[发明专利]一种盾构机机器人换刀实验装置

说明书

本发明公开了一种盾构机机器人换刀实验装置，解决了现有技术中盾构机换刀困难、模拟数据精度不高的问题。本发明包括模拟土仓和模拟式换刀机器人，模拟土仓上连接有泥水加注装置和加压装置，模拟土仓的下部设有排污装置，模拟土仓内设有可摆动式滚刀系统，模拟土仓的一侧设有机器人仓，模拟式换刀机器人位于机器人仓中且与可摆动式滚刀系统相对应。本发明可模拟盾构机真实工况环境，模拟土仓内部为全密封结构，可承受在高压高湿环境中持续工作，换刀机器人与实际换刀机器人同比例缩小，其执行动作与控制系统与实际工况相同，全程高精度模拟滚刀换刀过程，换刀精度高、误差小，且能清楚观察整个换刀过程，数据可信度高。

技术领域

本发明涉及盾构试验设备技术领域，特别是指一种盾构机机器人换刀实验装置。

背景技术

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。研发适用于盾构机的换刀机器人迫在眉睫，但盾构机刀盘处于高压高湿环境，且整台盾构机体积庞大造价高昂，如果采用真机进行相关研发试验会大幅度提高研发成本，并增加试验难度，为此，设计一种与现有盾构机工况接近的盾构机换刀实验台很有必要。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种盾构机机器人换刀实验装置，解决了现有技术中盾构机换刀困难、模拟数据精度不高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种盾构机机器人换刀实验装置，包括模拟土仓和模拟式换刀机器人，模拟土仓上连接有泥水加注装置和加压装置，模拟土仓的下部设有排污装置，模拟土仓内设有可摆动式滚刀系统，模拟土仓的一侧设有机器人仓，模拟式换刀机器人位于机器人仓中且与可摆动式滚刀系统相对应。

所述可摆动式滚刀系统包括刀梁本体、支撑座和新型滚刀组件，新型滚刀组件通过螺栓安装在刀梁本体上，支撑座设置在模拟土仓底部内侧，刀梁本体的一端与支撑座铰接，刀梁本体的下部设有俯仰油缸，俯仰油缸的一端与刀梁本体铰接、另一端与支撑座连接。

所述模拟土仓的底部固定设有连接座，支撑座与连接座可滑动连接。

所述模拟式换刀机器人包括换刀机器人本体，换刀机器人本体的前端设有末端执行机构，所述机器人仓内设有地轨，换刀机器人本体与地轨滑动连接。

所述换刀机器人本体包括第一支撑臂和第二支撑臂，第一支撑臂内滑动设有第一伸缩臂，第二支撑臂内滑动设有第二伸缩臂，第二支撑臂通过第一回转关节与第一伸缩臂相连接，第二伸缩臂的前端通过第二回转关节与末端执行机构相连接。

所述第一支撑臂的底部固定设有滑移座，滑移座位于地轨内，滑移座通过驱动伸缩件与地轨相连接。

所述末端执行机构包括滑移座、支撑座和夹爪机构，夹爪机构设置在支撑座上，支撑座通过万向节与滑移座相连接，且滑移座与支撑座之间设有偏航油缸和俯仰油缸。

所述夹爪机构包括夹爪本体和螺栓松紧机构，支撑座为中空状，支撑座内设有夹爪滑轨，夹爪本体与夹爪滑轨相配合，且通过移动油缸与支撑座相连接，螺栓松紧机构设置在夹爪滑轨外端一侧。

所述螺栓松紧机构包括伸缩油缸和对称设置的螺母套筒，螺母套筒向下穿过支撑座，螺母套筒的上部设有液压扳手，液压扳手的一端与螺母套筒固定连接、另一端通过连杆与伸缩油缸铰接。

所述模拟土仓的仓壁上设置至少一个摄像头，摄像头与后台控制系统的显示器相连接；所述机器人仓与模拟土仓之间设有密封闸门。