一种钻孔机器人的钻孔臂的制作方法

1.本实用新型属于地铁施工技术领域，具体涉及一种钻孔机器人的钻孔臂。


背景技术：

2.在地铁区间地段施工中，经常涉及打孔作业施工工序；尤其在四电专业施工时更为常见，具体为在通信、信号、电力、电气化领域进行电缆敷设和刚性接触网架设时，都需要在侧壁和顶棚进行打孔作业，在侧壁安装电力支吊架，在顶棚植入化学锚栓。
3.目前，地铁施工打孔常采用人工打孔方式进行，即利用电动工具进行打孔。针对地铁隧道的特殊结构，整体为圆形截面，不论是人工测量还是打孔都存在一定的困难，尤其在顶棚和侧壁高处打孔时因高度较高且较耗费体力，人工打孔效率较低。
4.然而在地铁区间整体施工过程中打孔作业不仅工作量大而且工序间隔时间较少，在这样的情况下，就需要增加人力投入或者提高打孔效率。
5.针对以上施工现状，现有技术中暂无成熟的地铁隧道高效打孔专用设备，无法解决打孔施工效率低的瓶颈难题。
6.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种钻孔机器人的钻孔臂，能够提升地铁区间打孔作业的施工效率。
8.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
9.一种钻孔机器人的钻孔臂，包括伸缩臂，所述伸缩臂的顶部设有钻头组件，所述钻孔臂的尾部设有传动机构，所述传动机构安装于所述钻孔臂底座上，以驱动所述钻孔臂相对所述钻孔臂底座进行转动。
10.优选地，所述钻孔臂通讯连接于钻孔机器人的控制中心，所述钻孔臂上设有对应连接所述控制中心的控制终端，以控制所述钻孔臂的钻孔作业。
11.优选地，所述传动机构包括主控电机，所述主控电机的主轴与所述伸缩臂传动连接。
12.优选地，所述主控电机的主轴通过旋转机构与伸缩臂传动连接，所述伸缩臂与旋转机构固定连接；
13.所述主控电机的主轴通过减速器与所述旋转机构传动连接。
14.优选地，所述伸缩臂与所述钻头组件之间通过垂直度调节机构连接，垂直度调节机构包括多个第一伸缩杆，多个所述第一伸缩杆在所述钻头组件的周向均布，并与所述钻头组件活动连接；
15.每个所述第一伸缩杆的伸缩状态可单独控制，以使所述钻头组件的钻头与隧道内壁垂直。
16.优选地，所述垂直度调节机构还包括与所述伸缩臂连接的垂直度调节气缸缸体；
17.所述伸缩臂包括两个背向设置的伸缩气缸，两个所述伸缩气缸的缸体固定连接，其中一个所述伸缩气缸的伸缩杆与所述传动机构固连，另一个所述伸缩气缸的伸缩杆与所述垂直度调节气缸缸体固连。
18.优选地，所述钻孔臂的外周设有多组调节臂，每组调节臂包括两个调节臂段，两个调节臂段相互靠近的两端部活动连接，两个调节臂段相互远离的两端部分别与所述垂直度调节气缸缸体和所述传动机构活动连接。
19.优选地，所述钻头组件包括钻头和钻孔电机，所述钻孔电机用于驱动钻头旋转，以完成钻孔动作；所述钻孔电机的底部设有钻孔电机底座，所述第一伸缩杆与所述钻孔电机底座活动连接。
20.优选地，所述钻孔电机底座上安装有距离传感器，以探测所述钻头至隧道内壁的距离及校核所述钻头与隧道内壁是否垂直。
21.优选地，所述钻孔臂还包括设置于所述钻头组件与所述垂直度调节机构之间的垂直顶推气缸。
22.有益效果：由于在本实用新型中，通过改变钻孔臂底座在隧道延伸方向上的位置，可使钻孔臂沿隧道延伸方向移动；通过传动机构可使钻孔臂绕钻孔臂底座转动；通过设置伸缩臂，可使钻孔臂沿轴向进行伸缩运动。因此，本实用新型可满足隧道不同位置和不同高度的钻孔需求，可提升隧道打孔作业的效率。可见，本实用新型可以作为一种地铁隧道高效打孔专用设备，且能大大减少打孔作业的人力成本。
附图说明
23.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：
24.图1为本实用新型中钻孔臂的使用状态图一；
25.图2为本实用新型中钻孔臂的使用状态图二；
26.图3为本实用新型中钻孔臂的使用状态图三；
27.图4为本实用新型中全面钻孔臂的结构示意图；
28.图5为本实用新型中侧面钻孔臂的结构示意图；
29.图6为本实用新型中钻孔臂与板车的连接结构示意图；
30.图7为图6中a处的局部放大图。
31.图中：1、机车；2、钢轨；3、板车；4、轮对；5、侧面钻孔臂；6、全面钻孔臂；6-1、钻头；6-2、钻孔电机、6-3、距离传感器；6-4、钻孔电机底座；6-5、第一固定构件；6-6、第一伸缩杆；6-7、垂直度调节气缸缸体； 6-8、第五螺栓；6-9、垂直度调节气缸底座；6-10、上伸缩气缸顶板；6-11、第四螺栓；6-12、上伸缩气缸伸缩杆；6-13、上伸缩气缸缸体；6-14、上伸缩气缸底座；6-15、上调节臂段；6-16、关节螺栓；6-17、下调节臂段；6-18、第一螺栓；6-19、下伸缩气缸底座；6-20、下伸缩气缸缸体；6-21、第二螺栓； 6-22、第二固定构件；6-23、下伸缩气缸伸缩杆；6-24、下伸缩气缸顶板；6-25、旋转机构；6-26、主控电机；6-27、钻孔臂底座；6-27-1、定位气缸缸体；6-27-2、定位气缸伸缩杆；6-27-3、摩擦片；6-27-4、滑块；6-28、垂直顶推气缸；7、滑道；7-1、限位槽；7-2、导轨；7-3、绝缘层；8、隧道地面。
具体实施方式
32.下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
34.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.如图1-7所示，一种钻孔机器人的钻孔臂，包括伸缩臂，伸缩臂的顶部设有钻头组件，钻孔臂的尾部设有传动机构，传动机构安装于钻孔臂底座6-27 上，以驱动所述钻孔臂相对钻孔臂底座进行转动。具体为，驱动钻孔臂绕传动机构的转动轴线旋转，传动机构的转动轴线平行于滑道的轴向(即传动机构的转动轴线平行于隧道的延伸方向)，从而驱动钻孔臂沿隧道的横截面进行转动。钻孔臂底座6-27可沿隧道延伸方向移动。钻孔臂的打孔范围为
ꢀ‑
30
°
～210
°
。
36.在使用时，本实用新型的钻孔臂可以固定安装于钻孔机器人的板车3上，该板车3可沿隧道延伸方向移动；钻孔臂也可以滑动装配于板车3上；钻孔臂还可以直接滑动装配于隧道地面上。
37.在本实用新型的一个可选实施例中，在使用时，钻孔臂底座滑动装配于滑道内，以沿隧道延伸方向移动。
38.该滑道位于板车3的台面上，该台面呈水平分布，在台面上设有多个对应分布钻孔臂的滑道7，钻孔臂通过钻孔臂底座6-27滑动装配于滑道7上，多个滑道7在台面上平行分布。
39.例如，板车3上设有三个滑道7，分别为对应地铁隧道中心轴线的中心滑道和位于中心滑道两侧的侧滑道；中心滑道和侧滑道上的钻孔臂分别为全面钻孔臂6和侧面钻孔臂5；全面钻孔臂6的打孔范围为-20
°
～210
°
；侧面钻孔臂5的打孔范围为-30
°
～90
°
。每个滑道7上的钻孔臂的数量，可以根据钻孔实际需要及滑道7的长度进行选择，可以是1个，也可以是2个、3个、4 个、5个或6个。
40.滑道内设有导轨7-2，钻孔臂底座的底部设有与导轨适配的滑块，滑块与导轨电性接触，并沿导轨滑动装配；导轨对应连接电源，滑块电性连接钻孔臂，以向钻孔臂供电；同一滑道内设有两个，两个导轨分布设置于滑道的两侧。具体为，滑块6-27-4与导轨7-2摩擦接触，以将导轨7-2上的电源通过母线接引至钻孔臂底座6-27内部的电源箱。两个导轨7-2对称分布于滑道 7中心轴线的两侧；滑块6-27-4上开设有与导轨7-2适配的滑槽，导轨7-2 套接于滑槽内，滑槽的槽壁与导轨7-2的外表面摩擦接触。
41.在本实用新型的一个可选实施例中，钻孔臂底座6-27伸入滑道部分的至少一侧设有定位气缸，定位气缸顶紧滑道的内壁以对钻孔臂底座进行限位。优选地，钻孔臂底座6-27
伸入滑道部分的两侧均设有定位气缸。
42.具体为，滑道7包括限位槽7-1，导轨7-2设置于限位槽7-1底部；通过限位槽7-1，可限制钻孔臂的行走路径，还可防止钻孔臂倾翻，提升了钻孔臂整体稳定性。
43.定位气缸包括定位气缸缸体6-27-1和插装于定位气缸缸体6-27-1内的定位气缸伸缩杆6-27-2；优选地，定位气缸伸缩杆6-27-2的端部设有摩擦片 6-27-3。具体为，当钻孔臂接受到命令定位完成后，两个定位气缸同步顶出，推动定位气缸伸缩杆6-27-2使前端摩擦片与限位槽7-1压紧，起到固定的作用，能够增强钻孔臂底座6-27的稳定性，防止钻孔过程中钻孔臂底座6-27 晃动导致第一滑块6-27-4与导轨7-2接触不良的情况发生，有利于钻孔臂的整体稳定，保证钻孔的质量。
44.板车3的表面设有绝缘层7-3，以使导轨7-2与板车3之间、任意导轨 7-2之间，导轨7-2与限位槽7-1之间电气隔离。
45.在使用时，板车3通过动力装置进行驱动，动力装置和钻孔臂电性连接在控制中心，以向多个钻孔臂发送协同钻孔作业指令。动力装置通过板车3 中导轨7-2向钻孔臂提供电源。
46.动力装置为机车1。具体为，机车1与板车3连体移动，通过机车1走停控制板车3行走距离；机车1为机器人整体提供电源，为钻孔臂提供220v 或380v电源，为电机和气泵提供动力，此外经整流后为控制中心供24v直流电源。
47.机车1和板车3的下部设有钢轨2。在使用时，在隧道内沿其轴向铺设钢轨2，机车1和板车3可沿钢轨2做直线运动。
48.钢轨2的下部铺设有隧道地面8，隧道地面8的上表面为平面，隧道地面8上表面设有两条间隔设置的钢轨2，两条钢轨2沿隧道地面8的中心轴线对称分布，可使机车1和板车3的中心与隧道的中心轴线相对应。
49.在本实用新型的一个可选实施例中，钻孔臂通讯连接于钻孔机器人的控制中心，钻孔臂上设有对应连接控制中心的控制终端，以控制钻孔臂的钻孔作业。
50.具体为，钻孔臂底座6-27的箱体内设有控制终端、电源箱、通信模块和气泵，以控制整个钻孔臂的动作。控制终端与钻孔臂之间通过通信模块进行数据和命令传输。通信模块向控制终端传送数据，并将控制终端的命令传输至钻孔臂。
51.板车上设有距离采集模块，距离采集模块通讯连接在控制中心。具体为，距离采集模块包括轮对4，轮对4设置于板车3的底部，轮对4内设有编码器和通信装置。通过轮对4的转动圈数和角度可精准确定板车3行走距离；编码器的作用是把轮对4的角位移转换成电信号，得到编码器数据；在板车 3每次启停时，通过通信装置将编码器数据发送至控制中心。板车3每次走停行走过程中的距离误差，不影响钻孔臂的间距定位，控制中心会对编码器数据(距离数据)进行加减，进而精准控制钻孔臂的精准定位。具体如下：
52.板车3的实际行走距离定义为s1，默认走行距离为s0，板车3的行走误差定义为s，s＝s
1-s0。当s＞0时，启动打孔命令时钻孔臂位置远行s。当 s＜0时，启动打孔命令时钻孔臂位置近行-s。s＝0，钻孔臂位置不调整。
53.滑道7的两端留有一定的预留距离，用于钻孔间距修正，板车3的行走误差s的绝对值要小于预留距离。预留距离可根据需要进行调整，该预留距离为1～2m(例如：1m、1.2m、1.4m、1.5m、1.6m、1.7m、1.8m、1.9m或 2m)。
54.在本实用新型的一个可选实施例中，传动机构包括主控电机6-26，主控电机6-26的主轴与伸缩臂传动连接。传动机构的转动轴线为主控电机6-26 主轴的中心轴线。
55.优选地，传动机构还包括旋转机构6-25，旋转机构6-25与伸缩臂固定连接，主控电机6-26的主轴通过旋转机构6-25与伸缩臂传动连接；进一步优选地，主控电机6-26的主轴通过减速器与旋转机构6-25传动连接。
56.在本实用新型的一个可选实施例中，减速器为行星齿轮箱。
57.旋转机构6-25、主控电机和行星齿轮箱之间的具体连接关系为：
58.旋转机构6-25包括壳体和固定齿圈，固定齿圈设于壳体内，且两者固定连接；主控电机6-26的主轴通过主轴齿轮与行星齿轮箱的输入轴传动连接，行星齿轮箱的输出轴通过输出齿轮与固定齿圈啮合连接。主控电机6-26的主轴通过行星齿轮箱减速后，可带动固定齿圈旋转，进而可带动整体旋转机构 6-25进行旋转。通过设置行星齿轮箱，可以增大输出扭矩，同时能够精准控制旋转角度，还可相对减少主控电机6-26的功率，减轻钻孔臂重量，节约电能。
59.在其它可选实施例中，减速器还可以为齿轮减速器或蜗杆减速器。
60.在本实用新型的一个可选实施例中，伸缩臂与钻头组件之间设有垂直度调节机构，垂直度调节机构包括垂直度调节气缸缸体6-7和多个第一伸缩杆 6-6(例如：2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个)，多个第一伸缩杆在钻头组件的周向均布，每个第一伸缩杆6-6的伸缩状态可单独控制，每个第一伸缩杆6-6与钻头组件活动连接，以使钻头组件的钻头6-1与隧道内壁垂直。优选地，垂直度调节气缸缸体6-7内均布有4个第一伸缩杆6-6。
61.钻头组件的具体结构为：钻头组件包括钻头6-1和钻孔电机6-2，钻孔电机6-2用于驱动钻头6-1旋转，以完成钻孔动作。钻孔电机6-2的底部设有钻孔电机底座6-4，第一伸缩杆6-6与钻孔电机底座6-4活动连接，具体采用了球头活动结构；垂直度调节机构的推进长度通过钻孔深度设定值确定。
62.垂直度调节机构可使钻孔电机6-2沿钻孔臂中轴线方向在0
°
～45
°
范围调节，能够满足侧面钻孔臂5钻孔垂直度范围要求。
63.优选地，钻孔电机底座6-4上安装有距离传感器6-3；优选地，钻孔电机底座6-4上安装有多个距离传感器6-3(例如：2个、3个、4个、5个、6个、 7个或8个)，距离传感器6-3的数量及安装位置与垂直度调节机构的第一伸缩杆6-6的数量及安装位置相对应。
64.距离传感器6-3的作用为：1.探测钻孔臂的钻头6-1至隧道内壁的距离，当距离为1cm时，启动钻孔电机6-2。2.校核钻头6-1与隧道内壁是否垂直：当各个距离传感器6-3探测的距离一致时方可启动钻孔电机6-2；当各个距离传感器6-3探测的距离不一致时，且误差小于10mm时，可通过各个独立的第一伸缩杆6-6的伸出长度自动调节，达到距离一致；当误差大于10mm时，需要检查故障原因。
65.在本实用新型的一个优选实施例中，钻孔电机底座6-4的四角安装有四个距离传感器6-3。在本实用新型的一个可选实施例中，伸缩臂包括一个伸缩气缸。
66.在本实用新型的一个优选实施例中，伸缩臂包括两个背向设置的伸缩气缸，两个伸缩气缸的缸体固定连接，其中一个伸缩气缸的伸缩杆与传动机构固连，另一个伸缩气缸的伸缩杆与垂直度调节气缸缸体6-7固定连接。
67.具体为，两个伸缩气缸分别为上伸缩气缸和下伸缩气缸。通过上/下伸缩气缸进行
钻孔臂整体高度调节，方便钻孔臂的运输及高度调节。
68.上伸缩气缸包括上伸缩气缸缸体6-13，下伸缩气缸包括下伸缩气缸缸体 6-20，上伸缩气缸缸体6-13和下伸缩气缸缸体6-20相互靠近的端部分别固设有上伸缩气缸底座6-14和下伸缩气缸底座6-19，上伸缩气缸底座6-14和下伸缩气缸底座6-19之间通过第一螺栓6-18连接。
69.每个伸缩气缸的自由端均设有顶板，通过设置顶板提升伸缩气缸内多个伸缩杆的整体强度，便于保证同一伸缩气缸内多个伸缩杆的同步运动。其中，下伸缩气缸顶板6-24与旋转机构6-25的壳体上表面通过第二螺栓6-21连接，下伸缩气缸伸缩杆6-23和下伸缩气缸顶板6-24通过第三螺栓连接，第二螺栓6-21和第三螺栓的位置不重合，且均布于下伸缩气缸顶板6-24上，该螺栓连接结构具有连接牢靠和便于拆卸的优点。垂直度调节气缸缸体6-7的下部固设有垂直度调节气缸底座6-9。上伸缩气缸伸缩杆6-12与上伸缩气缸顶板6-10通过第四螺栓6-11连接，上伸缩气缸顶板6-10与垂直度调节气缸底座6-9通过第五螺栓6-8连接。
70.上伸缩气缸和下伸缩气缸的缸体长度均为400mm，上伸缩气缸和下伸缩气缸同步动作，即上伸缩气缸伸缩杆6-12和下伸缩气缸伸缩杆6-23的伸出长度始终保持一致，进而控制整体钻孔臂的长度。
71.在其它可选实施例中，下伸缩气缸伸缩杆6-23还可以直接与旋转机构 6-25的壳体焊接在一起，两个伸缩气缸可以焊接在一起，上伸缩气缸伸缩杆 6-12与垂直度调节气缸底座6-9可以焊接在一起。
72.优选地，钻孔臂的外周设有多组调节臂(例如：2组、3组、4组、5组、 6组、7组或8组)；进一步优选地，钻孔臂的外周设有4组调节臂。通过设置调节臂，增强了钻孔臂的整体机械强度，防止了上伸缩气缸伸缩杆6-12和下伸缩气缸伸缩杆6-23受力过大变形而影响测量精度。
73.每组调节臂包括两个调节臂段，两个调节臂段相互靠近的两端部活动连接，两个调节臂段相互远离的两端部分别与垂直度调节气缸缸体6-7和传动机构活动连接。
74.具体为，两个调节臂段分别为上调节臂段6-15和下调节臂段6-17；垂直度调节气缸缸体6-7外固设有第一固定构件6-5，上调节臂段6-15的上端部与第一固定构件6-5铰接在一起；下调节臂段6-17包括两个间隔设置的铰接板，两个铰接板分别铰接于上调节臂段6-15的两侧，以避免上调节臂段6-15 和下调节臂段6-17之间发生干涉；旋转机构6-25的壳体外周固设有第二固定构件6-22，下调节臂段6-17的下端部与第二固定构件6-22铰接在一起。上调节臂段6-15和下调节臂段6-17通过关节螺栓6-16连接。
75.在本实用新型的一个可选实施例中，钻孔臂还包括设置于钻头组件与垂直度调节机构之间的垂直顶推气缸6-28，以增加推进形成。垂直顶推气缸的缸体底部设有垂直顶推底座，垂直顶推底座与垂直度调节机构的第一伸缩杆 6-6活动连接，垂直顶推气缸伸缩杆与钻孔电机6-2底部固连。优选地，垂直顶推气缸6-28设置于侧面钻孔臂5上。
76.综上所述，本实用新型可应用于钻孔机器人进行打孔作业，相对人工和单臂打孔效率显著提高。此外，钻孔臂采用多气缸结构，节约能源，效率高，重量轻，精度高。
77.可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本技术实施例对此并不进行限定。
78.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本
实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本实用新型待批权利要求保护范围之内。