一种智能隧道钻孔机及钻孔方法与流程

本发明涉及隧道内电气设施施工领域，特别涉及一种智能隧道钻孔机及钻孔方法。

背景技术：

隧道内部电气安装施工，一直都是需要大量劳动力的工作，而且，高空作业，安全不容忽视。目前国内在隧道施工中有一些用来钻孔的辅助设备，但是，充其量仅仅是辅助设备，移动不方便，定位不准确，钻孔效率并未真正提升。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题的一方面是提供一种智能隧道钻孔机，解决现有技术中移动不方便，定位不准确，钻孔效率低的问题，实现在隧道内电气安装钻孔的真正智能化、高效率、节约人力。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种智能隧道钻孔机，包括：

履带行走装置，所述履带行走装置包括第一底盘、履带行走机构，所述履带行走机构设置在所述第一底盘两侧，所述履带行走机构包括驱动所述履带行走机构的转动机构，所述第一底盘的前端和后端分别对称设置有吊装支架；

电气安装柜，所述电气安装柜固定设置在所述第一底盘的上部，所述电气安装柜包括固定框架和柜体，所述固定框架设置在所述柜体的周边，所述固定框架与所述柜体固定连接，所述电气安装柜内分别设有发电机、液压系统、空压机和plc控制系统；

综合移动平台，所述综合移动平台设置在所述电气柜的上部，所述综合移动平台包括y向移动机构、x向移动机构、工作台、第一旋转盘组件，所述x向移动机构活动设置在所述y向移动机构的上部，所述工作台可拆卸设置在所述x向移动机构的上部，所述工作台包括一个矩形腔体和设置在所述矩形腔体上部的第二底盘，所述矩形腔体与所述第二底盘相匹配，所述第二底盘中心位置贯穿设有一个第一圆孔；

所述第一旋转盘组件活动设置在所述第二底盘上，所述第一旋转盘组件包括第一旋转盘、旋转盘安装座和旋转机构，所述旋转盘安装座可拆卸设置所述第二底盘的上部，所述旋转盘安装座与所述第一圆孔相匹配，所述旋转机构设置在所述工作台的内部，所述第一旋转盘组件与所述工作台活动连接，所述第一旋转盘的上面设置有第二旋转盘组件；

伸缩旋转臂组件，所述伸缩旋转臂组件活动设置在所述第一旋转盘的上部，所述伸缩旋转臂组件通过所述第二旋转盘组件与所述第一旋转盘活动连接，所述伸缩旋转臂组件包括主伸缩臂组件、多级油缸，所述多级油缸设置在所述主伸缩臂的中部，所述多级油缸包括设置在所述多级油缸中部的伸缩杆，所述伸缩杆包括第一端、第二端，所述第一端与所述多级油缸固定连接，所述第二端固定设置有第一连接板，所述伸缩旋转臂组件在-120度至120度的范围内旋转；

钻机头组件，所述钻机头组件活动设置在所述第一连接板上，所述钻机头组件包括固定架、钻机固定板、钻孔油缸、钻机及钻头，所述钻机固定板活动设置在所述固定架的上部，所述钻孔油缸设置在所述钻机固定架的内部，所述钻孔油缸两端分别与所述固定架和所述钻机固定板可拆卸连接，所述钻机可拆卸设置在钻机固定板上，所述钻机固定板的上部贯穿设有所述钻头穿过的腰形孔，所述钻头与所述钻机可拆卸连接，所述钻机头组件上分别设有视觉装置、多个距离传感器和吸尘装置；

所述钻机头组件的下部设有旋转装置，所述旋转装置包括第一伺服马达、旋转轴，所述第一伺服马达与所述旋转轴连接，所述钻机头组件与所述第一连接板通过所述旋转轴活动连接。

优选的，所述视觉装置上设置有第一防护盖及第一自动开启装置，所述固定架上部设置有视觉装置固定座，所述视觉装置安装在所述视觉装置固定座上，所述视觉装置为工业相机；

多个所述距离传感器分别设置在所述固定架的侧面，多个所述距离传感器上均设有第二防护盖及第二自动开启装置，多个所述距离传感器分别与所述固定架可拆卸连接；

所述吸尘装置设置在所述固定架的内部，所述吸尘装置与所述固定架可拆卸连接。

优选的，所述y向移动机构包括y向移动丝杆、两个y向移动导轨、第二伺服马达，两个所述y向移动导轨平行设置在所述电气安装柜上，所述y向移动丝杆设置在两个所述y向移动导轨中部，所述第二伺服马达与所述y向移动丝杆旋转连接，所述第二伺服马达用于驱动所述y向移动丝杆转动；

所述x向移动机构活动设置在所述y向移动丝杆的上部，所述x向移动机构包括x向移动丝杆和两个x向移动导轨、第三伺服马达，两个所述x向移动导轨对称设置在所述x向移动丝杆的两侧，每个所述x向移动导轨的下部设有多个滑块，每个所述滑块设有与所述y向移动导轨相匹配的导槽，所述x向移动机构与所述y向移动机构通过所述滑块与所述y向移动导轨活动连接，所述第三伺服马达用于驱动所述x向移动丝杆移动转动。

优选的，第二旋转盘组件包括固定支架、及设置在所述固定支架上的第四伺服电机和第二旋转盘，所述第四伺服电机固定设置在所述固定支架上，所述第二旋转盘为两个，两个所述第二旋转盘分别设置在所述第四伺服电机两侧的转轴上，两个所述第二旋转盘上分别均匀设置有多个第二圆孔。

优选的，所述主伸缩臂组件包括两个伸缩臂板、两个第二连接板和设置在两个所述伸臂板外侧的伸缩装置，两个第二连接板垂直设置在所述伸缩臂板之间，两个所述第二连接板与所述伸缩臂板固定连接，两个所述伸缩装置的一端分别与所述第一连接板螺栓连接，两个所述伸缩臂板上分别设有多个与所述多个第二圆孔相匹配的第三圆孔，两个所述伸缩臂板分别与两个所述第二旋转盘用螺栓紧固连接。

优选的，所述plc控制系统包括plc控制器和无线通讯模块，所述plc控制器分别与所述发电机、所述液压马达、所述空压机、所述第一伺服马达、所述第二伺服马达、所述第三伺服马达、所述第四伺服马达、所述距离传感器、所述视觉装置、所述第一自动开启装置、所述第二自动开启装置电性连接，所述无线通讯模块为wifi、蓝牙、4g或5g。

优选的，还包括人机交互装置，所述人机交互装置包括工业摇控器、笔记本电脑、ipad，所述人机交互装置通过所述无线通讯模块与所述plc控制器连接,所述人机交互装置用于输入操控指令和查看所述钻头固定架的位置、距离及相关钻孔信息。

本发明要解决的技术问题的另一方面是提供一种智能隧道钻孔机的钻孔方法，包括以下步骤:

s1.操作人机交互装置将智能隧道钻孔机移动至需要钻第一孔的目标位置；

s2.通过人机交互装置设置钻孔的参数及钻孔程序，启动第一旋转盘组件旋转至90度位置，将伸缩旋转臂组件旋转至设置的角度，并将钻机头组件旋转至设定的角度；

s3.启动主伸缩旋转臂组件，使伸缩杆伸出所述多级油缸油缸，通过测距传感器检测所述钻机头组件与设定位置的距离，当所述钻机头组件至设定位置的距离时所述多级油缸停止伸缩，调整所述钻机头组件的角度，使钻头与钻孔工作面保持设定的角度；

s4.启动视觉装置并拍照测距，得到钻孔标记对应的x\y坐标数据，并将该数据传送至plc控制体系统，再调节x向移动机构、y向移动机构，并按x\y坐标数据移动，调整钻头并对准设定的所述第一孔；

s5.启动冲击钻机，钻孔油缸推动冲击钻机开始钻第一孔，按设定的钻孔程序钻孔至设定的深度后，所述冲击钻退出，再按第二孔的设定的距离，调节x向移动机构、y向移动机构使钻头至所述第二孔的位置，按设定钻孔程序及设定的深度，完成第二孔的钻孔；以此流程循环工作。

本发明的有益效果在于：

本发明一种智能隧道钻孔机，体积小，操作方便，便于运输维护，可完全代替人工高空作业的工作，避免人员工伤事故，本发明采用履带行走机构，可在复杂地形的行走，能适应复杂的施工环境，实现在隧道内电气安装钻孔的真正智能化，通过视觉装置的精确定位，可保证钻孔的位置精度，保证施工质量与进度，通过人机交互装置及可视化人机界面操作该机器，极大的提升了施工工效率，节约了人力，极大的降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明一种智能隧道钻孔机实施例的主视图；

图2为本发明一种智能隧道钻孔机实施例的立体结构示意图；

图3为本发明一种智能隧道钻孔机的钻孔方法实施例的流程图。

图中，1-履带行走机构，2-第一底盘，3-吊装支架，4-电气安装柜，5-y向移动机构，6-第三伺服马达，7-工作台，8-第二底盘，9-旋转盘安装座，10-第一旋转盘组件，11-第四伺服电机，12-固定支架，13-第二旋转盘，14主旋转臂，15-多级油缸，16-第一连接板，17-第二连接板，18-旋转轴，19-钻机固定板，20-固定架，21-钻孔油缸，22-钻头，23-视觉装置，24-距离传感器，25-x向移动机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、图2所示，一种智能隧道钻孔机，包括：

履带行走装置，履带行走装置包括第一底盘2、履带行走机构1，履带行走机构1设置在第一底盘2两侧，履带行走机构1包括驱动履带行走机构1的转动机构，第一底盘2的前端和后端分别对称设置有吊装支架3；

具体的，本实施例中，吊装支架3为四个，四个吊装支架3分别与第一底盘2可拆卸固定连接，四个吊装支架3上设有多个用于安装吊钩的圆孔，履带行走机构1可适应复杂地形的行走。

电气安装柜4，电气安装柜4固定设置在第一底盘2的上部，电气安装柜4包括固定框架和柜体，固定框架设置在柜体的周边，固定框架与柜体固定连接，电气安装柜4内分别设有发电机、液压系统、空压机和plc控制系统；

具体的，本实施例中，电气安装柜4包括多个电气柜，每个电气柜内分别安装有不同的电器，电气安装柜4的上部设有多个吊环。

综合移动平台，综合移动平台设置在电气安装柜4的上部，综合移动平台包括y向移动机构5、x向移动机构25、工作台7、第一旋转盘组件10，x向移动机构25活动设置在y向移动机构5的上部，工作台7可拆卸设置在x向移动机构25的上部，工作台7包括一个矩形腔体和设置在矩形腔体上部的第二底盘8，矩形腔体与第二底盘8相匹配，第二底盘8中心位置贯穿设有一个第一圆孔；

具体的，本实施例中，综合移动平台上的x向移动机构25和y向移动机构5配置高精度导轨及丝杆，分别由第二伺服马达、第三伺服马达驱动丝杆，可以调整x\y坐标，使钻头22快速移动到需要钻孔的指定位置。

第一旋转盘组件10活动设置在所述第二底盘8上，第一旋转盘组件10包括第一旋转盘、旋转盘安装座9和旋转机构，旋转盘安装座9可拆卸设置所述第二底盘8的上部，旋转盘安装座9与第一圆孔相匹配，旋转机构设置在工作台7的内部，第一旋转盘组件10与工作台7活动连接，第一旋转盘的上面设置有第二旋转盘组件；

具体的，本实施例中，第一旋转盘组件10可以在第二底盘8平面0-90度范围的旋转，旋转机构由液压马达或步进电机驱动，可适应不同高度、不同区域的钻孔作业。

伸缩旋转臂组件，伸缩旋转臂组件活动设置在所述第一旋转盘的上部，伸缩旋转臂组件通过第二旋转盘组件与第一旋转盘活动连接，伸缩旋转臂组件包括主伸缩臂组件、多级油缸15，多级油缸15设置在主伸缩臂14的中部，多级油缸15包括设置在多级油缸15中部的伸缩杆，伸缩杆包括第一端、第二端，第一端与多级油缸15固定连接，第二端固定设置有第一连接板16，伸缩旋转臂组件在-120度至120度的范围内旋转；

钻机头组件，钻机头组件活动设置在第一连接板16上，钻机头组件包括固定架20、钻机固定板19、钻孔油缸21、钻机及钻头22，钻机固定板19活动设置在固定架20的上部，钻孔油缸21设置在固定架20的内部，钻孔油缸21两端分别与固定架20和钻机固定板19可拆卸连接，钻机可拆卸设置在钻机固定板19上，钻机固定板19的上部贯穿设有钻头22穿过的腰形孔，钻头22与钻机可拆卸连接，钻机头组件上分别设有视觉装置23、多个距离传感器24和吸尘装置；

具体的，本实施例中，吸尘装置设置在固定架20的内部，吸尘装置活动设置在钻机的一侧。

钻机头组件的下部设有旋转装置，旋转装置包括第一伺服马达、旋转轴18，第一伺服马达与旋转轴18连接，钻机头组件与第一连接板16通过旋转轴18活动连接。

具体的，本实施例中，伸缩旋转臂组件的旋转动力也可由液压马达或第一伺服马达提供，伸缩旋转臂组件的旋转角度通过设置在旋转装置内的角度传感器精确测量并反馈给plc控制系统。

本发明较佳的实施例中，视觉装置23上设置有第一防护盖及第一自动开启装置，固定架20上部设置有视觉装置固定座，视觉装置23安装在视觉装置固定座上，视觉装置23为工业相机；

具体的，本实施例中，第一防护盖在视觉装置23不工作的时候自动关闭，起到保护好相机的作用，视觉装置23可以快速确定需要钻孔的位置坐标，并提供给plc控制系统快速定位，。

多个距离传感器24分别设置在固定架20的侧面，多个距离传感器24上均设有第二防护盖及第二自动开启装置，多个距离传感器24分别与固定架20可拆卸连接；

具体的，本实施例中，第二防护盖在不工作的时候自动关闭，起到保护距离传感器24的作用。

吸尘装置设置在固定架20的内部，吸尘装置与固定架20可拆卸连接。

本发明较佳的实施例中，y向移动机构5包括y向移动丝杆、两个y向移动导轨、第二伺服马达，两个所述y向移动导轨平行设置在电气安装柜4上，y向移动丝杆设置在两个所述y向移动导轨中部，第二伺服马达与y向移动丝杆旋转连接，第二伺服马达用于驱动所述y向移动丝杆转动；

具体的，本实施例中，y向移动机构5与固定框架可拆卸连接，固定框架上对称设置有多个吊环。

x向移动机构25活动设置在所述y向移动丝杆的上部，x向移动机构包括x向移动丝杆和两个x向移动导轨、第三伺服马达，两个x向移动导轨对称设置在x向移动丝杆的两侧，每个x向移动导轨的下部设有多个滑块，每个滑块设有与y向移动导轨相匹配的导槽，x向移动机构25与y向移动机构5通过滑块与y向移动导轨活动连接，第三伺服马达用于驱动x向移动丝杆移动转动。

本发明较佳的实施例中，第二旋转盘组件包括固定支架12、及设置在固定支架12上的第四伺服电机11和第二旋转盘，第四伺服电机11固定设置在固定支架12上，第二旋转盘13为两个，两个第二旋转盘13分别设置在所述第四伺服电机11两侧的转轴上，两个第二旋转盘13上分别均匀设置有多个第二圆孔。

本发明较佳的实施例中，主伸缩臂组件包括两个伸缩臂板、两个第二连接板17和设置在两个伸臂板外侧的伸缩装置，两个第二连接板17垂直设置在伸缩臂板之间，两个第二连接板17与伸缩臂板固定连接，两个伸缩装置的一端分别与第一连接板16螺栓连接，两个伸缩臂板上分别设有多个与多个第二圆孔相匹配的第三圆孔，两个伸缩臂板分别与两个第二旋转盘13用螺栓紧固连接。

具体的，本实施例中，主伸缩旋转臂组件由2-3级液压缸或多级油缸15提供动力，可以在隧道内部高度在4-12米的空间作业。

本发明较佳的实施例中，plc控制系统包括plc控制器和无线通讯模块，plc控制器分别与发电机、液压马达、空压机、第一伺服马达、第二伺服马达、第三伺服马达、第四伺服马达、距离传感器、视觉装置、第一自动开启装置、第二自动开启装置电性连接，无线通讯模块为wifi、蓝牙、4g或5g。

本发明较佳的实施例中，还包括人机交互装置，人机交互装置包括工业摇控器、笔记本电脑、ipad，人机交互装置通过无线通讯模块与所述plc控制器连接,人机交互装置用于输入操控指令和查看所述钻头固定架的位置、距离及相关钻孔信息。

如图3所示，一种智能隧道钻孔机的钻孔方法，包括以下步骤:

步骤s1.操作人机交互装置将智能隧道钻孔机移动至需要钻第一孔的目标位置；

步骤s2.通过人机交互装置设置钻孔的参数及钻孔程序，启动第一旋转盘组件10旋转至90度位置，将伸缩旋转臂组件旋转至设置的角度，并将钻机头组件旋转至设定的角度；

步骤s3.启动主伸缩旋转臂组件，使伸缩杆伸出多级油缸油缸，通过测距传感器检测钻机头22组件与设定位置的距离，当钻机头组件至设定位置的距离时伸缩多级油15缸停止伸缩，调整钻机头组件的角度，使钻头22与钻孔工作面保持设定的角度；

步骤s4.启动视觉装置23并拍照测距，得到钻孔标记对应的x\y坐标数据，并将该数据传送至plc控制体系统，再调节x向移动机构25、y向移动机构5，并按x\y坐标数据移动，调整钻头22并对准设定的所述第一孔；

步骤s5.启动冲击钻机，钻孔油缸21推动冲击钻机开始钻第一孔，按设定的钻孔程序钻孔至设定的深度后，冲击钻退出，再按第二孔的设定的距离，调节x向移动机构25、y向移动机构5使钻头22至第二孔的位置，按设定钻孔程序及设定的深度，完成第二孔的钻孔；以此流程循环工作。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。