1.一种用于地铁隧道管片钻孔的机器人,其特征在于,主要包括:行走轨道车(1)、电控系统(2)、柴油发电机(3)、液压站(4)、伺服液压系统(5)、横移机构(6)、折臂系统(7)、钻孔系统(8)以及若干传感器;
行走轨道车(1)的车辆平台(11)上前侧布置电控柜、柴油发电机(3)、液压站(4)和伺服液压系统(5),后侧布置横移机构(6);横移机构(6)上安装折臂系统(7),折臂系统(7)的末端为钻孔系统(8);伺服液压系统(5)按控制系统的指令驱动各相关液压元器件按序运转,并收集运转过程中的相关数据反馈至电控系统(2);电控系统(2)安装在电控柜内,是以PLC为核心的控制系统,在人工标定初始施工点后,由电控系统(2)控制伺服液压系统(5),机器人按标定点位自动进行重复施工;
折臂系统(7)主要包括底座(71)、折臂回转机构(72)、主支撑臂(73)、仰角调节液压缸(74)、伸缩主臂(75)、两级液压缸(76)、一级伸缩臂(77)、二级伸缩臂(78);
折臂回转机构(72)安装在底座(71)上,转动范围为360°;主支撑臂(73)用于支撑伸缩主臂(75)和仰角调节液压缸(74);仰角调节液压缸(74)上安装角度传感器,通过伺服液压系统(5)和电控系统(2)调节仰角调节液压缸(74)的伸缩量,实现伸缩主臂(75)的角度控制:伸缩主臂(75)与水平面的夹角调节范围为‑65°~90°;两级液压缸(76)为伸缩式液压缸,加装拉线式位移传感器,用于实现一级伸缩臂(77)和二级伸缩臂(78)的逐级伸缩;折臂系统(7)满足最高施工点与最低施工点相差6650mm、侧面最近点与最远点相差1900mm的尺寸要求。
2.如权利要求1所述的一种用于地铁隧道管片钻孔的机器人,其特征在于:行走轨道车(1)是伺服驱动的轨道RGV台车,包括车辆平台(11)、驱动轮(12)和拖行轮,用于实现机器人沿轨道行驶、纵向方向的精确进给;车辆平台(11)底部设有四个驱动轮(12),驱动轮(12)上安装电磁刹车装置;前侧额外增加了一对可垂直升降的拖行轮便于高速拖行运输,电控系统能实现驱动轮与拖行轮的自动切换。
3.如权利要求1所述的一种用于地铁隧道管片钻孔的机器人,其特征在于:横移机构(6)包括横移底座(61)和横移滑座(62);横移底座(61)固定在车辆平台(11)上,其上安装两条直线导轨,并在中间焊接一条型材安装齿条;横移滑座(62)下方安装导向滑块,沿横移底座(61)上的直线导轨运动;折臂系统(7)的底座(71)安装在横移滑座(62)上;横移滑座(62)下方还安装一个齿轮,通过伺服电机驱动齿轮齿条运动,横移滑座(62)带动折臂系统(7)实现横向移动。
4.如权利要求1所述的一种用于地铁隧道管片钻孔的机器人,其特征在于:钻孔系统(8)主要包括回转连接机构(81)、主框架(82)、前部框架(83)、顶紧机构(84)、1号钻孔机构(85)、2号钻孔机构(86);前部框架(83)与主框架(82)固定连接,前部框架(83)上左右各安装一条导轨;回转连接机构(81)安装在主框架(82)上,连接折臂系统(7)及钻孔系统(8);回转连接机构(81)上安装角度传感器,通过内部的双向变量马达驱动蜗轮蜗杆回转支承,带动主框架(82)旋转,实现钻孔系统(8)的整体回转角度调节;钻孔系统(8)还安装钢筋检测传感器,用于检查钻孔位置附近是否有钢筋,并将检测数据发送至电控系统。
5.如权利要求4所述的一种用于地铁隧道管片钻孔的机器人,其特征在于:1号钻孔机构(85)和2号钻孔机构(86)结构相同,主要包括钻头组件(851)、钻头摆动机构(852)、钻头进给机构(853)、钻头升降机构(854)和钻孔机构框架(855);
钻头升降机构(854)安装在主框架(82)内部空腔中,布置在1号钻孔机构(85)和2号钻孔机构(86)之间;钻头升降机构(854)主要由液压油缸加装拉杆式位移传感器构成,配合伺服液压系统(5)和电控系统(2),通过油缸伸缩带动钻孔机构框架(855)沿前部框架(83)上安装的导轨升降滑动,从而控制1号钻孔机构(85)和2号钻孔机构(86)的间距位置;
钻头组件(851)置于钻孔机构框架(855)的空腔中,主要包括电锤、电锤安装座和进给连接座,电锤固定在电锤安装座上;
钻头摆动机构(852)主要由回转马达、回转支承座、回转减速机构加装角度传感器构成;回转支承座固定在钻孔机构框架(855)外侧,通过回转马达带动电锤安装座小幅度回转摆动,实现电锤角度的微调,以保证电锤钻孔与隧道壁面的垂直;
钻头进给机构(853)安装在钻头组件(851)的进给连接座上,布置在钻孔机构框架(855)的另一侧,主要由液压油缸加装拉杆式位移传感器构成,当电锤角度确定后,钻头进给机构(853)用于实现钻孔深度的控制。
6.一种用于地铁隧道管片钻孔的施工方法,用于如权利要求1至5任一项所述的地铁隧道管片钻孔的机器人,其特征在于:按以下步骤操作,机器人可自动进行重复施工:a)人工使用手持示教器进行人工示教模式:首先拖挂行走轨道车(1)沿钢轨进入隧道内部;然后操作横移机构(6)和折臂系统(7),使钻孔系统(8)至初始打孔点位置附近;接着控制钻孔系统(8)的回转连接机构(81)旋转,再驱动顶紧机构(84)顶紧在隧道壁面;最后精调1号钻孔机构(85)和2号钻孔机构(86)的角度、位置,驱动电锤进给进行打孔;
b)设定各点施工位置参数,将设备调节至自动模式,该模式可进行自动行走定位、自动适应轨道变化、自动规避管片钢筋和障碍;
c)机器人自动按照设定参数延隧道移动完成全线打孔任务。