），大臂（7）通过滑移回转机构与移动车体（30）相连接，大臂（7）通过1号关节摆动油缸（6）与回转支撑（5）相连接，折叠臂（9）的上部通过2号关节摆动油缸（8）与大臂（7）相连接，折叠臂（9）的下部通过3号关节摆动油缸（10）与小臂（11）相连接，执行末端（17）通过4号关节摆动油缸（12）与小臂（11）相连接。

3.根据权利要求2所述的3D打印地下空间建筑机器人，其特征在于：所述滑移回转机构包括对称设置在移动车体（30）上的滑轨（1），滑轨（1）上滑动设有滑台（4），大臂（7）通过回转支撑（5）与滑台（4）相连接，回转支撑（5）与设置在滑台（4）上的回转驱动（3）相连接。

4.根据权利要求3所述的3D打印地下空间建筑机器人，其特征在于：所述滑台（4）上设有行走驱动（2），行走驱动（2）的输出端设有行走齿轮，行走齿轮与设置在滑轨（1）上的齿条相配合。

5.根据权利要求4所述的3D打印地下空间建筑机器人，其特征在于：所述1号关节摆动油缸（6）、2号关节摆动油缸（8）、3号关节摆动油缸（10）、4号关节摆动油缸（12）、行走驱动（2）和回转驱动（3）的输出轴上均设有编码器（19）。

6.根据权利要求1~5任一项所述的3D打印地下空间建筑机器人，其特征在于：所述执行末端（17）通过偏摆机构与机械臂（18）相连接；所述偏摆机构包括俯仰支架（13），俯仰支架（13）与设置在机械臂（18）上的4号关节摆动油缸（12）相连接，所述俯仰支架（13）上设有回转驱动Ⅱ（14）和偏摆支架（15），偏摆支架（15）与回转驱动Ⅱ（14）相连接，偏摆支架（15）与执行末端（17）相连接。

7.根据权利要求6所述的3D打印地下空间建筑机器人，其特征在于：所述偏摆支架（15）上设有5号摆动油缸（16），执行末端（17）与5号摆动油缸（16）相连接。

8.根据权利要求1或7所述的3D打印地下空间建筑机器人，其特征在于：所述执行末端（17）上还设有补光灯（1705），补光灯（1705）与图像采集装置（1703）相对应，所述喷浆嘴（1701）通过管道与外部储浆源相连接，所述高压水喷嘴（1704）通过管路与外部储水源相连接；图像采集装置（1703）与后台控制器相连接。

9.根据权利要求8所述的3D打印地下空间建筑机器人，其特征在于：所述外部储浆源、外部储水源和后台控制器均设置在移动车体（30）上。

10.一种掘进机，其特征在于：包括如权利要求1或5或9所述的机器人。

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