[發明專利]盾構機刀盤清洗機器人系統及清洗方法

有效

• 申請號: 201711272345.2
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN108145718B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 薛龍;曹瑩瑜;王堃;劉飛香;程永亮
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院;中國鐵建重工集團有限公司
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/04;B25J9/06;B25J19/02;B25J9/16;B25J9/10;B25J17/02;B08B3/02;B08B1/00
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 王金寶

1.一種盾構機刀盤清洗機器人系統，其特征在于：包括清洗機器人(1)、安全密封艙(2)、機器人控制系統、視覺系統(3)和防撞傳感系統(4)，其中：

所述安全密封艙(2)為水密艙，包括艙體和艙門，所述艙門活動設置在所述艙體的艙口(21)上；

所述清洗機器人(1)活動設置在所述艙體內，所述清洗機器人(1)相對于所述艙體能夠縮回或伸出；

所述安全密封艙(2)固定設置在盾構機開挖艙內；

所述視覺系統(3)和所述防撞傳感系統(4)均設置在所述清洗機器人(1)上；

所述機器人控制系統與所述清洗機器人(1)、所述艙門、所述視覺系統(3)和所述防撞傳感系統(4)均電連接；

所述清洗機器人(1)包括機身(11)、擺臂(12)和清洗裝置(13)，所述機身(11)通過直線平移機構(5)與所述安全密封艙(2)活動連接，所述擺臂(12)由多節組成，包括第一節臂(121)、第二節臂(122)和第三節臂(123)，所述第一節臂(121)與所述機身(11)之間通過第一俯仰關節(6)連接；所述第二節臂(122)與所述第一節臂(121)之間通過第二俯仰關節(8)連接，所述第三節臂(123)與所述第二節臂(122)之間通過擺動關節(7)連接，所述清洗裝置(13)設置在所述第三節臂(123)末端；

其中，

所述第一俯仰關節(6)包括液壓缸(61)、第一俯仰齒條(62)和第一俯仰齒輪(63)，所述第一俯仰齒輪(63)固定設置在第一節臂(121)一側，所述第一俯仰齒條(62)水平設置在所述機身(11)上，且所述第一俯仰齒條(62)與所述第一俯仰齒輪(63)嚙合連接，所述液壓缸(61)的輸出軸與所述第一俯仰齒條(62)連接，所述液壓缸(61)伸縮過程中所述第一俯仰齒條(62)前進或后退，帶動所述第一俯仰齒輪(63)順時針或逆時針旋轉從而帶動所述第一節臂(121)抬起或降下；

所述第二俯仰關節(8)包括第二俯仰齒輪(81)和第三俯仰齒輪(82)，所述第二俯仰齒輪(81)固定設置在所述第二節臂(122)一側，所述第三俯仰齒輪(82)固定設置在所述第一節臂(121)末端一側，且所述第二俯仰齒輪(81)和所述第三俯仰齒輪(82)嚙合連接，還包括驅動電機，所述驅動電機與所述第三俯仰齒輪(82)連接；

所述視覺系統(3)包括至少四套監控攝像頭，包括后端攝像頭(31)、前端攝像頭(32)和頭部攝像頭(33)，所述后端攝像頭(31)固定設置在所述安全密封艙(2)內部后側，所述前端攝像頭(32)通過伸縮裝置設置在所述安全密封艙(2)內部前側或固定設置在所述安全密封艙(2)外部，所述頭部攝像頭(33)的數量為兩套，兩套所述頭部攝像頭(33)并排設置在所述第三節臂(123)末端；

所述清洗裝置(13)包括高壓水槍(131)和氣動工具鏟(132)，所述第三節臂(123)內部設置有工作艙(1231)，所述高壓水槍(131)和所述氣動工具鏟(132)均封裝在所述工作艙(1231)內；

所述安全密封艙(2)內傾斜設置有噴淋反射板(22)，所述噴淋反射板(22)的傾斜角度以滿足所述高壓水槍(131)向所述噴淋反射板(22)上噴射的水能反射到所述頭部攝像頭(33)。

2.根據權利要求1所述的盾構機刀盤清洗機器人系統，其特征在于：所述前端攝像頭(32)位于所述安全密封艙(2)外部時在其外側設置有防護裝置。

3.根據權利要求1所述的盾構機刀盤清洗機器人系統，其特征在于：所述頭部攝像頭(33)外側罩設有防水罩(34)。

4.根據權利要求1所述的盾構機刀盤清洗機器人系統，其特征在于：所述防撞傳感系統(4)設置在所述第二節臂(122)上，且所述防撞傳感系統(4)包括第一傳感系統(41)和第二傳感系統(42)，所述第一傳感系統(41)設置在所述第二節臂(122)頂部和下部，所述第二傳感系統(42)設置在所述第二節臂(122)左右兩側部。

5.根據權利要求1所述的盾構機刀盤清洗機器人系統，其特征在于：所述安全密封艙(2)下部內壁上設置有泄水槽(23)，所述泄水槽(23)與所述安全密封艙(2)外部連通。

6.一種盾構機刀盤清洗機器人的清洗方法，其特征在于：使用權利要求1-5中任一項所述的盾構機刀盤清洗機器人系統對盾構機刀盤進行清洗的步驟如下：

A、清洗機器人準備：需要清洗時，通過機器人控制系統中的操控面板遠程遙控打開安全密封艙(2)的密封艙門從而打開安全密封艙(2)，利用安全密封艙(2)內前端的前端攝像頭(32)觀察艙外情況，確保清洗機器人(1)出艙無障礙物后，控制清洗機器人(1)出艙，清洗機器人(1)沿著直線平移機構(5)的軌道移出安全密封艙(2)，準備清洗；

B、清洗準備：清洗機器人(1)的機身(11)走到安全密封艙(2)的艙門處，擺臂(12)伸出艙門，通過第一俯仰關節(6)、第二俯仰關節(8)以及擺動關節(7)調整擺臂(12)的長度和擺臂(12)末端的俯仰角，使擺臂(12)末端以達到盾構機上端刀艙待清洗部位，將清洗裝置(13)中的高壓水槍(131)口調整到正對清洗部位；清洗時，利用密封艙內直線導軌和三節擺臂的協調工作，從上到下進行盾構機刀盤的清洗；另配合第三節臂(123)的擺動，使得有效增大單次清洗面積；

C、清洗：將高壓水槍開啟，沿著盾構機刀盤的泄土槽從上往下清洗，清洗過程中要左右往復擺動高壓水槍(131)，使水柱掃描過整個泄土槽寬度，把殘留在槽中的泥沙、石塊沖洗掉，第三節臂(123)左右擺動以實現高壓水槍(131)的左右擺動；

D、清洗機器人邊清洗邊調整姿態，調整擺臂(12)俯仰角度進行向下移動，并調整擺臂(12)的左右擺動使高壓水槍(131)始終正對清洗部位；從上到下清洗過程中，第三節臂(123)連續左右擺動；

E、鏟除清洗不掉的泥沙：高壓水清洗完畢后，對沖洗不掉的泥沙結塊、石頭進行啟動鏟除，具體鏟除位置通過頭部攝像系統進行觀察，然后遙控清洗機器人(1)到達指定位置，利用工作艙內的氣動工具鏟(132)進行鏟除；遙控將清洗機器人(1)的第三節臂(123)頭部調整到需要鏟砂部位，利用清洗裝置(13)中的氣動工具鏟(132)進行鏟除；氣動工具鏟(132)直接鏟除殘留泥沙，或用鏟頭敲擊振動相關部件以到達去除殘留泥沙目的；

F、視需要，鏟除泥沙后再次進行高壓水槍(131)沖洗；

G、清洗機器人工作完畢，調整姿態，回艙，安全密封艙(2)關閉。