[發明專利]一種鉆孔機械臂

有效

• 申請號: 202010596154.7
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111648720B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 王大偉;趙剛;程爽;齊孟星;冀曉瑩;邱曉杰
• 申請（專利權）人: 中鐵九局集團電務工程有限公司
• 主分類號: E21B7/02
• 分類號: E21B7/02;E21B7/04;E21B15/04;E21B3/02;E21B12/00;E21B44/00;B23P19/06
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司 21107
• 代理人: 許宇來

1.一種鉆孔機械臂，包括底座（2），其特征在于底座（2）上設置有旋轉底座（9），旋轉底座（9）上設置有主機械臂電機（11），主機械臂電機（11）的轉軸與主機械臂（12）下端相連，主機械臂（12）上端設置有高度調節臂電機，高度調節臂電機的轉軸與高度調節臂下端相連，高度調節臂上端設置有角度調節臂電機（18），角度調節臂電機（18）與角度調節臂（17）下端相連，角度調節臂（17）上端設置有鉆孔臂（21）；

所述高度調節臂包括第一高度調節臂（13）與第二高度調節臂（5），主機械臂上端設置第一高度調節臂電機（14），第一高度調節臂電機（14）的轉軸與第一高度調節臂（13）下端相連，第一高度調節臂（13）上端設置第二高度調節臂電機（16），第二高度調節臂電機（16）轉軸與第二高度調節臂（5）下端相連，第二高度調節臂（5）上端設置角度調節臂電機（18）；

所述角度調節臂（17）上端設置有切換螺栓安裝與鉆孔的作業模式切換電機（20），作業模式切換電機（20）的轉軸分別與螺栓安裝臂（22）、鉆孔臂（21）相連；

所述角度調節臂電機（18）上設置有光電傳感器（19）的發射器，第一高度調節臂電機（14）上設置有光電傳感器（19）的接收器；

所述主機械臂電機（11）上設置有距離傳感器（10）；

所述距離傳感器（10）包括第一距離傳感器、第二距離傳感器和第三距離傳感器；第一距離傳感器、第二距離傳感器和第三距離傳感器與地面夾角分別對應45°、90°、135°方向，且三個距離傳感器中軸線方向延長線交于主機械臂（12）的旋轉中心；

主機械臂（12）的旋轉軸為主機械臂電機（11）的轉子旋轉軸，經過高度調節后位于隧道截面圓的圓心位置，機械臂的總長度為半徑且交于圓心，圓的切線垂直于經過切點的半徑，機械臂與作業點垂直，角度調節臂（17）、主機械臂（12）、鉆孔臂（21）在同一直線上，保證了鉆孔臂與作業面的垂直；

當高度調節完畢，即主機械臂（12）的旋轉軸位于隧道截面圓的圓心處，第一距離傳感器、第二距離傳感器和第三距離傳感器位于隧道截面圓圓心的同心圓上，所以第一距離傳感器、第二距離傳感器和第三距離傳感器測得到隧道壁的距離是相等的，將此時的值作為最終確定值；在最終確定值的基礎上加上距離傳感器（10）與主機械臂（12）旋轉軸之間的距離后作為機械臂的整體作業半徑長度，進行機械臂的伸展；機械臂長度，可根據測算的作業半徑伸展設定長度；

角度調節臂（17）與主機械臂（12）始終保持在同一直線上，機械臂的調節長度值ΔX根據測量的作業半徑R、鉆孔臂（21）長度d、角度調節臂（17）長度c、主機械臂（12）計算長度a、預留長度Y來確定，其中X由第一高度調節臂和第二高度調節臂長度b及第一高度調節臂與第二高度調節臂的夾角θ確定；

計算如下：

由R=X+d+c+a+Y推出X=R-d-c-a-Y

長度調節值ΔX=X-X0，即X=ΔX+X0

由X=2bsin(θ/2)，θ∈30°～180°，角度θ極限值為30度,X的初始值，X0為2bsin15°，推出θ=2arcsin（X/2b）；

角度調節量Δθ=θ-θ0，即Δθ=θ-30°；

機械臂初始狀態第一高度調節臂（13）與第二高度調節臂（15）夾角θ=30°；第一高度調節臂（13）與作業半徑軸線夾角θ₁與第二高度調節臂（15）與作業半徑軸線夾角θ₂相等，等于75°，角度調節臂（17）與作業半徑軸線夾角為θ₃；當θ值確定，第二高度調節臂電機（16）啟動逆時針轉動角度Δθ=θ-30°，然后第一高度調節臂電機（14）啟動順時針轉動Δθ/2，然后角度臂電機（18）啟動順時針轉動Δθ/2，使主機械臂（12）和角度調節臂（17）在同一直線上，同時通過光電傳感器（19）進行校驗，校驗方式為：光電傳感器（19）的接收器與反射器的安裝軸線分別與主機械臂（12）和角度調節臂（17）的中心軸線重合，當接收器與發射器信號中斷時，即為主機械臂（12）和角度調節臂（17）不在同一直線，屏幕預警提示；當接收器正常接收發射器信號時，說明主機械臂（12）和角度調節臂（17）在同一直線，屏幕顯示正常；

通過所述主機械臂電機（11）的旋轉角度進行高度控制，初始狀態下，主機械臂（12）處于垂直地面位置；主機械臂電機（11）軸心距離鋼軌所在平面高度為H，機械臂軸線初始角度為90°，作業高度為h，調節角度Δθ1為機械臂半徑與垂直平面夾角，0≤Δθ1≤135°；當作業高度大于H時，Δθ1=90°-arcsin((h-H)/R）,當作業高度小于H時，Δθ1=90°+arcsin((h-H)/R)，R為作業半徑。