新型盾构用滑轨式换刀系统技术方案

本发明专利技术公开了一种新型盾构用滑轨式换刀系统，本发明专利技术包括蛇形滑块导轨机构、末端执行机构和运动调节机构，蛇形滑块导轨机构与运动调节机构相连接，蛇形滑块导轨机构内设有滑移输送机构，滑移输送机构沿蛇形滑块导轨机构移动，末端执行机构安装在滑移输送机构上且随滑移输送机构运动。本发明专利技术采用滑轨式换刀机器人换刀系统，载有末端执行机构的滑移输送机构沿预定好的滑轨运行至相应的位置，对刀盘上的刀具进行更换，运动安全平稳，准确定位换刀位置，提高换刀效率。其末端执行机构结构集成度高，运动灵活，可对刀具进行夹取吊装、螺栓松紧、高压清洗，同时还可以图像采集，实时监测，提高换刀效率和操作安全系数，具有较高的推广价值。

A new type of tool changing system with slide rail for shield machine

【技术实现步骤摘要】
新型盾构用滑轨式换刀系统
本专利技术涉及盾构换刀
，特别是指一种新型盾构用滑轨式换刀系统。
技术介绍
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。如何抛开传统换刀方式，实现精确自动换刀，是本申请研究的重点。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，需设计配合度高、全新的自动换刀系统。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中的不足，本专利技术提出一种新型盾构用滑轨式换刀系统。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种新型盾构用滑轨式换刀系统，包括蛇形滑块导轨机构、末端执行机构和运动调节机构，蛇形滑块导轨机构与运动调节机构相连接，蛇形滑块导轨机构内设有滑移输送机构，滑移输送机构沿蛇形滑块导轨机构移动，末端执行机构安装在滑移输送机构上且随滑移输送机构运动。所述蛇形滑块导轨机构包括螺旋轨道和平直轨道，螺旋轨道设置在运动调节机构上，平直轨道设置在土舱外壁上，螺旋轨道通过运动调节机构与平直轨道相对应。所述平直轨道包括轴向平直轨道和径向平直轨道，轴向平直轨道设置在土舱轴向外壁上，径向平直轨道设置在土舱径向面板上，轴向平直轨道和径向平直轨道相对应。所述运动调节机构包括设置在换刀机器人舱内的调节底座，调节底座上设有滑板，滑板通过横向油缸与调节底座相连接，滑板上设有油缸底座，油缸底座通过纵向油缸与滑板相连接，油缸底座上设有提升油缸，螺旋轨道与提升油缸固定连接。所述滑移输送机构包括驱动机构和至少一个载运滑块，驱动机构为载运滑块在蛇形滑块导轨机构内的运动提供动力，载运滑块与末端执行机构相连接，用于承载末端执行机构。所述载运滑块的两端设有铰接耳座，载运滑块的上下两端设有滑轮块，滑轮块与蛇形滑块导轨机构相配合，载运滑块的外面板上固定设有连接垫块，连接垫块用于连接末端执行机构。所述驱动机构包括上卷扬机和下卷扬机，上卷扬机固定设置在螺旋轨道的上部，下卷扬机设置在螺旋轨道的下部，蛇形滑块导轨机构内设有若干个载运滑块，位于末端的载运滑块分别与上卷扬机和下卷扬机的钢丝绳相连接；所述钢丝绳通过设置在蛇形滑块导轨机构上的导向轮导向。所述末端执行机构包括多自由度调节平台、连接箱体和夹持机构，连接箱体与多自由度调节平台相连接，夹持机构安装在连接箱体上，连接箱体上还设有高压清洗机构、螺栓松紧机构和图像采集机构。所述多自由度调节平台包括定平台和动平台，动平台通过并联油缸组与定平台相连接，动平台与连接箱体固定连接。所述并联油缸组包括至少两个油缸，油缸倾斜设置，油缸的两端通过球铰接分别与定平台和动平台连接。所述夹持机构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。所述固定爪和移动爪均为具有弧度的U形夹爪，移动爪通过销轴与固定爪连接；固定爪的夹持端与移动爪的夹持端呈抱合状态，且固定爪夹持端的内壁与移动爪夹持端的内壁上均设有卡紧槽。所述高压清洗机构包括喷嘴接头和接口管道，喷嘴接头套设在接口管道内且向上穿过连接箱体，喷嘴接头的上部设有高压喷嘴，接口管道固定在连接箱体内部且与外部水源相连接。所述喷嘴接头的两侧设有滚轮支架，滚轮支架与连接箱体固定连接，滚轮支架上设有滚轮，滚轮的轮轴与固定在连接箱体上的喷嘴电机相连接，滚轮与喷嘴接头摩擦接触且滚轮转动能带动喷嘴接头上下移动。所述螺栓松紧机构包括扭矩驱动件、扭矩扳手和柔性末端机构，扭矩驱动件通过连杆机构与扭矩扳手相连接，扭矩驱动件、连杆机构和扭矩扳手位于连接箱体内，柔性末端机构伸出连接箱体，扭矩扳手的一端与柔性末端机构连接，扭矩驱动件通过连杆机构和扭矩扳手带动柔性末端机构转动。所述柔性末端机构包括外套筒、中间套筒和中心套筒，中间套筒套设在外套筒内部且通过第一螺栓与外套筒相连接，中心套筒套设在中间套筒内部且通过第二螺栓与中间套筒连接，中心套筒上设有螺母形卡槽。所述外套筒、中间套筒和中心套筒同轴线设置，外套筒和中间套筒及中间套筒和中心套筒均设有径向弹簧；所述外套筒的顶部设有减速机，减速机的输出轴与外套筒固定连接，减速机的输入轴与扭矩扳手固定连接。所述连杆机构包括一个连接板和两个连接杆，连接板与扭矩驱动件固定连接，连接杆的一端与连接板铰接、另一端设有十字连接座；连接杆通过十字连接座与扭矩扳手固定连接，十字连接座的外端部设有预定位推杆，预定位推杆与设置在连接箱体内的凸块相对应。所述图像采集机构包括摄像机和倾角调节平台，倾角调节平台位于连接箱体内且向上伸出连接箱体；摄像机设置在倾角调节平台的上部，所述倾角调节平台包括定平台和动平台，定平台和动平台之间设有摆动升降机构，摆动升降机构带动动平台摆动和升降。所述摆动升降机构包括伸缩件和中心柱，中心柱固定垂直设置在动平台的下部，且位于动平台的中心位置，所述定平台上固定设有轴套，中心柱的下部位于轴套内；伸缩件的两端分别与定平台和动平台铰接，且伸缩件位于中心柱的四周。本专利技术采用滑轨式换刀机器人换刀系统，载有末端执行机构的滑移输送机构沿预定好的滑轨运行至相应的位置，对刀盘上的刀具进行更换，运动安全平稳，准确定位换刀位置，提高换刀效率。末端执行机构的多自由度调节平台带动夹爪升降、转动，对夹爪的位置和角度进行调节，以适应不同位置刀具的拆装更换；螺栓松紧机构可实现快速定位和对螺栓或螺母的快速卡接配合，提高工作效率；图像采集机构可多自由度调节摄像位置，增大图像采集的范围；高压清洗机构可对不同位置的刀具进行清洗。本专利技术设计巧妙，滑轨式运刀方式，是运动平稳有效，末端执行机构集成度高，运动灵活，提高换刀效率和操作安全系数，具有较高的推广价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术在盾构中布置示意图。图2为本专利技术与土舱位置关系示意图。图3为本专利技术整体结构示意图。图4为蛇形滑块导轨机构示意。图5为载运滑块机构示意图。图6为载运滑块机构与末端执行机构连接示意图。图7为本专利技术末端执行机构示意图。图8为本专利技术多自由度调节平台结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：包括蛇形滑块导轨机构（1）、末端执行机构（2）和运动调节机构（3），蛇形滑块导轨机构（1）与运动调节机构（3）相连接，蛇形滑块导轨机构（1）内设有滑移输送机构（4），滑移输送机构（4）沿蛇形滑块导轨机构（1）移动，末端执行机构（2）安装在滑移输送机构（4）上且随滑移输送机构（4）运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：包括蛇形滑块导轨机构（1）、末端执行机构（2）和运动调节机构（3），蛇形滑块导轨机构（1）与运动调节机构（3）相连接，蛇形滑块导轨机构（1）内设有滑移输送机构（4），滑移输送机构（4）沿蛇形滑块导轨机构（1）移动，末端执行机构（2）安装在滑移输送机构（4）上且随滑移输送机构（4）运动。


2.根据权利要求1所述的新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：所述蛇形滑块导轨机构（1）包括螺旋轨道（1-1）和平直轨道（1-2），螺旋轨道（1-1）设置在运动调节机构（3）上，平直轨道（1-2）设置在土舱外壁上，螺旋轨道（1-1）通过运动调节机构（3）与平直轨道（1-2）相对应。


3.根据权利要求2所述的新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：所述平直轨道（1-2）包括轴向平直轨道和径向平直轨道，轴向平直轨道设置在土舱轴向外壁上，径向平直轨道设置在土舱径向面板上，轴向平直轨道和径向平直轨道相对应。


4.根据权利要求3所述的新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：所述运动调节机构（3）包括设置在换刀机器人舱（5）内的调节底座（3-5），调节底座（3-5）上设有滑板（3-3），滑板（3-3）通过横向油缸（3-6）与调节底座（3-5）相连接，滑板（3-3）上设有油缸底座（3-2），油缸底座（3-2）通过纵向油缸（3-4）与滑板（3-3）相连接，油缸底座（3-2）上设有提升油缸（3-1），螺旋轨道（1-1）与提升油缸（3-1）固定连接。


5.根据权利要求1~4任一项所述的新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：所述滑移输送机构（4）包括驱动机构和至少一个载运滑块（4-1），驱动机构为载运滑块（4-1）在蛇形滑块导轨机构（1）内的运动提供动力，载运滑块（4-1）与末端执行机构（2）相连接，用于承载末端执行机构（2）。


6.根据权利要求5所述的新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：所述载运滑块（4-1）的两端设有铰接耳座（4-3），载运滑块（4-1）的上下两端设有滑轮块（4-4），滑轮块（4-4）与蛇形滑块导轨机构（1）相配合，载运滑块（4-1）的外面板上固定设有连接垫块（4-2），连接垫块（4-2）用于连接末端执行机构（2）。


7.根据权利要求5所述的新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：所述驱动机构包括上卷扬机（4-5）和下卷扬机（4-6），上卷扬机（4-5）固定设置在螺旋轨道（1-1）的上部，下卷扬机（4-6）设置在螺旋轨道（1-1）的下部，蛇形滑块导轨机构（1）内设有若干个载运滑块（4-1），位于末端的载运滑块（4-1）分别与上卷扬机（4-5）和下卷扬机（4-6）的钢丝绳（4-7）相连接；所述钢丝绳（4-7）通过设置在蛇形滑块导轨机构（1）上的导向轮导向。


8.根据权利要求1或4或7所述的新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：所述末端执行机构（2）包括多自由度调节平台（201）、连接箱体（206）和夹持机构（202），连接箱体（206）与多自由度调节平台（201）相连接，夹持机构（202）安装在连接箱体（206）上，连接箱体（206）上还设有高压清洗机构（203）、螺栓松紧机构（204）和图像采集机构（205）。


9.根据权利要求8所述的新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：所述多自由度调节平台（201）包括定平台（2011）和动平台（2012），动平台（2012）通过并联油缸组（2013）与定平台（2011）相连接，动平台（2012）与连接箱体（206）固定连接。


10.根据权利要求9所述的新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：所述并联油缸组（2013）包括至少两个油缸，油缸倾斜设置，油缸的两端通过球铰接分别与定平台（2011）和动平台（2012）连接。


11.根据权利要求8所述的新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：所述夹持机构（202）包括固定爪（101）和移动爪（102），移动爪（102）与固定爪（101）铰接且通过夹紧油缸（108）实现开合，固定爪（101）的顶部与滑移驱动机构连接。


12.根据权利要求11所述的新型盾构用滑轨式换刀系统，其特征在于：所述滑移驱动机构包括导轨（105），导轨（105）固定在连接箱体（206）内，导轨（105）上滑动设有滑块（103），滑块（103）与固定爪（101）固定连接，滑块（103）上铰接有移动油缸（106），移动油缸（106）推动滑块（103）沿导轨（105）移动。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成良，雷军波，陶建峰，贾连辉，姜礼杰，卓普周，钱豪，文勇亮，原晓伟，
申请(专利权)人：上海交通大学，中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31