[发明专利]一种对TBM刀具磨损状态检测的软体末端执行器

说明书

本发明提供了一种对TBM刀具磨损状态检测的软体末端执行器，为了检测停止工作的刀具的整圆周的磨损状态，设计了一种能够弯曲的软体末端执行器，属于软体机器人结构设计技术领域。这种软体机器人采用多种软体材料制作机体结构，并应用采用新型智能材料IPMC和磁流变液复合驱动机制，实现末端执行器的弯曲。同时，末端执行器还搭载了光源、微型相机以及清洗TBM刀具的喷嘴，从而实现对刀具磨损状态的检测。

技术领域

本发明涉及一种对TBM刀具磨损状态检测的软体末端执行器，属于软体机器人结构设计技术领域。

背景技术

近年来，TBM(全断面岩石掘进机)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在掘进工作时，刀具需要挤压、切割前进路线上的岩体，因此刀具自身的磨损不可避免。刀具磨损将直接改变刀具几何特性，削弱刀具的切割能力，增加掘进能耗。如果刀具因过度磨损而失效，未能及时更换，将引起刀盘的磨损，必将严重影响施工的进度和质量。并且，由于刀具承受了强冲击和强振动，刀具的还会出现刀圈断裂等故障。据统计，刀具消耗费用约占工程造价的四分之一到五分之一，地质条件不好时，高达三分之一左右，同时目前人工换刀所消耗的时间也约占工程施工时间的三分之一。因此，提高换刀效率是减少工程成本的途径之一。更重要的是受到TBM所处地下复杂恶劣的施工环境的限制，人工更换TBM刀具存在围岩坍塌，掉落以及泥水盾构的高压危害等巨大的安全隐患，因此换刀自动化具有重要的工程意义。

为实现自动换刀，刀具磨损状态的检测是第一步，目前较大型TBM的刀具数量普遍较多，提高刀具的检测效率是自动化的关键一环。并且目前有少量在线检测装置，为换刀自动提供的途径，但这些装置需要布置在刀座上，随刀盘一起工作，极容易损坏。并且对所有刀具进行检测，成本大，信号采集困难。针对这种情况，本发明提出一种软体末端执行器。

本发明为了检测停止工作的刀具的整圆周的磨损状态，设计了一种能够弯曲的软体末端执行器。这种软体机器人采用多种软体材料制作机体结构，并应用采用新型智能材料IPMC(离子交换聚合金属材料)和磁流变液复合驱动机制，实现末端执行器的弯曲。同时，末端执行器还搭载了光源、微型相机以及清洗TBM刀具的喷嘴，从而实现对刀具磨损状态的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软体末端执行器的结构方案，这种结构不同于传统TBM刀具磨损状态的检测装置，无需安装在TBM刀座上。因为TBM的刀具横跨TBM刀盘面的两侧，为了能检测到TBM刀具裸露在刀盘外侧的部分，末端执行器需要能从刀座伸出，并且能进行弯曲以观测刀盘外侧的刀具。

本发明采用的技术方案：

一种对TBM刀具磨损状态检测的软体末端执行器，包括软体末端执行器连接座1、软体末端执行器机体2、光源3、探测头4、微型摄像头5和刀具清洗喷嘴6；软体末端执行器机体2包括驱动材料保护层(IPMC)7、驱动层8、机体支撑结构9、驱动材料工作腔10、磁场生成电极11和控制线路布置管腔12；

所述的软体末端执行器连接座1用于将软体末端执行器连接到换刀机器人的本体上，负责传递软体末端执行器的载荷；