CN218439373U - 隧道掘进机及维护机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种隧道掘进机及维护机器人，该隧道掘进机包括：刀盘、开挖仓、仓体、闸门和维护机器人，所述维护机器人设置于所述仓体中，所述闸门设置于所述仓体的前侧；所述维护机器人包括检测装置、升降机构和地轨机构，所述检测装置安装于所述升降机构，所述升降机构用于驱使所述检测装置上下升降，所述升降机构安装于所述地轨机构，所述地轨机构用于驱使所述升降机构前后移动，解决了掘进机刀盘的清洗维护装置的检测冲洗覆盖面积不满足实际需求的问题。

Description

隧道掘进机及维护机器人

技术领域

本实用新型涉及隧道掘进装备的技术领域，尤其涉及一种隧道掘进机及维护机器人。

背景技术

全断面隧道掘进机施工过程中，刀具损耗大，更换频繁，刀具换刀作业时间占据隧道施工周期的10％以上，若不能及时发现失效的刀具并将其换下，则会造成刀盘本体的磨损，项目将面临停工维修的风险，严重制约项目工期。

隧道掘进机刀盘是一个直立的平面机械结构，作业空间狭小，并且作业环境高压、潮湿、黑暗，刀盘表面结构复杂。而当刀盘结泥饼后会造成刀盘排渣困难，进而造成盾构扭矩、推力大幅度增加，推进速度减慢，刀盘刀具温度异常及磨损，严重影响盾构掘进施工安全。

目前，刀盘刀具的检测维护作业，主要是在开挖仓内液面降至合适液位之后，由人工头戴矿灯爬入开挖仓内，先利用铁锹或风犒来清除泥饼，再使用高压水冲洗干净刀盘之后，对刀具逐个检查磨损情况并记录，人工成本高、效率低且危险性较大。

中国实用新型专利CN210161171U公开的一种冲洗观察机械臂，中国实用新型专利CN202020950324.2公开的一种盾构机用检查机器人系统，均通过布置多关节机械臂，并通过在机械臂末端搭载喷头及相机等装置来进行刀具的冲洗及检测，以达到代替人工作业的目的。但在冲洗检测过程中，需要实时调整机械臂各关节动作，以达到冲刷要求，对操作者的要求无疑大大提高；并且在面对不同直径刀盘的检测工作时，容易出现臂展不足的问题；而无论是增加臂展长度还是增加关节数量，因空间狭小都会导致避障困难，同时会放大关节控制误差，导致控制难度继续增加，并面临安装布置空间不足的问题。中国实用新型专利CN201711272345.2公开了一种盾构机刀盘清洗机器人系统及清洗方法，在机械臂上增加了气动铲结构用于刀具表面渣土的清理，但同样存在适应性不足及控制难度高的问题，且各关节采用齿轮进行传动，没有防护，容易因渣土的溅射出现卡死的问题，不适应于刀盘刀具的检测工作。

综上，现有技术中的掘进机刀盘的清洗维护装置，能够实现刀具的检测及冲洗，但是，由于掘进机刀盘的作业环境比较复杂且空间狭窄，清洗维护装置容易出现检测冲洗覆盖面积不满足实际需求的问题，适应性较差，例如在直径稍大的盾构上，就很容易面临臂展不足的情况

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种隧道掘进机及维护机器人，以解决掘进机刀盘的清洗维护装置的检测冲洗覆盖面积不满足实际需求的问题。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本实用新型提供一种隧道掘进机，包括：刀盘、开挖仓、仓体、闸门和维护机器人，所述维护机器人设置于所述仓体中，所述闸门设置于所述仓体的前侧；所述维护机器人包括检测装置、升降机构和地轨机构，所述检测装置安装于所述升降机构，所述升降机构用于驱使所述检测装置上下升降，所述升降机构安装于所述地轨机构，所述地轨机构用于驱使所述升降机构前后移动。

在优选的实施方式中，所述升降机构包括剪叉架和第一油缸，所述第一油缸与所述剪叉架连接。

在优选的实施方式中，所述维护机器人包括第一回转机构，所述第一回转机构与所述升降机构连接，用于驱使所述升降机构相对于所述地轨机构绕竖向轴转动。

在优选的实施方式中，所述维护机器人包括第二回转机构，所述检测装置与所述升降机构之间设置有第二回转机构，所述第二回转机构用于驱使所述检测装置相对于所述升降机构绕前后轴转动。

在优选的实施方式中，所述维护机器人包括第三回转机构，所述检测装置通过所述第三回转机构安装于所述第二回转机构，所述第三回转机构用于驱使所述检测装置相对于所述第二回转机构上下摆动。

在优选的实施方式中，所述维护机器人包括前后平移，所述第二回转机构通过所述前后平移机构安装于所述升降机构，所述前后平移机构用于驱使所述第二回转机构相对于所述升降机构前后平移。

在优选的实施方式中，所述检测装置包括图像采集机构和清理机构，所述图像采集机构包括光源、热像仪和相机。

在优选的实施方式中，所述清理机构包括设置于所述图像采集机构上方的第一高压喷嘴和设置于所述图像采集机构下方的自清洁喷头。

在优选的实施方式中，所述维护机器人包括球形可视化装置，所述球形可视化装置设置于所述升降机构的下端。

本实用新型提供一种维护机器人，应用于上述的隧道掘进机，所述维护机器人包括检测装置、升降机构和地轨机构，所述检测装置安装于所述升降机构，所述升降机构用于驱使所述检测装置上下升降，所述升降机构安装于所述地轨机构，所述地轨机构用于驱使所述升降机构前后移动。

本实用新型的特点及优点是：

通过升降机构和地轨机构，维护机器人实现体积可伸缩，检测冲洗范围大且结构更为紧凑，控制简单，能够适应不同直径盾构。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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-图2为本实用新型提供的隧道掘进机的刀盘及维护机器人的结构示意图；

图3为本实用新型提供的隧道掘进机中维护机器人第一状态的示意图；

图4为本实用新型提供的隧道掘进机中维护机器人第二状态的示意图；

图5为图4的正视图；

图6为图4的右视图；

图7为本实用新型提供的隧道掘进机中维护机器人又一实施方式的结构示意图。

附图标号说明：

1、维护机器人；

11、地轨机构；112、底架；113、拖链槽；114、拖链；115、直线导轨；1152、第二滑块；116、齿轮齿条；1162、齿轮；117、驱动装置；118、机械臂安装板；

12、机械臂；1210、第一摆动缸；1211、第二摆动缸；1212、可视化系统安装板；1213、臂架；1214、油缸连接轴；1215、销轴；1216、球形可视化装置；

122、回转驱动安装板；123、第一油缸；124、回转驱动；

125、机械臂底架；1252、转接板；1253、底架耳座；

126、直线导轨；1262、第一滑块；127、角座；

128、上顶板；1282、上顶板耳座；

129、油缸；1210、第一摆动缸；

13、检测装置；

132、喷头座；1322、第一高压喷嘴；

133、自清洁喷头座；1332、自清洁喷头；

134、光源；135、热像仪；136、相机；137、防护壳体；

2、仓体；3、闸门；4、开挖仓；

5、刀盘；52、刀具；

6、云台相机；7、第二高压喷嘴。

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做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。

方案一

本实用新型提供了一种隧道掘进机，如图1-图7所示，该隧道掘进机包括：刀盘5、开挖仓4、仓体2、闸门3和维护机器人1，维护机器人1设置于仓体2中，闸门3设置于仓体2的前侧；维护机器人1包括检测装置13、升降机构和地轨机构11，检测装置13安装于升降机构，升降机构用于驱使检测装置13上下升降，升降机构安装于地轨机构11，地轨机构11用于驱使升降机构前后移动。维护机器人进行刀盘刀具的检测，如图1和图2所示，通过升降机构和地轨机构11，实现体积可伸缩，检测冲洗范围大且结构更为紧凑，控制简单，能够适应不同直径盾构。

升降机构的结构形式可以有多种，例如，升降机构可以采用多级油缸的多节伸缩结构。发明人对升降机构做了改进：升降机构包括剪叉架和第一油缸，第一油缸与剪叉架连接，第一油缸做伸缩运动，驱使剪叉架上下伸缩。如图3-图6所示，剪叉架包括：机械臂底架125、角座127、底架耳座1253、上顶板128、上顶板耳座1282、直线导轨126、第一滑块1262、销轴1215和臂架1213，机械臂底架125和上顶板128上分别安装有直线导轨126，角座127固定安装在直线导轨126上的第一滑块1262上，臂架1213通过销轴1215分别与角座127、底架耳座1253和上顶板耳座1282铰接在一起；油缸连接轴1214固定安装在臂架1213上，第一油缸123输出端通过油缸连接轴1214与底架耳座1253铰接在一起，臂架1213可通过第一油缸123的伸出缩回进行上下伸出或者压缩。升降机构采用图3-图6所示的剪叉式结构，使得维护机器人能够适应不同直径的刀盘，并降低了控制难度。

进一步地，该维护机器人包括第一回转机构，第一回转机构与升降机构连接，用于驱使升降机构相对于地轨机构11绕竖向轴转动。具体地，第一回转机构包括回转驱动安装板122、回转驱动124和转接板1252，回转驱动安装板122固定安装在地轨机构11，回转驱动124固定安装在回转驱动安装板122上，机械臂底架125通过转接板1252与回转驱动124连接，第一油缸123的缸体固定安装于机械臂底架125上，回转驱动124能够驱使第一油缸123与机械臂底架125一起绕竖向轴转动。回转驱动124可以包括回转式减速器和液压马达，液压马达通过回转式减速器与转接板1252连接，以提供第一油缸123与机械臂底架125一起绕竖向轴转动的动力。

在一实施方式中，该维护机器人包括第二回转机构，检测装置13与升降机构之间设置有第二回转机构，第二回转机构用于驱使检测装置13相对于升降机构绕前后轴转动。进一步地，该维护机器人包括第三回转机构，检测装置13通过第三回转机构安装于第二回转机构，第三回转机构用于驱使检测装置13相对于第二回转机构上下摆动。更进一步地，该维护机器人包括前后平移，第二回转机构通过前后平移机构安装于升降机构，前后平移机构用于驱使第二回转机构相对于升降机构前后平移。如图4-图5所示，前后平移机构可以采用油缸129，第二回转机构可以采用第一摆动缸1210，第三回转机构可以采用第二摆动缸1211，油缸129安装固定在上顶板128上，第一摆动缸1210安装在油缸129的输出端，第二摆动缸1211安装在第一摆动缸1210的输出端，第二摆动缸1211可通过第一摆动缸1210进行回转，检测装置13固定安装在第二摆动缸1211上，检测装置13可通过第二摆动缸1211进行回转。

地轨机构11的结构不限于一种，例如，地轨机构11可以采用利用链轮链条的行走机构。发明人对地轨机构11做了改进：地轨机构11包括底架112、直线导轨115、第二滑块1152、齿轮齿条116、齿轮1162、驱动装置117和机械臂安装板118，直线导轨115和齿轮齿条116固定安装在底架112上，驱动装置117固定安装在机械臂安装板118上，驱动装置117的输出端与齿轮1162连接在一起，机械臂安装板118通过第二滑块1152安装在直线导轨115上，机械臂安装板可通过驱动驱动装置117驱动齿轮齿条116沿直线导轨115轴线方向运动。驱动装置117可以采用电机，如图4所示，拖链槽113固定安装在底架112上，拖链114固定在拖链槽113上，驱动装置117的线缆布置于拖链114中。

检测装置13包括图像采集机构和清理机构，图像采集机构包括光源134、热像仪135和相机136。进一步地，清理机构包括设置于图像采集机构上方的第一高压喷嘴和设置于图像采集机构下方的自清洁喷头。多个第一高压喷嘴1322安装于喷头座132，多个自清洁喷头1332安装于自清洁喷头座133。检测装置13包括防护壳体137，光源134、热像仪135和相机136配合安装在防护壳体137内，喷头座132和自清洁喷头1332座固定安装在防护壳体137上方。检测装置13固定安装在可视化系统安装板1212上，可视化系统安装板1212固定安装在第二摆动缸1211上。

在一实施方式中，维护机器人包括球形可视化装置，球形可视化装置设置于升降机构的下端，球形可视化装置1216可为操作人员实时反馈提供检测机器人位置及状态。如图5所示，球形可视化装置1216安装在机械臂底架125上。

在一实施方式中，如图7所示，将云台相机6安装于臂架1213上，可实现对开挖仓内部及刀盘刀具的观察，并可实现对机器人当前位置的判断；第二高压喷嘴7安装于可视化系统安装板1212上，配合关节动作可实现任意角度的冲刷。

如图1和图2所示，刀盘5上安装有刀具52；升降机构、第一回转机构、第二回转机构、第三回转机构和前后平移构成机械臂12，进行刀盘刀具的检测冲洗及泥饼处理，该隧道掘进机的工作方法包括：待机情况下闸门关闭，维护机器人处于待命状态；通过地轨机构11带动机械臂12向前行走至指定位置，确保机械臂12的展开或收缩不受干涉，处在仓体内，当需要进行检测工作时，闸门打开；再通过控制第一油缸123，使臂架展开或缩回，控制回转驱动124动作可使臂架1213实现360°旋转，配合刀盘的旋转可使检测装置13能够观测到整个刀盘，控制比较简单，无需像关节式机械臂12调整各个关节角度；通过热像仪及相机判断刀盘上存在异常状态的刀具位置并进行反馈；检测装置13可通过第一摆动缸和第二摆动缸组合动作完成任意角度的调整，确保检测无死角；当刀盘刀具表面附着有泥饼或渣石影响检测作业时，可通过高压喷头对所需检测作业位置进行高压冲洗；同时自清洁喷头开启防止溅射的渣石或泥饼附着在检测装置13表面影响检测作业；待冲洗并完成当前位置的检测作业之后，重复上述动作，巡检并完成下一个位置的冲洗检测完成当前区域的检测作业时配合刀盘的旋转完成对整个刀盘刀具的检测作业。

方案二

本实用新型提供了一种维护机器人，应用于上述的隧道掘进机，该维护机器人包括检测装置13、升降机构和地轨机构11，检测装置13安装于升降机构，升降机构用于驱使检测装置13上下升降，升降机构安装于地轨机构11，地轨机构11用于驱使升降机构前后移动。通过升降机构和地轨机构11，该维护机器人进行刀盘刀具的检测，实现体积可伸缩，检测冲洗范围大且结构更为紧凑，控制简单，能够适应不同直径盾构。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种隧道掘进机，其特征在于，包括：刀盘、开挖仓、仓体、闸门和维护机器人，所述维护机器人设置于所述仓体中，所述闸门设置于所述仓体的前侧；所述维护机器人包括检测装置、升降机构和地轨机构，所述检测装置安装于所述升降机构，所述升降机构用于驱使所述检测装置上下升降，所述升降机构安装于所述地轨机构，所述地轨机构用于驱使所述升降机构前后移动。

2.根据权利要求1所述的隧道掘进机，其特征在于，所述升降机构包括剪叉架和第一油缸，所述第一油缸与所述剪叉架连接。

3.根据权利要求2所述的隧道掘进机，其特征在于，所述维护机器人包括第一回转机构，所述第一回转机构与所述升降机构连接，用于驱使所述升降机构相对于所述地轨机构绕竖向轴转动。

4.根据权利要求1所述的隧道掘进机，其特征在于，所述维护机器人包括第二回转机构，所述检测装置与所述升降机构之间设置有第二回转机构，所述第二回转机构用于驱使所述检测装置相对于所述升降机构绕前后轴转动。

5.根据权利要求4所述的隧道掘进机，其特征在于，所述维护机器人包括第三回转机构，所述检测装置通过所述第三回转机构安装于所述第二回转机构，所述第三回转机构用于驱使所述检测装置相对于所述第二回转机构上下摆动。

6.根据权利要求4所述的隧道掘进机，其特征在于，所述维护机器人包括前后平移，所述第二回转机构通过所述前后平移机构安装于所述升降机构，所述前后平移机构用于驱使所述第二回转机构相对于所述升降机构前后平移。

7.根据权利要求1所述的隧道掘进机，其特征在于，所述检测装置包括图像采集机构和清理机构，所述图像采集机构包括光源、热像仪和相机。

8.根据权利要求7所述的隧道掘进机，其特征在于，所述清理机构包括设置于所述图像采集机构上方的第一高压喷嘴和设置于所述图像采集机构下方的自清洁喷头。

9.根据权利要求1所述的隧道掘进机，其特征在于，所述维护机器人包括球形可视化装置，所述球形可视化装置设置于所述升降机构的下端。

10.一种维护机器人，其特征在于，应用于权利要求1-9中任一项所述的隧道掘进机，所述维护机器人包括检测装置、升降机构和地轨机构，所述检测装置安装于所述升降机构，所述升降机构用于驱使所述检测装置上下升降，所述升降机构安装于所述地轨机构，所述地轨机构用于驱使所述升降机构前后移动。

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