[发明专利]一种内置全断面岩石掘进机换刀机器人机身结构

说明书

一种内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。该机身结构由四个移动副与两个转动副组成，通过液压进行驱动，机器人整体机身的移动通过滚珠丝杆机构实现，机器人大臂与机器人腕部的移动副均由液压油缸构成，机器人小臂为一升降机，其余转动副采用液压马达驱动，机器人大臂与机器人小臂具有收缩性，在TBM掘进过程中，机器人以很小的体积处于主梁后方，通过控制机器人各关节运动实现机器人位置与姿态的变化，从而实现TBM刀盘各处滚刀的更换，滚刀的运送通道为TBM主梁下方的运刀孔。本发明的机器人机身结构由工人远程操作换刀，提高换刀过程的安全性，减少换刀时间，提高TBM的掘进效率，缩短掘进工期。

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，设计了一种安装于全断面硬岩掘进机内部的换刀机器人机身结构。

背景技术

全断面硬岩掘进机(TBM)已成为国际上快速开挖隧道的主流,是国内外最先进的隧道施工方法之一。近年来，随着我国经济与科技的快速发展，以及对装备制造业的扶持，在今后相当长的一段时间内，地下空间的开发将广泛开展，TBM在我国也有着空前广泛的应用前景。当前TBM在掘进过程中的主要磨损件为盘形滚刀，因此滚刀的更换是TBM掘进过程中必不可少的工序，且滚刀的更换时间占工程总时间比例极大，目前滚刀的更换方式多采用工人手工操作更换，更换时间受工人的经验影响极大，且由于TBM长期处于恶劣的工作环境，换刀工人的人身安全也很难得到保障。因此，研制出可由工人远程操作的机器人来替代人工换刀十分必要。

当前工业机器人多采用伺服电机驱动，对于TBM滚刀来说，其重量约为200Kg，这就需要利用大体积电机才能驱动，而TBM内部空间十分狭小，难以放置大体积电机。TBM内部结构多为直线式的通道，而传统工业机器人的工作空间多为球形，无法很好的适应TBM内部结构，因此，传统的六关节机器人机身结构难以安装在其内部，需要针对TBM主梁与刀盘的结构特点设计合适的机器人机身结构与驱动形式。目前针对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，基于TBM主梁与刀盘的内部结构特点，发明了一种安装于TBM内部的换刀机器人机身结构。该机器人安装于TBM内部。在TBM进行掘进作业时，机器人以图16(a)的姿态处于TBM主梁后方。当TBM停机维护时，通过变换机器人机身位姿完成对TBM磨损滚刀的更换。

本发明的技术方案：

一种内置全断面岩石掘进机换刀机器人机身结构，包括丝杆座1、丝杆2、机器人基座3、丝杆马达4、机器人大臂5、机器人肘部基座6、机器人肘部7、机器人小臂8、腕部马达9、机器人腕部10、肘部马达11和基座导轨12；机器人所有关节均采用液压驱动，驱动装置主要为液压马达与液压油缸；

所述的丝杆座1包括丝杆外端盖1-1、丝杆下座1-2、丝杆上座1-3、丝杆座螺栓孔1-4和丝杆内端盖1-5；丝杆上座1-3通过其上的丝杆座螺栓孔1-4与TBM主梁上方连接，以此固定丝杆座1；丝杆下座1-2与丝杆上座1-3通过螺栓连接，二者构成“工”字型结构；丝杆外端盖1-1与丝杆内端盖1-5分别位于“工”字型结构两侧，起到密封作用，防止丝杆座1中的润滑油溢出；

所述的丝杠2的两端由丝杆座1固定，丝杆2一端设置有丝杆马达4，用来驱动丝杆2旋转；丝杆马达4上设有丝杆马达螺栓孔4-1和丝杆马达油孔4-2，丝杆马达螺栓孔4-1用于与TBM主梁上方连接，丝杆马达油孔4-2用来给丝杆马达4通液压油，以此驱动马达转动；

所述的机器人基座3与丝杆2通过螺纹配合连接，构成机器人的第一个移动副，通过丝杆2的旋转推动机器人基座3沿丝杆2移动，以此带动机器人后续机身的移动；机器人基座3两端设置有T形台，用于与基座轨道12上的T形槽配合，基座轨道12通过焊接固定在丝杆座1两端，基座导轨12用于承担机器人的机身重量，并对机器人基座3的移动进行引导；