[发明专利]一种具备机器人换刀功能的盾构机

说明书

本发明公开了一种具备机器人换刀功能的盾构机，解决现有技术中盾构机换刀困难的问题。本发明包括刀盘、主机和后配套，所述主机与刀盘之间设有土仓，主机内部的上方设有机器人仓和刀库，刀库位于机器人仓内，机器人仓位于土仓后方，土仓舱壁上设有换刀闸门，机器人仓内设有换刀机器人，刀盘上设有适于换刀机器人换刀的新型刀具。本发明为采用机器人换刀的的盾构机，换刀机器人可在机器人仓中运动、换取刀具，换刀程序简洁有序；换刀机器人的末端执行机构通过运动调节机构、螺栓松紧机构、高压清洗机构、图像采集机构，实现对刀具进行夹取吊装、对螺栓松紧、对刀具进行高压清洗，同时还可以进行图像采集，实时监测，提高换刀效率和操作安全系数。

技术领域

本发明涉及盾构机技术领域，特别是指一种具备机器人换刀功能的盾构机。

背景技术

全断面掘进机施工过程中刀具消耗大、更换频繁，刀具检测及换刀作业时间占隧道施工周期的10%以上，现有刀具检测与换刀工作主要依赖人工作业，大埋深、高水压等施工环境下作业安全隐患大，易出现人员伤亡等重大安全事故。据统计，国内近70%的隧道施工安全事故都与人工换刀作业直接相关，“检测难、换刀险”的国际性行业难题已成为制约复杂地质条件下隧道施工安全与效率的瓶颈。因此用换刀机器人代替人工进行盾构机换刀成为目前的一项研究课题。

但是现阶段对换刀机器人的研究较少，不仅要考虑盾构机高压/高湿等复杂环境，还要考虑与盾构的配合度。针对全断面隧道掘进机刀盘刀具性态检测和安全快速换刀的迫切需求，需设计一种具备机器人换刀功能的盾构机，实现换刀环节“机器代人” 的安全高效作业。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种具备机器人换刀功能的盾构机，解决现有技术中盾构机换刀困难的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种具备机器人换刀功能的盾构机，包括刀盘、主机和后配套，所述主机与刀盘之间设有土仓，主机内部的上方设有机器人仓和刀库，刀库位于机器人仓内，机器人仓位于土仓后方，土仓舱壁上设有换刀闸门，机器人仓内设有换刀机器人，刀盘上设有适于换刀机器人换刀的新型刀具。

所述换刀机器人包括换刀机器人本体和末端执行机构，换刀机器人本体与设置在机器人仓中的地轨滑动连接，末端执行机构活动设置在换刀机器人本体的前端。

所述换刀机器人本体包括移动大臂和伸缩小臂，伸缩小臂通过第一回转机构与移动大臂相连接，末端执行机构通过第二回转机构与伸缩小臂相连接。

所述第一回转机构包括径面回转件和轴面回转盘，径面回转件的一端与移动大臂的伸缩端相连接、另一端与轴面回转盘连接，轴面回转盘与伸缩小臂的固定端相连接。

所述末端执行机构包括运动调节机构，运动调节机构上设有夹爪组件、图像采集机构、螺栓松紧机构和高压清洗机构，夹爪组件、图像采集机构、螺栓松紧机构和高压清洗机构位于运动调节机构的同一板面上。

所述运动调节机构包括十字运动座和连接箱体，连接箱体通过第一旋转机构与十字运动座相连接，夹爪组件设置在连接箱体上，且通过滑移驱动机构与连接箱体滑动连接。

所述十字运动座包括下板座、中板座和上板座，下板座通过纵向滑动机构与中板座相连接，中板座通过横向滑移机构与上板座相连接。

所述第一旋转机构包括万向节和两个旋转油缸，两个旋转油缸位于万向节的外周侧；两个旋转油缸的伸缩方向垂直，旋转油缸的一端与上板座铰接、另一端与连接箱体铰接。

所述夹爪组件包括固定爪和移动爪，移动爪与固定爪铰接且通过夹紧油缸实现开合，固定爪的顶部与滑移驱动机构连接。

所述滑移驱动机构包括导轨，导轨固定在连接箱体内，导轨上滑动设有滑块，滑块与固定爪固定连接，滑块上铰接有移动油缸，移动油缸推动滑块沿导轨移动。