[發明專利]一種智能化圍巖分級機器人系統及方法

有效

• 申請號: 202111111274.4
• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號: CN114047051B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 孫子正;劉學港;陳文尹;秦承帥;李利平;李術才;周宗青;劉洪亮;姚大闖;成帥;屠文鋒;王建波
• 申請（專利權）人: 山東大學;中鐵四局集團有限公司
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/04;G01N3/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 閆圣娟

本發明公開一種智能化圍巖分級機器人系統及方法，包括：巖石試件夾持裝置，包括機械臂和設于機械臂一端的夾爪，所述夾爪將巖塊置于巖石試件承載裝置上；巖石試件承載裝置，包括巖石試件承載板和巖塊試件固定裝置，所述巖石試件承載板上設有巖塊試件固定裝置，所述巖塊試件固定裝置將巖塊夾緊；點荷載加壓裝置，包括加壓頭、液壓缸和伸縮桿，伸縮桿調整加壓頭與巖塊的間距，所述液壓缸提供破壞巖塊的壓力，所述加壓頭將壓力施加在巖塊上。簡化室內測量巖石單軸抗壓強度的流程，可在現場重復多次試驗，提高試驗結果的準確性，進一步的還可利用點荷載加壓測定圍巖級別。

技術領域

本發明涉及土木工程技術領域，尤其涉及一種智能化圍巖分級機器人系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

很多隧道的建設環境十分惡劣，如處于極端的地質條件(強烈揉皺的巖體、強烈活動的板塊構造)和極端的建造環境(高地溫、低氧、高寒、瓦斯、巖爆等)中，在極端的建造環境中，現場獲取圍巖的數據信息更加困難，而隧道在開挖后掌子面十分危險，為保證隧道的安全施工，開展圍巖分級具有很強的必要性。機器人裝備具有無人化、快速化、安全化的優點，能夠深入到人工無法到達的環境中，代替人工完成無法實現的測量作業任務，對于指導極端環境下的隧道施工具有重要意義。因此，極端環境條件下對圍巖信息的快速獲取和分析、對無人化和快速化具有迫切需求。

傳統的圍巖分級方法包括兩步，首先確定巖體的基本質量，然后根據工程實際確定圍巖級別。巖體的基本質量包括巖體的強度指標和巖體的完整度指標，巖石的單軸抗壓強度是表征巖石的堅硬程度和指導圍巖分級的重要物理力學參數，傳統獲取巖石單軸抗壓強度的方式是采用單軸抗壓試驗，室內單軸抗壓試驗的流程包括現場取樣、標準制樣和室內標準實驗，整個過程十分繁瑣；且標準的單軸抗壓試驗期長，制樣成本高，不能快速指導隧道的施工。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種智能化圍巖分級機器人系統及方法，簡化室內測量巖石單軸抗壓強度的流程，可在現場直接進行巖石單軸抗壓強度試驗，并且可在現場重復多次試驗，提高試驗結果的準確性，進一步的還可利用點荷載加壓測定圍巖級別。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種智能化圍巖分級機器人系統，包括：機器人車體，以及設于機器人車體上的巖石試件承載裝置、點荷載加壓裝置和巖石試件夾持裝置；

所述巖石試件夾持裝置包括機械臂和設于機械臂一端的夾爪，所述夾爪將巖塊置于巖石試件承載裝置上；

所述巖石試件承載裝置包括巖石試件承載板和巖塊試件固定裝置，所述巖石試件承載板上設有巖塊試件固定裝置，所述巖塊試件固定裝置將巖塊夾緊；

所述點荷載加壓裝置包括加壓頭、液壓缸和伸縮桿，伸縮桿調整加壓頭與巖塊的間距，所述液壓缸提供破壞巖塊的壓力，所述加壓頭將壓力施加在巖塊上。

作為可選擇的實施方式，所述巖石試件固定裝置包括一組可伸縮的夾持件，所述夾持件呈十字型設置，用于固定巖塊。

作為可選擇的實施方式，所述巖石試件承載裝置還包括承載板連接轉動軸；所述巖石試件承載板通過承載板連接轉動軸與機器人車體連接。

作為可選擇的實施方式，所述承載板連接轉動軸通過旋轉，將巖石試件承載板上被壓碎后的巖塊進行清理。

作為可選擇的實施方式，所述巖石試件承載板上設有貫穿的通孔，所述承載板連接轉動軸通過通孔貫穿連接在巖石試件承載板上。

作為可選擇的實施方式，所述加壓頭包括兩個加壓頭，分別位于巖石試件承載板上下兩側。

作為可選擇的實施方式，所述伸縮桿的一端連接液壓缸，另一端連接在機器人車體上。