一种地铁管片一体化整治机构及装置

1.本发明涉及地铁管片病害处理技术领域，具体涉及一种地铁管片一体化整治机构及装置。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.近年来城市盾构隧道的蓬勃发展，盾构隧道病害问题日益严重。大部分地铁实际运行时间在达到一定期限时，地铁管片都会出现不同程度的结构病害问题，如裂缝、错台、渗漏水等，对工程项目的质量以及居民的人身财产安全造成了十分严重的影响。管片裂缝、渗漏水的整治工序多、施工复杂、环境昏暗，传统整治方法主要以人工整治为主，在地铁管片裂缝、渗漏水整治过程中，对于高度较高的管片整治工作，需要人力登高处治，施工步骤复杂，整治效率低，人力成本高，整治装备重，安全隐患大，智能化程度低，整治效果不明确。因此，运营地铁隧道传统整治方法已不满足当前运营地铁长期安全服役的需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种地铁管片一体化整治机构，能够实现地铁管片病害预留孔拆-钻-注一体化整治，降低了工作人员的劳动强度。
5.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
6.第一方面，本发明的实施例提供了一种地铁管片一体化整治机构，包括前端机械臂，前端机械臂的末端安装有钻孔机构和端头，端头通过第一移动机构设有塞头拆装机构，端头通过第二移动机构设有注浆机构，塞头拆装机构包括与塞头匹配的内六角件，内六角件与内六角件转动驱动机构连接，注浆机构包括注浆头，注浆头与注浆头转动驱动机构连接，注浆头的进浆端与注浆导管连接，注浆导管设有与其垂直的注浆管接头，注浆导管一端与注浆头连接，另一端设有开关阀，端头通过第一回转机构与前端机械臂连接以实现钻孔机构与注浆头对中和错开状态的切换。
7.可选的，所述内六角件转动驱动机构包括转动管，转动管与第一移动机构的移动部分转动连接，转动管的端部设有内六角件，转动管通过齿轮传动机构与安装在第一移动机构移动部分的内六角件转动驱动件连接。
8.可选的，内六角件的前侧固定有吸盘，所述吸盘与气体管道的一端连接，气体管道的另一端穿过转动管后与气泵连接。
9.可选的，所述注浆头转动驱动机构包括安装在第二移动机构移动部分的注浆头转动驱动件，注浆头转动驱动件通过齿轮传动机构与注浆头连接，注浆头通过旋转接头与注浆导管连接，旋转接头与第二移动机构的移动部分固定。
10.可选的，所述钻孔机构包括钻杆，钻杆与钻杆转动驱动件连接，钻杆转动驱动件与固定在前端机械臂末端的伸缩机构连接。
11.可选的，所述第一回转机构包括固定在前端机械臂末端的回转驱动件，回转驱动
件通过齿轮传动机构与转盘连接，端头的端部与转盘固定连接。
12.可选的，所述注浆头具有外螺纹结构，外螺纹结构与预留孔相匹配。
13.可选的，所述前端机械臂上安装有图像采集元件。
14.第二方面，本发明的实施例提供了一种地铁管片一体化整治装置，包括车体，车体通过第二回转机构与主支撑臂连接，主支撑臂的末端转动连接有摆动架，摆动架与主支撑臂之间设有摆动驱动机构，摆动架设有第三回转机构，第三回转机构与第一方面所述的地铁管片一体化整治机构连接。
15.可选的，所述车体前端安装有避障雷达。
16.本发明的有益效果如下：
17.1.本发明的地铁管片一体化整治机构，通过第一移动机构连接有塞头拆装机构，塞头拆装机构具有内六角件和吸盘，吸盘能够固定或松开住塞头，内六角件能够转动塞头，从而实现塞头的自动拆、装，通过设置第一回转机构，能够将端头转动至钻孔机构与注浆机构的注浆口对中，将开关阀打开后，钻孔机构能够穿过注浆口进行钻孔，同时注浆口能够在注浆口转动驱动件的作用下转动，在第二移动机构的带动下进行注浆操作，从而实现了预留孔处拆-钻-注一体化自动进行，减少了更换装备时间，节省了人力，提高了工作效率。
18.2.本发明的地铁管片一体化整治机构，注浆头具有与预留孔相匹配的外螺纹结构，注浆前将螺纹注浆头拧进管片预留孔并锁紧，可以抵消注浆时浆液对机械臂产生的反力，从而使机械臂保持稳定，实现管片连续、充分注浆。
19.3.本发明的地铁管片一体化整治机构，具有图像采集元件，可以辅助工人远程操控机器人进行精准拆、钻、注作业，为远程操控机器人进行病害整治提供了可能性，实现了病害整治无人化。
20.4.本发明的地铁管片一体化整治机构，设置有吸盘，利用吸盘对塞头进行固定，拆下的预留孔塞头可以被吸附在吸盘上，防止了塞头掉落，保障了地铁运营安全。
附图说明
21.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
22.图1是本发明实施例1整体结构示意图；
23.图2是本发明实施例1端头处局部放大图一；
24.图3是本发明实施例1端头处局部放大图二；
25.图4是本发明实施例2整体结构示意图；
26.图5是本发明实施例1整体结构主视图；
27.其中，1.第一臂部，2.第二臂部，3.摄像头，4.钻杆，5.第一回转机构，5-1.齿轮传动机构，5-2.转盘，6.端头，7.塞头拆装机构，7-1.转动管，7-2.轴承座，7-3.内六角端头，7-4.齿轮传动机构，7-5.吸盘，7-6.气管，8.注浆机构，8-1.注浆头，8-2.齿轮传动机构，8-3.注浆头转动驱动电机，8-4.注浆导管，8-5.电控球阀，8-6.注浆管接头，9.车体，10.避障雷达，11.第二回转机构，12.主支撑臂，13.摆动架，14.电动伸缩杆，15.v型杆，16.第三回转机构，16-1.回转驱动电机，16-2.齿轮传动机构。
具体实施方式
28.为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.实施例1
30.本实施例提供了一种地铁管片一体化整治机构，如图1-图3所示，包括前端机械臂，前端机械臂的末端安装有钻孔机构，钻孔机构的下方设有第一回转机构，第一回转机构上安装有端头，第一回转机构能够带动端头绕自身轴线转动，端头设置有第一移动机构和第二移动机构，第一移动机构和第二移动机构均能够输出沿端头轴线方向的运动，第一移动机构的移动部分与塞头拆装机构连接，第二移动机构的移动部分与注浆机构连接，能够带动塞头拆装机构和注浆机构做往复的直线运动。
31.所述前端机械臂采用现有的伸缩式机械臂，包括伸缩连接的第一臂部1和第二臂部2，第一臂部1安装有图像采集元件，所述图像采集元件采用摄像头3，摄像头3与控制系统连接，能够将采集的管片的图像信息，从而帮助施工人员寻找病害位置。
32.采用此种设置方式，可以辅助工人远程操控机器人进行精准拆、钻、注作业，为远程操控机器人进行病害整治提供了可能性，实现了病害整治无人化。
33.所述第二臂部2一端与第一臂部1伸缩连接，另一端通过第一回转机构安装有端头。
34.所述钻孔机构采用现有的钻孔机构即可，包括钻杆4，钻杆4与钻杆转动驱动件连接，钻杆转动驱动件采用钻杆转动驱动电机即可，钻杆转动驱动电机与位于第二臂部2内部的伸缩机构连接，伸缩机构能够带动钻杆沿其自身轴线方向运动，钻杆驱动电机能够带动钻杆绕自身轴线转动，进而实现钻孔功能。
35.所述伸缩机构采用现有的丝杠传动机构或齿轮齿条传动机构或液压伸缩机构或气动伸缩机构等，本领域技术人员可根据实际需要进行设置。本实施例中，伸缩机构采用气动伸缩机构，例如气缸等，气缸通过气管与气泵连接，气泵能够对气缸进行供气。
36.所述第一回转机构5包括第一回转驱动件，本实施例中，所述第一回转驱动件采用第一回转电机，第一回转电机固定在前端机械臂的末端，第一回转电机的输出轴通过齿轮传动机构5-1与转盘5-2连接，本实施例中，所述转盘5-2采用十字型钢板制成，转盘5-2与端头6的后端面固定，而且转盘5-2与端头6同轴设置。
37.所述端头6采用由钢板围合而成的长方体结构，内部具有空腔，端头6具有上表面、下表面及两个侧表面，其中塞头拆装机构7设置在上表面，注浆机构8设置在端头6的一个侧表面。
38.通过第一回转机构5带动端头绕自身轴线转动，能够实现钻杆4与注浆机构8的注浆头对中和错开状态的切换。
39.所述第一移动机构安装在端头6的内部空腔内，第一移动机构采用现有的丝杠传动机构或齿轮齿条传动机构或气缸等，本领域技术人员可根据实际需要进行设置，本实施例中，所述第一移动机构采用气缸，气缸的缸体固定在端头6内部空腔的后部，气缸的活塞杆即移动部分与第一移动板固定连接，第一移动板与端头上表面的导轨9滑动连接，第一移
动板上固定有塞头拆装机构7。
40.所述塞头拆装机构7包括转动管7-1，转动管7-1与轴承座7-2转动连接，轴承座7-2通过螺栓固定在第一移动板上，转动管7-1的前端设置有与塞头相匹配的内六角件，所述内六角件采用六边形形状的内六角端头7-3，内六角端头7-3固定在转动管7-1的前端，所述转动管7-1与设置在端头6前端内部的内六角件转动驱动机构连接，内六角件转动驱动机构能够带动转动管7-1绕自身轴线转动，进而实现了带动内六角端头7-3绕自身轴线转动，当内六角端头7-3与塞头配合时，其转动能够带动塞头转动，从而实现对塞头进行拆卸或安装。
41.所述内六角转动驱动机构包括内六角转动驱动件，所述内六角转动驱动件采用固定在端头内部空腔前端的内六角转动驱动电机，内六角转动驱动电机通过齿轮传动机构7-4与转动管7-1连接，能够带动转动管7-1绕自身轴线转动，进而带动内六角端头7-3转动。
42.所述内六角端头7-3的前侧固定设置有吸盘7-5，吸盘7-5与气管7-6的一端通过旋转接头连接，气管7-6的另一端与气泵连接，气泵能够对吸盘7-5进行充气，进而实现吸盘与塞头吸附固定和松开状态的切换。本实施例中，内六角端头前端设有凹槽，吸盘嵌入到内六角端头凹槽里，然后用粘结胶进行粘结固定，嵌入后的吸盘与内六角端头凹槽周边齐平。
43.通过设置吸盘7-5，能够使得塞头从预留孔处拆下后对塞头进行固定，防止了塞头掉落，保障了地铁运营安全。
44.本实施例中，第一移动机构能够带动内六角端头7-3做直线运动，然后内六角端头7-3插入塞头的内六角孔中，内六角件转动驱动电机通过齿轮传动机构7-4带动内六角端头7-3转动，进而实现了塞头的拆卸或安装。
45.所述第二移动机构与第一移动机构的结构完全相同，在此不进行重复叙述，所述第二移动机构的移动部分与第二移动板连接，第二移动板与端头6滑动连接，第二移动板安装有注浆机构8。
46.本实施例中，所注浆机构8包括注浆头8-1，所述注浆头8-1采用圆柱管状结构，其外表面设置有外螺纹结构，注浆前将通过外螺纹结构将注浆头8-1拧进管片预留孔并锁紧，可以抵消注浆时浆液对前端机械臂产生的反力，从而使前端机械臂保持稳定，实现管片连续、充分注浆。
47.本实施例中，所注浆头8-1与注浆头转动驱动机构连接，注浆头转动驱动机构能够带动注浆头绕自身轴线转动。
48.所述注浆头转动驱动机构包括固定在第二移动板的注浆头转动驱动件，本实施例中，注浆头转动驱动件采用注浆头转动驱动电机8-3，注浆头转动驱动电机的输出轴通过齿轮传动机构8-2与注浆头8-1连接，能够带动注浆头8-1转动，从而实现了注浆头8-1与预留孔螺纹连接。
49.所述注浆头8-1的一端用于与预留孔螺纹连接，另一端通过旋转接头与注浆导管8-4的一端连接，注浆导管8-4的另一端设置有开关阀。
50.本实施例中，所述开关阀采用电控球阀8-5，电控球阀8-5与控制系统连接，能够在控制系统的指令下实现自动打开或关闭。
51.所述注浆导管8-4非端部位置设置有注浆管接头8-6，注浆管接头8-6用于与注浆管连接，注浆管接头8-6的轴线与注浆导管的轴线相互垂直。
52.本实施例中，所有的电机、气泵、前端机械臂等部件均与控制系统连接，能够接受
控制系统的指令进行工作。
53.本实施例的一体化整治机构的工作方法为：
54.前端机械臂进行伸缩运动并进行位置调整，使得内六角端头7-3运动至塞头前方的设定位置，第一移动机构工作，使得内六角端头塞入预留孔处塞头的内六角孔中，而且通过吸盘7-5吸附固定住塞头。
55.控制系统控制内六角件转动驱动电机工作，带动塞头和吸盘转动的同时第一移动机构做复位运动，从而将塞头从预留孔中拆下，吸盘7-5吸附固定塞头，使得塞头不会掉落。
56.塞头拆卸完成后，第一回转机构带动端头6转动，使得钻孔机构的钻杆4与注浆头8-1对中，调节端头6位置，使得注浆头8-1对准预留孔。
57.第二移动机构带动注浆头8-1向注浆孔运动，并通过注浆头转动驱动电机带动注浆头转动，将注浆头旋入预留孔。
58.控制系统控制电控球阀8-5打开，气泵带动伸缩机构动作，使得钻杆4向前伸出，依次穿过电控球阀8-5、注浆导管8-4、注浆头8-1后进行钻孔，形成注浆孔，钻杆转动驱动电机带动钻杆转动，实现钻杆4的钻进，进而实现钻孔功能，本实施例中，预留孔是注浆孔的一部分，针对地铁管片渗漏、脱空等病害开展的注浆作业是地铁管片壁后注浆，而地铁管片的预留孔并没有完全贯穿地铁管片，若要在管片壁后注浆需要利用钻杆4,打穿预留孔未贯穿的部分进而形成注浆孔。钻孔结束后缩回钻杆4，关闭电控球阀8-5，将注浆管接头8-6通过注浆管与注浆泵连接，打开注浆泵开始注浆，直至注浆结束。
59.本实施例中，预留孔处拆-钻-注一体化自动进行，减少了更换装备时间，节省了人力，提高了工作效率。
60.实施例2
61.本实施例提供了一种地铁管片一体化整治装置，如图4-图5所示，包括车体9，车体9采用现有车体结构即可，具有行走轮，能够实现行进，所述车体9的前端安装有避障雷达10，避障雷达10与控制系统连接，能够将车体前方障碍物信息传递给控制系统，避免车体9行进过程中与障碍物发生碰撞。
62.所述车体9的后部设有第二回转机构11，第二回转结构11采用现有的回转平台即可，其具体结构在此不进行详细叙述，回转平台能够输出绕竖直轴线转动的运动。
63.所述第二回转机构11的回转部分与主支撑臂12的底端固定，主支撑臂12的顶端与摆动架13的一端转动连接。
64.摆动架13与主支撑臂12之间设置有摆动驱动机构，摆动驱动机构能够带动摆动架摆动。
65.所述摆动驱动机构包括直线伸缩件，直线伸缩件采用现有的电动伸缩杆14，电动伸缩杆14的一端与主支撑臂12的底端转动连接，另一端与v型杆15的拐角部位铰接，v型杆15的一端与主支撑臂的顶端铰接，另一端与摆动架13的另一端铰接，电动伸缩杆14的伸缩运动能够实现摆动架的摆动运动。
66.所述摆动架13上安装有第三回转机构16，所述第三回转机构包括回转驱动电机16-1，回转驱动电机固定在摆动架13上，回转驱动电机通过齿轮传动机构16-2与回转平台连接，回转平台与前端机械臂的第一臂部1连接。
67.采用本实施例的整治装置，能够对设定高度范围内的管片进行一体化整治，对于
高度较低的管片，为了提高工作效率，采用人工整治即可。
68.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种地铁管片一体化整治机构，其特征在于，包括前端机械臂，前端机械臂的末端安装有钻孔机构和端头，端头通过第一移动机构设有塞头拆装机构，端头通过第二移动机构设有注浆机构，塞头拆装机构包括与塞头匹配的内六角件，内六角件与内六角件转动驱动机构连接，注浆机构包括注浆头，注浆头与注浆头转动驱动机构连接，注浆头的进浆端与注浆导管连接，注浆导管设有与其垂直的注浆管接头，注浆导管一端与注浆头连接，另一端设有开关阀，端头通过第一回转机构与前端机械臂连接以实现钻孔机构与注浆头对中和错开状态的切换。2.如权利要求1所述的一种地铁管片一体化整治机构，其特征在于，所述内六角件转动驱动机构包括转动管，转动管与第一移动机构的移动部分转动连接，转动管的端部设有内六角件，转动管通过齿轮传动机构与安装在第一移动机构移动部分的内六角件转动驱动件连接。3.如权利要求1所述的一种地铁管片一体化整治机构，其特征在于，内六角件的前侧设有吸盘，所述吸盘与气体管道的一端连接，气体管道的另一端穿过转动管后与气泵连接。4.如权利要求1所述的一种地铁管片一体化整治机构，其特征在于，所述注浆头转动驱动机构包括安装在第二移动机构移动部分的注浆头转动驱动件，注浆头转动驱动件通过齿轮传动机构与注浆头连接，注浆头通过旋转接头与注浆导管连接，旋转接头与第二移动机构的移动部分固定。5.如权利要求1所述的一种地铁管片一体化整治机构，其特征在于，所述钻孔机构包括钻杆，钻杆与钻杆转动驱动件连接，钻杆转动驱动件与固定在前端机械臂末端的伸缩机构连接。6.如权利要求1所述的一种地铁管片一体化整治机构，其特征在于，所述第一回转机构包括固定在前端机械臂末端的回转驱动件，回转驱动件通过齿轮传动机构与转盘连接，端头的端部与转盘固定连接。7.如权利要求1所述的一种地铁管片一体化整治机构，其特征在于，所述注浆头具有外螺纹结构，外螺纹结构与预留孔相匹配。8.如权利要求1所述的一种地铁管片一体化整治机构，其特征在于，所述前端机械臂上安装有图像采集元件。9.一种地铁管片一体化整治装置，其特征在于，包括车体，车体通过第二回转机构与主支撑臂连接，主支撑臂的末端转动连接有摆动架，摆动架与主支撑臂之间设有摆动驱动机构，摆动架设有第三回转机构，第三回转机构与权利要求1-8任一项所述的地铁管片一体化整治机构连接。10.如权利要求9所述的一种地铁管片一体化整治装置，其特征在于，所述车体的前端安装有避障雷达。

技术总结
本发明涉及一种地铁管片一体化整治机构及装置，包括前端机械臂，前端机械臂的末端安装有钻孔机构和端头，端头通过第一移动机构设有塞头拆装机构，端头通过第二移动机构设有注浆机构，塞头拆装机构包括与塞头匹配的内六角件，内六角件与内六角件转动驱动机构连接，注浆机构包括注浆头，注浆头与注浆头转动驱动机构连接，注浆头的进浆端与注浆导管连接，注浆导管设有与其垂直的注浆管接头，注浆导管一端与注浆头连接，另一端设有开关阀，端头通过第一回转机构与前端机械臂连接以实现钻孔机构与注浆头对中和错开状态的切换，采用本发明的机构提高了工作效率，降低了劳动强度。降低了劳动强度。降低了劳动强度。


技术研发人员：李景龙 田育禾 周建华 陈迪杨 张峰领
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/7/12