[发明专利]一种敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置及其方法

权利要求书

1.一种敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置，其特征在于：包括主梁(1)、水平滑动导轨(2)、行走油缸(3)、行走环(4)、旋转环支架(5)、旋转环(6)、驱动轮(7)、支撑导向轮(8)、钢拱架夹具(9)和钢拱架拼装机械手(14)；其中，行走环(4)通过滑块(41)与主梁(1)侧面的水平滑动导轨(2)配合，行走油缸(3)分别铰接于主梁铰接接头(31)和行走环铰接接头(32)，旋转环支架(5)通过旋转环法兰盘(51)固定在主梁(1)上，驱动轮(7)和支撑导向轮(8)的底座(52)均布焊接于旋转环支架(5)顶端，旋转环(6)上的齿与驱动轮(7)上的齿相啮合，并通过支撑导向轮(8)固连在旋转环支架(5)上，钢拱架夹具(9)周向布置焊接于旋转环(6)侧面，钢拱架拼装机械手(14)通过焊接在伸缩臂(11)上的伸缩臂法兰盘(111)紧固在行走环(4)的侧面。

2.根据权利要求1所述的敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置，其特征在于：所述旋转环(6)由两个左右对称布置的驱动轮(7)和四个周向布置的支撑导向轮(8)驱动和连接，侧面安装有均匀布置的钢拱架夹具(9)，用来夹持并固定钢拱架(10)的位姿。

3.根据权利要求1所述的敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置，其特征在于：所述钢拱架拼装机械手(14)包括伸缩臂(11)、姿态调整装置(12)和钢拱架拼装机械手末端(13)三部分，伸缩臂(11)通过伸缩臂法兰盘(111)固定在行走环(4)的侧面，姿态调整装置(12)通过姿态调整装置底座(121)焊接在伸缩臂伸出杆(113)上，钢拱架拼装机械手末端(13)通过偏航角调节液压缸(125)和主轴承(127)固定在姿态调整装置(12)的浮动平台(126)上。

4.根据权利要求3所述的敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置，其特征在于：所述伸缩臂(11)包括套筒(112)、伸出杆(113)、套筒铰接接头(114)、行程传感器(115)、伸缩液压油缸(116)、卡箍(117)、延长杆(118)、伸出杆铰接头(119)，伸缩液压油缸(116)一端铰接于套筒铰接接头(114)，另一端铰接于伸出杆铰接头(119)，行程传感器(115)通过卡箍(117)和延长杆(118)固定在伸缩液压油缸(116)上，伸缩液压油缸(116)驱动伸出杆(113)沿套筒(112)伸出和缩回，行程传感器(115)可测量伸出杆(113)伸缩长度。

5.根据根据权利要求3所述的敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置，其特征在于：所述姿态调整装置(12)包括姿态调整装置底座(121)、底座铰接接头(122)、轻型液压缸(123)、球铰(124)、偏航角调节液压缸(125)、浮动平台(126)、主轴承(127)，轻型液压缸(123)一端通过底座铰接接头(122)与姿态调整装置底座(121)相连，另一端通过球铰(124)与浮动平台(126)相连，偏航角调节液压缸(125)两端分别铰接于浮动平台(126)和机械手末端旋转平台(137)，轻型液压缸(123)和偏航角调节液压缸(125)可分别实现浮动平台(126)在空间内俯仰角、翻滚角和偏航角的调节。

6.根据权利要求3所述的敞开式TBM钢拱架自动拼装作业装置，其特征在于：所述的钢拱架拼装机械手末端(13)包括旋转平台铰接接头(131)、机械夹手(132)、钢拱架支撑平台(133)、机械手驱动液压缸(134)、连杆(135)、定位套筒(136)、机械手末端旋转平台(137)、侧板(138)，机械手驱动液压缸(134)一端通过旋转平台铰接接头(131)与机械手末端旋转平台(137)相连，另一端由定位套筒(136)固定在连杆(135)上，可驱动机械夹手(132)将钢拱架(10)夹持固定在钢拱架支撑平台(133)上，侧板(138)起到加固钢拱架拼装机械手末端(13)的作用。

7.一种权利要求1所述作业装置的钢拱架自动拼装方法，其特征在于：

钢拱架放置于钢拱架支撑平台(133)之后，铰接于机械手末端旋转平台(137)上的机械手驱动液压缸(134)活塞杆伸出，通过连杆(135)驱动机械夹手(132)夹紧钢拱架，预设压力保证钢拱架可靠固定，行走油缸(3)一端铰接于主梁铰接接头(31)，另一端铰接于行走环铰接接头(32)，带动行走环(4)沿着水平滑动导轨(2)相对主梁(1)滑动，当行走环(4)到达指定位置，驱动轮(7)带动旋转环(6)旋转特定的角度，保证钢拱架夹具9)到达指定的位置，此时伸缩臂(11)配合行走油缸(3)将第一榀钢拱架(10)放置于钢拱架夹具(9)上并夹紧固定，旋转环(6)沿着支撑导向轮(8)逆时针旋转一定角度，同时行走环(4)回位拾取下一榀钢拱架，夹紧固定后送料至旋转环(6)的拼装位置，首先控制旋转环(6)的旋转角度和伸缩臂(11)的伸出长度，旋转环(6)和伸缩臂(11)分别安装编码器和行程传感器(115)，控制钢拱架的空间位置在拼装区域内；

钢拱架拼装机械手(14)调整第二榀钢拱架的位姿，确保两榀钢拱架端面对接在可接受误差范围内，姿态调整装置(12)上的轻型液压缸(122)和偏航角调节液压缸(124)上安装有内置式的磁致伸缩位移传感器，分别测得轻型液压缸(122)和偏航角调节液压缸(124)的伸缩长度，从而计算出机械手末端旋转平台(137)的姿态角和姿态位移，两榀钢拱架可靠连接后，钢拱架夹具(9)将第二榀钢拱架夹紧固定，旋转环(6)逆时针旋转一定角度，此时开始下一榀钢拱架拼装，直至钢拱架拼装成环。