[发明专利]一种基于机器操作的全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口的设计方法

说明书

本发明属于隧道掘进施工设备技术领域，提供了一种基于机器操作的全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口的设计方法，全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口主要由引导锥结构、万能套筒结构和活动连接结构组成。本发明的刀具引导性定位接口与全断面岩石隧道掘进机机器换刀任务相适应，解决了受限空间下大负载机器人多目标高精度定位难度大的工程问题，考虑各种误差因素降低了机器人末端定位精度的要求，并给出其设计方法，保证功能的实现，进而提高换刀效率，缩短掘进工期，降低整个隧道工程的造价成本。

技术领域

本发明属于隧道掘进施工设备技术领域，在隧道掘进装备智能化趋势下，针对受限空间下大负载机器人多目标高精度定位难度大的工程问题，设计了一种基于机器操作的可自定心和相位自调整的全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口，并给出了其设计方法。

背景技术

隧道掘进机在开挖过程中，主要靠滚刀与岩石的挤压切削破岩，在恶劣的服役环境下，滚刀消耗量巨大，故需要对滚刀进行频繁的更换。现工程中主要采用人工的方法进行滚刀更换，刀具更换时间长，换刀效率低，严重影响隧道施工的进程，同时增加整个隧道施工的成本。更重要的是换刀工人在换刀过程长时间处于高压环境作业会对人体造成不可逆的损害，甚至出现人员伤亡等重大事故，未来十年，我国的各类隧道建设的需求大，机器代人换刀，隧道掘进装备的智能化是隧道掘进技术发展的必然趋势。机器人拆装刀具系统首要面临的关键问题便是松紧刀具系统紧固螺栓，针对受限空间下大负载机器人多目标高精度定位难度大的工程问题，发明一种可自定心和相位自调整的全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口，以配合末端执行器视觉定位系统，满足机器人换刀定位要求。由于机器人仓狭窄，全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口的设计在能安全可靠的实现功能的前提下应尽量简单。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机器操作的可自定心和相位自调整的全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口及其设计方法，在机器人换刀时全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口可容纳径向、角度和相位的综合误差，降低机器人高定位精度要求，实现机器人换刀的快速拆装。

本发明的技术方案：

一种基于机器操作的全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口，主要由引导锥结构1、万能套筒结构2和活动连接结构3三部分组成，全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口结构总示意图如图1所示。

拆装刀具系统引导对接理想情况下，刀具系统紧固螺栓轴线与全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口轴线共线，实际情况下，两轴线之间存在相对位移，即径向误差和角度误差，由于刀具系统紧固螺栓六角头和普通六角套筒之间存在相对相位，因而存在相位误差。设实际情况下刀具系统综合误差旋量模型为D，式中u、v、w为沿x、y、z轴的平移矢量参数，α、β、δ分别为绕x、y、z轴的旋转矢量参数。

刀具系统误差中，刀具侧面板与滚刀安装的孔的深度和轴的长度加工装配误差M具有方向性。

式中，m为刀具侧面板与滚刀安装的孔的深度和轴的长度加工装配误差M误差分量。

刀具系统紧固螺栓六角头外接圆半径为R₁。

引导锥结构1配合活动连接结构3容纳刀具系统实际存在的径向误差和角度误差，可实现全断面岩石掘进机刀具系统引导性定位接口偏心转动，万能套筒结构2容纳其相位误差。