隧道衬砌爬壁注浆机器人

1.本发明属于隧道注浆机械技术领域，具体涉及一种隧道衬砌爬壁注浆机器人。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.目前，隧道成为铁路建设投资最大、工期最长的环节之一。隧道钻孔是为后期注浆做准备，通过钻孔向岩层裂隙或破碎岩层注入浆液，达到堵水与加固的目的，应严格按照设计的钻孔方向、角度和孔径进行钻进。
4.但目前隧道钻孔工作主要以人工钻孔作业为主，涉及大量空中作业，作业难度大，劳动强度高，施工效率低，钻孔质量难以保证。然而目前对于隧道管片钻孔机器人的研究较少，并且现有研究大多仅针对解决单一特定隧道或孔位的钻孔施工需求，无法满足多种隧道的多样化钻孔需求。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种隧道衬砌爬壁注浆机器人，该机器人通过软硬件集成，提升隧道钻孔作业安全性，实现了对隧道管片钻孔的高效率、智能化作业。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提供了一种隧道衬砌爬壁注浆机器人，包括钻孔装置，所述钻孔装置与多自由度机械臂连接，多自由度机械臂固定于承重支架；所述承重支架安设传动装置，传动装置为履带式，且传动装置固定设置吸盘，以吸附岩壁。
8.作为进一步的技术方案，所述传动装置包括转轮和履带，转轮固定于承重支架两端，履带套接在转轮。
9.作为进一步的技术方案，所述吸盘沿履带长度方向设置多个。
10.作为进一步的技术方案，所述承重支架顶部固定设置动力装置，动力装置包括电机，电机与传动装置连接。
11.作为进一步的技术方案，所述动力装置还包括负压风机，以进行通风、换气、降温。
12.作为进一步的技术方案，所述承重支架顶部还安设定位摄像头，以定位钻孔位置并拍摄钻孔位置图像。
13.作为进一步的技术方案，所述传动装置、动力装置和定位摄像头均与远程控制系统连接。
14.作为进一步的技术方案，所述多自由度机械臂由两段机械臂连接而成，其中一段机械臂与承重支架连接，两段机械臂之间连接，另一段机械臂端部与钻孔装置连接。
15.作为进一步的技术方案，其中，一段机械臂与承重支架连接处可转动，两段机械臂连接处可转动，实现钻孔装置水平旋转、俯仰旋转。
16.作为进一步的技术方案，所述钻孔装置包括钻头，钻头由电机带动转动打孔，电机
连接于多自由度机械臂末端。
17.上述本发明的有益效果如下：
18.本发明的注浆机器人，在传动装置处设置吸盘(一个吸盘可承载20公斤)，利用空气负压，能吸附在地下岩壁，实现自动爬壁功能，解决了传统的注浆设备易受地形条件限制，运输困难的问题。
19.本发明的注浆机器人，通过定位摄像头可实现钻孔位置定位，并拍摄钻孔位置图像，通过定位摄像头和传动装置、多自由度机械臂的配合，完成隧道内精准、高效打孔作业。
20.本发明的注浆机器人，机械臂自由度高，可实现水平旋转360
°
，俯仰旋转
±
170
°
，能够根据施工要求，不同角度、不同深度的精准钻孔，缩短隧道布线作业的工作时间，提高钻孔精度，实现智能化钻孔，对解放工人劳动力和提升隧道作业效率具有重要的意义。
21.本发明的注浆机器人，可通过负压风机提供动力，负压风机集通风、换气、降温于一体，节能环保；可以快速将洞内的浑浊、闷热及有异味的空气替换排出，有效控制洞内环境。
附图说明
22.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
23.图1为本发明隧道衬砌爬壁注浆机器人结构示意图；
24.图2为本发明的传动装置的示意图；
25.图3为本发明的多自由度机械臂的工作状态示意图；
26.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
27.其中，1为钻孔装置，2为多自由度机械臂，3为高清定位摄像头，4为传动装置，5为动力装置，6为承重支架，7为履带，8为吸盘。
具体实施方式
28.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
29.本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种隧道衬砌爬壁注浆机器人，该机器人具有钻孔功能、可自动爬壁、用于对隧道进行整治。
30.该机器人包括钻孔装置1、多自由度机械臂2、高清定位摄像头3、传动装置4、动力装置5、承重支架6，钻孔装置1通过多自由度机械臂2与承重支架6连接，承重支架6位于底部，承重支架6顶部固定设置多自由度机械臂2，多自由度机械臂2末端固定设置钻孔装置1。
31.多自由度机械臂2具有4个自由度，其可由两段机械臂连接而成，其中一段机械臂与承重支架连接，两段机械臂之间连接，另一段机械臂端部与钻孔装置连接；一段机械臂与承重支架6连接处可转动，两段机械臂连接处可转动，带动钻孔装置1调整其方位，实现钻孔装置水平旋转、俯仰旋转。
32.由于多自由度机械臂具有4个自由度，可实现水平旋转360
°
，俯仰旋转
±
170
°
。
33.钻孔装置1包括钻头，钻头由电机带动转动打孔，电机连接于多自由度机械臂2末
端。
34.在本实施例中，钻孔装置1中钻头打孔直径为20mm，精度为5mm。
35.承重支架6顶部固定设置动力装置5，可将多自由度机械臂2固定于动力装置5顶部，也可将多自由度机械臂2固定于承重支架顶部的支座。
36.承重支架6安设传动装置4，传动装置4为履带式，其包括履带7，承重支架6两端设置转轮，履带套接在转轮上，由履带和转轮的配合实现行走。
37.履带7上沿其长度方向设置多个吸盘8，吸盘一个吸盘可承载20公斤，在行走过程中，利用空气负压原理，能够吸附在地下岩壁，实现自动爬壁功能。
38.履带一般设置2条，其在承重支架6两侧安装，承重支架中部用以安装动力装置、多自由度机械臂等。
39.动力装置5与传动装置4连接，动力装置5主要由电机和负压风机组成，电机为传动装置的转轮提供动力，负压风机可进行洞内通风、换气、降温，降温换气效果可达90％-97％，有效控制洞内环境。
40.承重支架6顶部还安设高清定位摄像头3，其带有定位功能，可定位钻孔位置，且可拍摄钻孔位置图像；高清定位摄像头3采用现有技术即可，在此不再赘述。
41.动力装置5、传动装置4、高清定位摄像头3等均可与远程控制系统连接，由远程控制系统控制其进行操作。
42.在本实施例中，承重支架6尺寸为700
×
500
×
600mm。
43.该隧道衬砌爬壁注浆机器人的工作原理为：
44.通过远程控制系统控制动力装置5与传动装置4工作，从而移动机器人至病害处(病害位置已在施工前确定)，移动过程中，传动装置4的吸盘吸附隧道岩壁进行自动爬壁，利用多自由度机械臂2带动钻孔装置1改变钻孔装置1的方位，通过高清定位摄像头3准确定位钻孔位置，完成隧道内精准、高效打孔作业。
45.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。