一种隧道衬砌质量检测机械手的制作方法

本实用新型涉及隧道衬砌质量检测设备领域，具体为一种隧道衬砌质量检测机械手。

背景技术：

随着国家交通的不断发展，铁路、公路隧道里程数逐年增加。为保障隧道运营安全，常需要对在建隧道以及运营隧道进行衬砌质量检测作业，如检测隧道衬砌厚度、隧道衬砌背后未回填的空洞等，从而使隧道施工缺陷及运营病害能够得到及时治理。

目前，在隧道衬砌质量检测方面，一般是采用人工的方式，由人工托举雷达天线，或由检测人员将地质雷达固定在长杆上，举着长杆让雷达紧贴检测线，并借助装载机等移动载体顺着检测线移动完成检测。在进行检测时，为维持长杆推举的稳定性，往往需要多人扶持长杆，耗费较多人力；同时，在对隧道进行检测时，检测距离长，多个操作人员需要挤在车载平台上实施检测，其随车移动过程中存在较大的安全隐患，且长时间托举雷达或长杆劳动强度大，随着人员体力下降，会造成地质雷达天线无法始终紧贴隧道衬砌壁，使得雷达天线与检测衬砌壁脱空，或者检测位置发生偏移等情况发生，严重影响着隧道衬砌质量检测效率、质量和作业安全性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种隧道衬砌质量检测机械手，其通过液压系统控制可完成一定区域内检测臂全方位调整，将地质雷天线达送至隧道内任意待检测区域进行检测，其取代了现有技术中人工托举的检测方式，节约了人力，避免了安全隐患，同时提高了检测效率和检测精度。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种隧道衬砌质量检测机械手，包括基座、第一回转伸缩臂机构、第二回转伸缩臂机构和浮动天线盒装置；

所述第一回转伸缩臂机构包括回转座a和伸缩臂a，所述第二回转伸缩臂机构包括回转座b和伸缩臂b，所述回转座a可转动的设置在所述基座的顶面上，所述伸缩臂a的一端与所述回转座a可转动的连接，所述伸缩臂a的另一端与所述回转座b可转动的连接，所述伸缩臂b的一端与所述回转座b可转动的连接，所述伸缩臂b的另一端与所述浮动天线盒装置连接；

所述回转座a相对于所述基座转动的旋转轴与所述伸缩臂a相对于所述回转座a转动的旋转轴相互垂直设置，所述伸缩臂a相对于所述回转座b转动的旋转轴与所述伸缩臂b相对于所述回转座b转动的旋转轴相互垂直设置。

进一步的，所述伸缩臂b包括外套臂b、内套臂b和连接臂，所述内套臂b可滑动的设置于所述外套臂b内，所述连接臂的一端与所述回转座b可转动的连接，所述连接臂的另一端与所述外套臂绕伸缩臂b的轴线可转动连接。

进一步的，还包括回转机构a，所述回转机构a包括液压马达、蜗杆和蜗轮，所述液压马达的输出轴与所述蜗杆的一端固定连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合；

所述液压马达与所述连接臂的一端固定连接，所述蜗杆可转动的设置在所述连接臂的一端上，所述蜗轮通过轴承与所述连接臂的一端可转动的连接，所述蜗轮的一侧与所述外套臂b的一端固定连接。

进一步的，所述伸缩臂b还包括液压缸b，所述液压缸b的一端与所述外套臂b固定连接，所述液压缸b的另一端与所述内套臂b固定连接。

进一步的，还包括回转机构b，所述回转机构b包括液压马达、蜗杆和蜗轮，所述液压马达的输出轴与所述蜗杆的一端固定连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合；

所述液压马达与所述基座固定连接，所述蜗杆可转动的设置在所述基座上，所述蜗轮通过轴承与所述基座可转动的连接，所述蜗轮的一侧与所述回转座a固定连接。

进一步的，还包括回转机构c，所述回转机构c包括液压马达、蜗杆和蜗轮，所述液压马达的输出轴与所述蜗杆的一端固定连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合；

所述液压马达与所述回转座a固定连接，所述蜗杆可转动的设置在所述回转座a上，所述蜗轮通过轴承与所述回转座a可转动的连接，所述蜗轮的一侧与所述伸缩臂a的一端固定连接。

进一步的，还包括回转机构d，所述回转机构d包括液压马达、蜗杆和蜗轮，所述液压马达的输出轴与所述蜗杆的一端固定连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合；

所述液压马达与所述伸缩臂a的一端固定连接，所述蜗杆可转动的设置在所述伸缩臂a的一端上，所述蜗轮通过轴承与所述伸缩臂a的一端可转动的连接，所述蜗轮的一侧与所述回转座b固定连接。

进一步的，还包括回转机构e，所述回转机构e包括液压马达、蜗杆和蜗轮，所述液压马达的输出轴与所述蜗杆的一端固定连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合；

所述液压马达与所述回转座b固定连接，所述蜗杆可转动的设置在所述回转座b上，所述蜗轮通过轴承与所述回转座b可转动的连接，所述蜗轮与所述伸缩臂b的一端固定连接。

进一步的，所述伸缩臂a包括外套臂a、内套臂a和液压缸a，所述内套臂a可滑动的设置于所述外套臂a内，所述液压缸a的一端与所述外套臂a固定连接，所述液压缸a的另一端与所述内套臂a固定连接。

进一步的，所述浮动天线盒装置包括安装座和天线盒，所述安装座的一端向内设有开口，所述天线盒的一端可活动的设置于所述安装座开口内，所述天线盒设置于所述开口内的一端与所述安装座之间设置有若干弹簧，所述安装座靠近所述开口的一端端面上设置有若干车轮；所述安装座远离所述开口的一端连接有万向节，所述万向节的另一端与所述伸缩臂b的一端固定连接。

本实用新型的有益效果是：

该隧道衬砌质量检测机械手设置基座、回转座a、伸缩臂a、回转座b、伸缩臂b、万向节和浮动天线盒装置，在使用时，基座可搭载在运载机构如车辆上前进；回转座a可在基座的顶面上旋转，伸缩臂a可相对于回转座a转动，其转动轴线与回转座a的回转轴线垂直，两者搭配可完成空间上全方位角度的调整；同理，回转座b分别与伸缩臂a和伸缩臂b可转动的连接，且两种连接的转动轴相互垂直，亦能实现空间上全方位的角度调整。上述伸缩臂a和伸缩臂b均具备伸缩功能，结合上述角度的全方位调整功能，该装置可将伸缩臂端部的浮动天线盒装置运送至一定空间内的任意位置且支撑结构稳定，使得浮动天线盒装置搭载地质雷达后可随车完成隧道衬砌质量的检测，取代了现有技术中人工托举的检测方式，节约了人力，避免了安全隐患，同时提高了检测效率和检测精度。

上述伸缩臂由液压缸控制完成伸缩，上述可转动连接部位均设置由液压马达控制的回转机构，其检测时的位置调整由液压系统进行控制，其调整迅速，且稳定性高，同时能通过监测液压系统的压力波动实时监控该机械手的工作状况，确保其稳定运行。上述回转机构包括液压马达和蜗轮蜗杆机构，由液压马达驱动蜗杆转动，通过带动蜗轮转动完成角度的调整，其结构紧凑，传动比高，运行平稳，噪音小，同时利用蜗轮蜗杆的自锁性能，在完成调整后保持机械手运行的稳定。

上述浮动天线盒装置通过万向节与伸缩臂b的端部连接，在检测时可保证其搭载的地质雷达天线与隧道壁贴合，确保检测结果的准确，特别是能够在载运机构非直线运动时对地质雷达天线的位置进行自动补偿，使其依然持续保持紧贴隧道衬砌，确保检测过程的顺利进行。该浮动天线盒装置包括天线盒和一端开口的安装座，该安装座的开口端设置有车轮，地质雷达天线安装在天线内，天线盒可滑动的设置在安装座的开口内且天线盒嵌入安装座内的一端与安装座之间设置有若干弹簧。该设置可使得在进行检测时，搭载雷达的安装盒可以越过隧道壁上的障碍物或凹凸不平处，确保机械手检测的顺利进行。

伸缩臂b通过连接臂与回转座连接，两者可相对转动，且设置液压马达控制的回转机构对其进行控制，可在检测过程中，随时调整浮动天线盒装置的行走方向，避免出现检测时偏离测线的情况，确保隧道衬砌质量检测结果的准确性。

附图说明

图1为本实用新型一种隧道衬砌质量检测机械手的结构示意图；

图2为本实用新型一种隧道衬砌质量检测机械手使用状态下的结构示意图；

图3为本实用新型一种隧道衬砌质量检测机械手优选实施例使用状态下的结构示意图；

图4为浮动天线盒装置的结构示意图；

图中，1-基座，2-第一回转伸缩臂机构，21-回转座a，22-伸缩臂a，221-外套臂a，222-内套臂a，3-第二回转伸缩臂机构，31-回转座b，32-伸缩臂b，321-外套臂b，322-内套臂b，323-连接臂；4-浮动天线盒装置，41-安装座，42-天线盒，43-弹簧，44-车轮，45-万向节，51-回转机构a，52-回转机构b，53-回转机构c，54-回转机构d，55-回转机构e。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1至图4所示，一种隧道衬砌质量检测机械手，包括基座1、第一回转伸缩臂机构2、第二回转伸缩臂机构3和浮动天线盒装置4。

第一回转伸缩臂机构2包括回转座a21和伸缩臂a22，第二回转伸缩臂机构3包括回转座b31和伸缩臂b32。

伸缩臂a22的一端与回转座b31可转动的连接，伸缩臂b32的一端与回转座b31可转动的连接。伸缩臂b32的另一端与浮动天线盒装置4连接。伸缩臂a22相对于回转座b31转动的旋转轴与伸缩臂b32相对于回转座b31转动的旋转轴相互垂直设置，该处形成第一级双回转机构，使得浮动天线盒装置4可被伸缩臂b32送达到一定空间内的任意位置，在实施时可直接用于完成对隧道边墙与拱腰部位测线检测或其它情况的一般检测。回转座a21可转动的设置在基座1的顶面上，伸缩臂a22远离回转座b31的一端与回转座a21可转动的连接。回转座a21相对于基座1转动的旋转轴与伸缩臂a22相对于回转座a21转动的旋转轴相互垂直设置，该处形成第二级双回转机构，可以让伸缩臂b32在基座1的顶面水平面上回转，同时亦满足其在空间自由回转，使得伸缩臂b32远离回转座a21的一端到达基座顶面上方一定半球区域内的任意位置，从而扩展了浮动天线盒装置4的位置范围，使其能抵达更大区域内的任意位置，可应用于对隧道拱顶或隧道中较高位置的衬砌质量进行检测。

优选的，上述伸缩臂b32包括外套臂b321、内套臂b322和连接臂323，内套臂b322可滑动的设置于外套臂b321内，连接臂323的一端与回转座b31可转动的连接，连接臂323的另一端与外套臂b321绕伸缩臂b32的轴线可转动连接。在对隧道衬砌质量进行检测时，可根据需要绕伸缩臂32的轴线转动外套臂321，从而对浮动天线盒4的行走方向进行调节，避免检测时偏离测线的情况，确保检测结果的准确。在实施时，该旋转连接部位设置有回转机构a51。该回转机构a51包括液压马达、蜗杆和蜗轮，液压马达的输出轴与所述蜗杆的一端固定连接，蜗杆与所述蜗轮啮合。上述液压马达固定安装在连接臂323的一端上，蜗杆可转动的安装在连接臂323的该端上，蜗轮通过轴承与连接臂323的一端可转动的连接，蜗轮的一侧与外套臂b321的一端固定连接。在调整时，通过驱动液压马达转动，可带动蜗杆一起转动，在蜗轮蜗杆啮合作用下，蜗轮随之一起转动，带动与其相连接的外套臂b321一起转动，完成调整。该设置利用蜗轮蜗杆机构进行传动，其结构紧凑，传动比高，运行平稳且噪音小；同时，可有效利用蜗轮蜗杆的自锁性能，在调整后可有效保持结构的稳定性。在使用该机械手进行隧道衬砌质量检测时，基座1安装在载运机构如汽车上，随其沿隧道纵向前进；对隧道衬砌质量进行检测的地质雷达天线安装在浮动天线盒装置4内。当进行隧道边墙与拱腰部位测线或其他情况下的一般检测时，令回转座b31转动，使得伸缩臂b32与伸缩臂a22相互垂直，在伸缩臂b32的伸缩功能下，可使得浮动天线盒装置4与隧道衬砌贴合。在实施检测时，浮动天线盒装置4随运载机械沿隧道纵向前进过程中，因运载机械无法完全保证沿隧道纵向方向行驶，其行进路线会有所偏离，此时可通过上述回转机构a51调节外套臂b321绕连接臂323转动的角度，对浮动天线盒装置4的检测方向进行调整，结合伸缩臂b32的伸缩调整功能，可确保载运机构带动该机械手行走过程中，安装在浮动天线盒装置4内的地质雷达天线完成对隧道边墙与拱腰部位衬砌质量的检测。在隧道衬砌质量检测过程中，在伸缩臂b32的伸缩功能、伸缩臂b32绕回转座b31的旋转功能以及伸缩臂a22绕回转座a21的旋转功能共同作用下，可对浮动天线盒装置4的位置进行调整，满足隧道边墙与拱腰部位不同位置测线的检测要求。

当进行较小尺寸的隧道检测时，先令回转座a21转动，将回转座b31转向远离待检工作面的一侧，然后再令回转座b31动作，使得伸缩臂b32与隧道衬砌弧线的切线垂直，再在伸缩臂b32的伸缩功能下，使浮动天线盒装置4与隧道衬砌贴合，同时在回转机构a51的转动作用下使浮动天线盒装置4处于正确的检测方向，由此，可实现小尺寸隧道的检测作业。

当需要对隧道拱顶及较高位置进行检测时，需要将浮动天线盒装置4调节到更高位置，在伸缩臂a22绕回转座a21转动和伸缩臂a22伸缩的共同作用下将回转座b31送至更高的位置，然后通过调节伸缩臂b32的伸缩和伸缩臂b32绕回转座b31的转动，以及调节回转机构a51的转动，从而调节浮动天线盒装置4的位置和方向，使其贴合拱顶或更高位置的隧道衬砌，进行检测。

在具体实施时，上述伸缩臂a22和伸缩臂b32均选用液压伸缩机构。具体的，伸缩臂a22包括外套臂a221、内套臂a222和液压缸a，内套臂a222可滑动的设置于外套臂a221内，液压缸a的一端与外套臂a221固定连接，液压缸a的另一端与内套臂a222固定连接，液压缸a伸缩时，可带动内套臂a222在外套臂a221内滑动，实现伸缩臂a22的伸缩功能。伸缩臂b32还包括液压缸b，液压缸b的一端与外套臂b321固定连接，液压缸b的另一端与内套臂b322固定连接，液压缸b伸缩时，可带动内套臂b322在外套臂b321内滑动，实现伸缩臂b32的伸缩功能。另外，液压缸b连接在液压系统中的调压回路内，在对隧道衬砌质量进行检测时，其在液压控制下一直处于带压状态，从而带动内套臂b322始终对浮动天线盒装置4产生一定的压力，将其压紧在隧道衬砌上，避免其脱离隧道衬砌，确保检测的结果准确。

进一步的，上述各可转动连接的部分均是通过回转机构进行连接，这些回转机构均与回转机构a51的结构相同，其包括液压马达、蜗杆和蜗轮，液压马达的输出轴与蜗杆的一端固定连接，蜗杆与蜗轮啮合；在液压系统作用下，液压马达转动，从而可带动蜗杆转动，利用蜗杆带动蜗轮转动，实现其应用位置的旋转过程。具体的，设置于基座1与回转座a21之间的回转机构b52中，液压马达与基座1固定连接，蜗杆可转动的架设在基座1上，蜗轮通过轴承与基座1可转动的连接，蜗轮的一侧与回转座a21固定连接；设置于回转座a21和伸缩臂a22之间的回转机构c53中，液压马达与回转座a21固定连接，蜗杆可转动的设置在回转座a21上，蜗轮通过轴承与回转座a21可转动的连接，蜗轮的一侧与伸缩臂a22的一端固定连接；设置于伸缩臂a22和回转座b31之间的回转机构d54中，液压马达与伸缩臂a22的一端固定连接，蜗杆可转动的设置在伸缩臂a22的一端上，蜗轮通过轴承与伸缩臂a22的一端可转动的连接，蜗轮的一侧与回转座b31固定连接；设置于回转座b31与伸缩臂b32之间的回转机构e55中，液压马达与回转座b31固定连接，蜗杆可转动的设置在回转座b31上，蜗轮通过轴承与回转座b31可转动的连接，蜗轮与伸缩臂b32的一端固定连接。上述回转机构利用蜗轮蜗杆机构进行传动，其结构紧凑，传动比高，运行平稳且噪音小；同时，可有效利用蜗轮蜗杆的自锁性能，仅能在液压马达驱动时进行部件的旋转动作，而各伸缩臂等部件在完成调整后，在其自锁作用下不会因为重力等因素再发生位移，使得定位准确，确保隧道衬砌质量检测结果的准确性和作业的安全性。

上述浮动天线盒装置4包括安装座41和天线盒42，安装座41的一端向内设有开口，天线盒42的一端可活动的设置于开口内，天线盒42设置于开口内的一端与安装座41之间设置有若干弹簧43，安装座41靠近开口的一端端面上设置有若干车轮44；安装座41远离开口的一端连接有万向节45，万向节45的另一端与伸缩臂b32的一端固定连接。在实施检测的过程中，车轮44压紧隧道内待检测区域的内壁，此时弹簧43处于压缩状态，天线盒42在弹簧43的作用下可保持紧贴隧道内壁，使得天线盒42内的地质雷达天线能顺利对隧道衬砌质量进行检测。当该装置通过隧道内壁的障碍物或凹凸不平处时，车轮44仍然可沿隧道内壁不平的曲线继续行走，随时保持整个装置整体紧贴隧道内壁。在通过隧道内凸起部或障碍物位置，天线盒42可在该凸起部和障碍物的作用下继续压缩弹簧43，从而在行走过程中越过凸起部或障碍物；在通过隧道内的凹陷位置时，弹簧43释放弹性势能，带动天线盒42动作，仍可使天线盒42与隧道内壁紧贴。该设置中，天线盒装置4的行进不受隧道内壁障碍物或凹凸不平处影响，能时刻保持与隧道内壁的紧贴状态，保证检测过程的连续顺利进行。该浮动天线盒装置4与伸缩臂b32的端部通过万向节45连接，在其被压紧在隧道内壁实施检测的过程中，当经过障碍物或凹凸不平的位置时，车轮44会带动该装置的整体发生一定角度的偏转，因设置有万向节5，可以有效消除上述角度偏转造成的影响，确保隧道衬砌质量检测的连续、顺利进行。特别是在实际应用中，载运机构难以完全沿着隧道的轴线方向运动，该设置能够在载运机构非直线运动时对地质雷达天线的位置进行自动补偿，使其依然保持紧贴隧道衬砌，确保检测过程的顺利进行。进一步的，该浮动天线盒装置4还设置有若干导向销，导向销的一端与天线盒42固定连接，安装座41上开设有若干导向孔，导向销设置于导向孔内并可在其内滑动。该导向销穿设于上述弹簧43内，用于对天线盒42的运动进行导向限位，使得其越过障碍物或凹凸不平区域时，仅沿着导向销轴向方向挤压弹簧43，其运行状态更为稳定，同时避免弹簧43受非轴向力而造成损坏，延长了其使用寿命。

整体上讲，上述各伸缩臂由液压缸控制完成伸缩，上述可转动连接部位均设置由液压马达控制的回转机构，其检测时的位置调整由液压系统进行控制，其调整迅速，且稳定性高，并可通过监测液压系统内的压力波动，实现工作状态的实时监控，在遇到突发状况导致检测中断等问题时，能及时反馈并迅速处理，确保检测过程的连续、顺利进行，和检测结果的准确性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。