CN218428429U - 一种隧道掘进机换刀机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种隧道掘进机换刀机械手；涉及隧道机械手领域，针对目前掘进机内换刀机械臂不便收纳导致工作时间容易与外界结构发生干涉导致损伤、损坏的问题，在底座的滑轨上架设移动座，底座在滑轨之间设置容纳槽，移动座上设置机械臂，在进行换刀工作前或工作后，能够将调节姿态后的机械臂收纳在容纳槽内对其进行保护，减少机械臂与掘进机内其它结构的干涉。

Description

一种隧道掘进机换刀机械手

技术领域

本实用新型涉及隧道机械手领域，特别涉及一种隧道掘进机换刀机械手。

背景技术

隧道掘进机具有开挖切削土体、输送土碴、测量导向和纠偏等功能。隧道掘进机在施工中会遇到各种不同的复杂地层，且刀盘的受力复杂，易造成刀具的磨损，需要开舱由进行刀具的更换，以保证刀具的切削效率。

对土仓内换刀过程，目前多通过换刀机器人来实现，采用带有末端夹爪的机械臂，夹爪夹取拆下的刀具，并将待安装的刀具运送至刀盘安装位置，实现换刀流程。但目前用于刀具更换的机械臂多固定在人仓位置，通过移动将机械臂移动至靠近土仓的位置，机械臂在刀具更换前后占用较大空间；在换刀工作前后机械臂均处于探出状态，其整体凸出于移动组件，造成其竖直方向占用空间较大，容易与人仓附近的其他结构发生干涉，造成末端夹爪或关节的损伤，影响夹爪的夹取和机械臂的动作；同时在换刀工作过程中机械臂上附着的砂石、泥土等污物可能会卡滞机械臂的活动范围，若不及时进行清理，累积后的污物可能会导致机械臂活动受限，影响换刀效率和机械臂动作精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种隧道掘进机换刀机械手，在底座的滑轨上架设移动座，底座在滑轨之间设置容纳槽，移动座上设置机械臂，在进行换刀工作前或工作后，能够将调节姿态后的机械臂收纳在容纳槽内对其进行保护，减少机械臂与掘进机内其它结构的干涉，并能够在容纳槽内对机械臂进行清理，减少换刀工作过程中附着的污物对机械臂运行的影响。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种隧道掘进机换刀机械手，包括底座、移动座和机械臂，底座上设有平行的两道滑轨，两道滑轨之间的底座上设有收纳机械臂的容纳槽；移动座底部的一侧滑动连接一道滑轨，另一侧滑动连接另一道滑轨，使移动座架设于容纳槽上方；沿滑轨所在直线方向上，机械臂连接于移动座一端；机械臂能够通过调整姿态后收纳于容纳槽，容纳槽内设有用于清扫容纳槽内机械臂的清扫组件。

进一步地，所述移动座底部配合滑轨处设有凸起部，移动座底部的每侧均设有至少两个凸起部，每个凸起部上均设有配合滑轨的滑槽。

进一步地，所述容纳槽内设有对应机械臂多个关节的多组清扫组件，清扫组件的输出端朝向机械臂的对应关节位置。

进一步地，所述清扫组件包括冲洗喷嘴和吹扫喷嘴，冲洗喷嘴通过水管接入压力水源，吹扫喷嘴通过气管接入压力气源。

进一步地，所述移动座上连接有驱动电机，驱动电机输出端连接有齿轮，沿滑轨所在直线方向上，底座上设有与齿轮啮合的齿条，驱动电机通过齿轮齿条机构驱动移动座相对于底座移动。

进一步地，所述机械臂的首端连接移动座，末端连接有手爪；机械臂为多关节机械臂，机械臂的至少一个节段为伸缩节段。

进一步地，所述机械臂的关节处为万向节，万向节包括X向摆动液压油缸和Y向摆动液压油缸，X向摆动液压油缸连接Y向摆动液压油缸，且X向摆动液压油缸的转动轴线垂直于Y向摆动液压油缸转动轴线。

进一步地，所述手爪、X向摆动液压油缸和Y向摆动液压油缸通过油管接入液压源，油管沿机械臂布置延伸至移动座，并穿过移动座引出至液压源。

进一步地，沿滑轨所在直线方向上，底座一端通过转动副连接有翻转挡板，翻转挡板通过转动调节与底座的相对位置。

进一步地，沿滑轨所在直线方向上，容纳槽远离翻转挡板的一端设有收集口，收集口对接污水收集箱。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：

（1）针对目前掘进机内换刀机械臂不便收纳导致工作时间容易与外界结构发生干涉导致损伤、损坏的问题，在底座的滑轨上架设移动座，底座在滑轨之间设置容纳槽，移动座上设置机械臂，在进行换刀工作前或工作后，能够将调节姿态后的机械臂收纳在容纳槽内对其进行保护，减少机械臂与掘进机内其它结构的干涉。

（2）在容纳槽内设置清扫组件，通过清扫组件能够对收纳在容纳槽内的机械臂进行清扫，比如液体冲洗、气流吹扫等，减少机械臂上污物的附着，从而减少换刀工作过程中附着的污物对机械臂运行的影响。

（3）在底座的一端设置翻转挡板，另一端设置收集口，翻转挡板能够在机械臂收纳于容纳槽后对容纳槽一端进行遮挡，减少外界结构从容纳槽端部对机械臂的影响，同时能够对清扫过程中产生的污水进行阻挡，促使污水流向收集口，减少清扫机械臂过程中产生的污水外泄问题。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型实施例1中隧道掘进机换刀机械手的示意图。

图2是本实用新型实施例1中机械臂收纳于容纳槽的示意图。

图3是本实用新型实施例1中移动座配合滑轨的示意图。

图4是本实用新型实施例1中移动座的示意图。

图5是本实用新型实施例1中驱动电机安装于移动座的示意图。

图6是本实用新型实施例1中清扫组件清理机械臂的示意图。

图中，1-滚刀、2-底座、3-移动座、4-容纳槽、5-滑轨、6-机械臂、7-凸起部、8-滑槽、9-清扫组件、10-驱动电机、11-齿轮、12-齿条、13-万向节。

具体实施方式

实施例1

本实用新型的一种典型的实施方式中，如图1-图6所示，提出了一种隧道掘进机换刀机械手。

传统通过人工对刀具进行更换的方式，需要工人进入土仓中进行操作，工作时间长，当面临高压、高湿、腐蚀等恶劣作业环境，存在较大的安全隐患。目前多采用换刀机器人代替人工来进行隧道掘进机上刀具的更换，有利于提高换刀效率、降低换刀成本、保障操作人员安全。

但在换刀机器人使用过程中，仍存在一些缺陷，换刀机器人在工作前和工作后均处于非土仓位置，一般位于人仓区域，因此存在与外界环境发生碰撞、刮擦等干涉的风险，容易导致机器人末端夹爪或关节的损伤，导致夹爪控制失灵或机器人动作出现偏差等问题。另外，由于机器人换刀工作时处于土仓中，土仓内部残留的砂石、泥土等污物在掉落过程中可能会附着在机器人的操作臂上，累积后的污物，可能会造成机器人的操作臂运行过程中的卡滞，导致换刀效率下降。

如图1所示，隧道掘进机换刀机械手能够夹持和释放刀具，比如掘进机刀盘上使用的滚刀1等刀具。通过在底座2的滑轨5上架设移动座3，底座2在滑轨5之间设置容纳槽4，容纳槽4能够收纳机械臂6，使机械臂6的主体结构收纳在容纳槽4内，机械臂6整体位于容纳槽4底面与移动座3顶面之间，整体位于移动座3和底座2的范围内，从而达到了对机械臂6的保护。

移动座3上设置机械臂6，移动座3能够带动机械臂6相对于底座2滑动，调整位置，可以从收纳位置调整到工作位置，也可以从工作位置调整到收纳位置。在进行换刀工作前或工作后，能够将调节姿态后的机械臂6收纳在容纳槽4内对其进行保护，减少机械臂6与掘进机内其它结构的干涉。

对于上述内容，通过配置底座2、移动座3和机械臂6来实现，结合图1、图2和图3，底座2上设有平行的两道滑轨5，两道滑轨5之间的底座2上设有收纳机械臂6的容纳槽4，容纳槽4顶部开口、两端敞开，在收纳机械臂6时，机械臂6能够从端部或者顶部进入容纳槽4内。

同时，移动座3底部的一侧滑动连接一道滑轨5，另一侧滑动连接另一道滑轨5，使移动座3架设于容纳槽4上方，滑轨5能够从移动座3两侧对其进行支撑，使得移动座3能够沿滑轨5平稳滑动，调整移动座3和底座2的相对位置。

沿滑轨5所在直线方向上，机械臂6连接于移动座3一端；机械臂6能够通过调整姿态后收纳于容纳槽4，从而对机械臂6进行保护，减少其与外界的干涉损伤。

如图1、图3所示，移动座3底部配合滑轨5处设有凸起部7，移动座3底部的每侧均设有至少两个凸起部7，每个凸起部7上均设有配合滑轨5的滑槽8；本实施中，移动座3底部设置有四个凸起部7，对称布置在移动座3底部两侧，每侧设有两个凸起部7，使得移动座3底部每侧均分布有两个配合位置，提高滑动连接的稳定性。

如图1、图2所示，在容纳槽4内通过清扫组件9对机械臂6进行清理，减少换刀工作过程中附着的污物对机械臂6运行的影响。对于清扫组件9，其包括冲洗喷嘴和吹扫喷嘴，冲洗喷嘴通过水管接入压力水源，压力水源能够通过水管向冲洗喷嘴位置供应压力水流，使冲洗喷嘴将压力水流输送至机械臂6上，对机械臂6进行冲洗；其中压力水源可以选用水泵结合水箱的结构，水管选用能够承载所需水压的压力水管。吹扫喷嘴通过气管接入压力气源，压力气源通过气管向冲洗喷嘴位置供应压力气流，使吹扫气流将压力气流输送至机械臂6上，对机械臂6上的污物进行吹扫，并能够对冲洗后的机械臂6进行风干；其中压力气源可以采用空压机、气泵等，气管选用能够承载气压的压力气管。

如图1所示，移动座3上连接有驱动电机10，驱动电机10输出端连接有齿轮11，沿滑轨5所在直线方向上，底座2上设有与齿轮11啮合的齿条12，驱动电机10通过齿轮11齿条12机构驱动移动座3相对于底座2移动。

本实施例中，驱动电机10可以采用伺服电机或步进电机等转矩输出元件，通过齿轮11齿条12机构进行传动，使得移动座3能够沿底座2平稳滑动。

对于机械臂6的结构，机械臂6的首端连接移动座3，末端连接有手爪；机械臂6为多关节机械臂6，机械臂6的至少一个节段为伸缩节段；机械臂的关节处为万向节13，万向节13包括X向摆动液压油缸和Y向摆动液压油缸，X向摆动液压油缸连接Y向摆动液压油缸，且X向摆动液压油缸的转动轴线垂直于Y向摆动液压油缸转动轴线。

本实施例中，上述的摆动液压油缸为现有的螺旋摆动油缸，将X向摆动液压油缸和Y向摆动液压油缸，实现关节位置两个转动自由度的调节。

机械臂6末端夹持机构采用机械爪，能够在控制下对滚刀1进行夹持，也能够对工具进行夹持，通过控制工具对滚刀1及附近组件进行拆装等。

本实施例中的摆动液压油缸以液压泵为动力源，手爪、X向摆动液压油缸和Y向摆动液压油缸通过油管接入液压源，油管沿机械臂6布置延伸至移动座3，并穿过移动座3引出至液压源。

另外，如图1所示，沿滑轨5所在直线方向上，底座2一端通过转动副连接有翻转挡板，翻转挡板通过转动调节与底座2的相对位置；容纳槽4远离翻转挡板的一端设有收集口，收集口对接污水收集箱。

本实施例中的转动副可以采用液压油缸配合铰链的结构，铰链由耳板和转轴组成，液压油缸通过伸缩带动翻转挡板绕转轴轴线转动，从而实现翻转挡板的翻转动作，能够将翻转挡板转动至容纳槽4的下方，也能够将翻转挡板转动至封堵容纳槽4一端开口的位置。

在实际使用时，在底座2的一端设置翻转挡板，另一端设置收集口，翻转挡板能够在机械臂6收纳于容纳槽4后对容纳槽4一端进行遮挡，减少外界结构从容纳槽4端部对机械臂6的影响，同时能够对清扫过程中产生的污水进行阻挡，促使污水流向收集口，减少清扫机械臂6过程中产生的污水外泄问题。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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)

1.一种隧道掘进机换刀机械手，其特征在于，包括底座、移动座和机械臂，底座上设有平行的两道滑轨，两道滑轨之间的底座上设有收纳机械臂的容纳槽；移动座底部的一侧滑动连接一道滑轨，另一侧滑动连接另一道滑轨，使移动座架设于容纳槽上方；沿滑轨所在直线方向上，机械臂连接于移动座一端；机械臂能够通过调整姿态后收纳于容纳槽，容纳槽内设有用于清扫容纳槽内机械臂的清扫组件。

2.如权利要求1所述的隧道掘进机换刀机械手，其特征在于，所述移动座底部配合滑轨处设有凸起部，移动座底部的每侧均设有至少两个凸起部，每个凸起部上均设有配合滑轨的滑槽。

3.如权利要求1所述的隧道掘进机换刀机械手，其特征在于，所述容纳槽内设有对应机械臂多个关节的多组清扫组件，清扫组件的输出端朝向机械臂的对应关节位置。

4.如权利要求3所述的隧道掘进机换刀机械手，其特征在于，所述清扫组件包括冲洗喷嘴和吹扫喷嘴，冲洗喷嘴通过水管接入压力水源，吹扫喷嘴通过气管接入压力气源。

5.如权利要求1所述的隧道掘进机换刀机械手，其特征在于，所述移动座上连接有驱动电机，驱动电机输出端连接有齿轮，沿滑轨所在直线方向上，底座上设有与齿轮啮合的齿条，驱动电机通过齿轮齿条机构驱动移动座相对于底座移动。

6.如权利要求1所述的隧道掘进机换刀机械手，其特征在于，所述机械臂的首端连接移动座，末端连接有手爪；机械臂为多关节机械臂，机械臂的至少一个节段为伸缩节段。

7.如权利要求6所述的隧道掘进机换刀机械手，其特征在于，所述机械臂的关节处为万向节，万向节包括X向摆动液压油缸和Y向摆动液压油缸，X向摆动液压油缸连接Y向摆动液压油缸，且X向摆动液压油缸的转动轴线垂直于Y向摆动液压油缸转动轴线。

8.如权利要求7所述的隧道掘进机换刀机械手，其特征在于，所述手爪、X向摆动液压油缸和Y向摆动液压油缸通过油管接入液压源，油管沿机械臂布置延伸至移动座，并穿过移动座引出至液压源。

9.如权利要求1所述的隧道掘进机换刀机械手，其特征在于，沿滑轨所在直线方向上，底座一端通过转动副连接有翻转挡板，翻转挡板通过转动调节与底座的相对位置。

10.如权利要求9所述的隧道掘进机换刀机械手，其特征在于，沿滑轨所在直线方向上，容纳槽远离翻转挡板的一端设有收集口，收集口对接污水收集箱。

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