[发明专利]一种外置全断面岩石掘进机换刀机器人机身结构

说明书

本发明提出了一种外置全断面岩石掘进机换刀机器人机身结构，属于机器人机身结构设计技术领域。该机身结构由三个移动副与一个转动副组成，通过液压进行驱动。机身结构大体上分为四个姿态，以适应TBM内部狭小的空间结构，其基座位于TBM外部，腰部、大臂、肘部以及小臂等通过TBM主梁下方的运刀孔进入TBM刀盘内部，完成滚刀的安装。机器人腰部的控制采用活塞缸控制，大臂与小臂的伸缩通过对相应油孔的抽油与吸油实现，肘部的转动通过液压马达实现。本发明的机器人机身结构替代工人进行换刀作业，能极大提高工人工作安全程度，提升滚刀更换效率。

技术领域

本发明属于机器人机身结构设计技术领域，根据已有的全断面硬岩掘进机内部结构，设计了一种替代人工更换滚刀的换刀机器人机身结构。

背景技术

全断面岩石掘进机(简称TBM)是一种集破岩掘进、洞壁支护、排碴、导向定位等功能于一体的现代化隧道施工综合掘进装备。近年来，TBM广泛用于我国的水利工程，铁路交通，地铁工程，油气管道及国防等隧道建设中。TBM长期处于长距离，大埋深的工作环境，其工作载荷具有强冲击，高不确定性的特点，盘形滚刀作为TBM的主要破岩工具，其在工作过程中磨损极其严重，因此滚刀的更换是TBM掘进过程中必不可少的工序。现有的滚刀更换方式为人工换刀，这一换刀方式存在换刀时间长，工作环境危险，工作强度大等问题，而换刀时间长短与换刀安全与否将直接影响TBM掘进工期的长短与工人人身安全。由此看出，传统的换刀方式已与日益加快的掘进速度产生矛盾，其危险的工作环境将严重威胁工人的人身安全，因此，研制更安全更高效的换刀方式势在必行。

传统的六关节机器人技术已经十分成熟，但由于我国对于机器人的研究起步晚，因此在很多危险工作环境还是采用人工作业，利用机器人代替工人对TBM进行换刀作业能极大减少工人工作强度，提高换刀效率，但由于TBM内部空间狭小，且盘形滚刀重量一般为200Kg左右，传统的6R(六转动关节)工业机器人的机身结构不适用于TBM的内部空间，且其驱动方式主要为电机驱动，对于200Kg的载荷来说，电机驱动不太适用，因此需要针对TBM的内部结构特点设计特殊的机器人机身结构及其驱动方式，而适用于TBM内部空间的换刀机器人机身结构在国内外专利几乎没有。

发明内容

本发明是针对传统滚刀更换方式中工人工作强度大，工作环境危险，换刀效率低的问题，发明了一种适用于TBM狭小结构空间的换刀机器人机身结构。该机器人安装于TBM外部，TBM工作时，机器人处于TBM主梁后方振动小的地方，当TBM停机维护时，再通过电机与绳索将机器人运送至刀盘处，通过主梁下的通道孔进入刀盘内部，对磨损严重的滚刀进行更换。

本发明的技术方案：

一种外置全断面岩石掘进机换刀机器人机身结构，包括机器人基座1、机器人腰部2、机器人大臂6和机器人小臂9四部分；机器人机身均采用液压控制，用于调整机器人机身的伸缩；其中，机器人大臂6由大臂一级缸6-0、大臂二级缸6-1、大臂三级缸6-2和大臂四级缸6-3依次嵌套组成；机器人小臂9由小臂一级缸9-0、小臂二级缸9-1、小臂三级缸9-2和小臂四级缸9-3依次嵌套组成；机器人基座1与机器人腰部2构成机器人机身结构的第一个移动关节，机器人基座1上开有基座上油孔1-1和基座下油孔1-2，两个油孔用于调节机器人腰部2的高度，当基座上油孔1-1进油，基座下油孔1-2出油时，机器人腰部2将下降，当基座上油孔1-1出油而基座下油孔1-2进油时，机器人腰部2将上升；机器人基座1周边布置有筋板，以保持机器人基座1的稳定。

机器人腰部2通过螺栓4、螺母3与大臂基座5固定连接，机器人大臂基座5用于固定大臂一级缸6-0。