專利名稱：管道安裝鉆孔機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
從產(chǎn)業(yè)上講，用于水、電、氣管道安裝工程領(lǐng)域。從技術(shù)上講，屬于鉆探及機(jī)器人結(jié)合的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前墻壁鉆孔有沖擊鉆，地質(zhì)鉆孔有牙輪鉆，修鐵路打隧道有盾構(gòu)機(jī)。但是，我們經(jīng)?？吹皆诎惭b水、電、氣管路時(shí)，如果需要橫穿公路，只能將公路挖槽，鋪好后又補(bǔ)上，一條道路常常到處被挖出斷裂帶。因此需要一種不挖斷道路，而完成管道橫過公路的裝置，而這種裝置現(xiàn)尚未出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種為管道安裝鉆孔的機(jī)器人，用于在已修好的公路下橫向鉆孔，完成水、電、氣管路從地下過公路而不破壞公路的任務(wù)。一般鉆孔的直徑為φ100～200mm，鉆孔長度可達(dá)50m。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容為一種管道安裝鉆孔機(jī)器人，包括鉆頭，鉆頭旋轉(zhuǎn)及軸向進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)、外殼及液(氣)壓控制機(jī)構(gòu)，由水泵及輸送管道構(gòu)成的沖泥漿機(jī)構(gòu)；其特征是鉆頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動電軸與導(dǎo)向軸套鍵連接構(gòu)成，鉆頭固定在導(dǎo)向軸套的前端；鉆頭的軸向進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括與外殼固定的進(jìn)給油缸、通過止推軸承與導(dǎo)向軸套連接并位于進(jìn)給油缸內(nèi)的活塞套，通過進(jìn)給油缸活塞的往復(fù)運(yùn)動由活塞套通過止推軸承帶動導(dǎo)向軸套及鉆頭往復(fù)運(yùn)動；在外殼的分別布置有至少一組沿徑向設(shè)置的前掌組和后掌組，所述前掌或后掌的掌端伸出外殼，掌端通過活塞桿與位于油缸內(nèi)的活塞連接，通過活塞的往復(fù)運(yùn)動完成前掌或后掌的徑向伸縮；電軸的另一端通過活塞桿連接位于步進(jìn)油缸內(nèi)的活塞，該活塞通過與前掌或后掌油缸活塞運(yùn)動的選擇搭配，完成機(jī)器人的前進(jìn)、后退及轉(zhuǎn)向。
上述機(jī)器人的前爬程序?yàn)楹笳粕斐鲎プ】妆?，前掌縮回放松，步進(jìn)油缸伸長帶動機(jī)器人前部向前爬行一步，前掌伸出抓住孔壁，后掌縮回放松，步進(jìn)油缸活塞收縮帶動機(jī)器后部向前爬行一步，后掌伸出抓住孔壁，至此，完成向前爬行一步，向后爬行的道理是一樣的。


圖1為管道鉆孔機(jī)器人的軸向截面圖。
圖中，管道鉆孔機(jī)器人(圖10)由下列零部件組成1-鉆頭，2-導(dǎo)向軸，3-止推軸承，4-進(jìn)給油缸，5-前掌，6-前掌油缸，7-電軸，8-長套管，9-連軸節(jié)，10-水泵，11-油泵，12-步進(jìn)油缸，13-后掌，14-后掌油缸，15-激光管，16-監(jiān)測器，17-微機(jī)。
具體實(shí)施例方式
參見附圖，機(jī)器人由4個(gè)前掌和4個(gè)后掌頂住孔壁定位、夾緊在孔內(nèi)。在開始無孔時(shí)，用一段鋼管孔代替，待機(jī)器人后掌進(jìn)入所鉆孔后，進(jìn)入正常工作。
所述后掌通過條形孔伸出殼體外，其驅(qū)動油缸14與步進(jìn)油缸12的缸體連接在一起，使后掌在條形孔內(nèi)隨驅(qū)動油缸14帶動下一起軸向移動。
鉆頭的轉(zhuǎn)動由電軸經(jīng)過花鍵副帶動導(dǎo)向軸完成，達(dá)到只傳遞力矩不影響鉆頭軸向移動。鉆頭向前進(jìn)給由進(jìn)給油缸套式活塞，經(jīng)止推軸承帶動導(dǎo)向套完成，達(dá)到只傳遞軸向運(yùn)動不影響導(dǎo)向套轉(zhuǎn)動。
油泵和水泵作成一體。由長套管與整個(gè)機(jī)器人連成整體。由電軸的右軸經(jīng)連軸節(jié)帶動油泵和水泵轉(zhuǎn)動。
由激光管發(fā)出與整個(gè)機(jī)器人軸線平行的激光束監(jiān)測機(jī)器人走向的直線性，激光束長50m，光斑射到雙層CCD面陣上，由微機(jī)計(jì)算鉆出孔的軸線誤差曲線，并適時(shí)校正。
鉆孔方法為，鉆頭1由螺紋，圓柱面、端面定位，夾緊在導(dǎo)向軸2上。由于直徑限制，原動機(jī)采用電軸7，電軸7經(jīng)花鍵軸帶動鉆頭1轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)鉆削。由油泵11輸來的壓力油經(jīng)換向閥驅(qū)動進(jìn)給油缸4的活塞，經(jīng)止推軸承副3，帶動導(dǎo)向軸2、鉆頭1軸向進(jìn)給。電軸7的右輸出軸經(jīng)連軸節(jié)9帶動水泵10，油泵11轉(zhuǎn)動。為縮短軸向長度，將水泵和油泵作成一體。另外，為整體性，采用剛性長套管8將整個(gè)機(jī)器人連在一起，進(jìn)給油缸4、前掌油缸6、電軸7、水泵10、油泵11均用螺釘固定在長套管8上，由于步進(jìn)需要，后掌油缸16與長套9可沿軸向滑動。
整個(gè)機(jī)器人在孔內(nèi)的定位和夾緊由一前掌組和一后掌組完成，每組前掌分別由4個(gè)徑向均布前掌5和4個(gè)后掌13構(gòu)成，各掌分別由油缸驅(qū)動，各油缸活塞均有位移傳感器，將位移輸送給微機(jī)，以保證各掌同步伸縮。
在鉆孔時(shí)，當(dāng)進(jìn)給油缸4的活塞走完后，機(jī)器人需要向前爬行一步。此外，當(dāng)出現(xiàn)意外等原因，機(jī)器人需要向后爬出來?，F(xiàn)以向前爬行為例，敘述爬行程序。將進(jìn)給油缸4接通油池，縮回前掌5，微機(jī)控制步進(jìn)油缸12右腔進(jìn)油，活塞推動整個(gè)機(jī)器人向前爬行一步，此時(shí)，長套8帶動前掌，進(jìn)給油缸4的缸體，電軸7、水泵10、油泵11均爬行了一步，但鉆頭1及導(dǎo)向套2、止推軸承3，軸向回位。伸出前掌5，抓住孔壁，后掌縮回放松，步進(jìn)油缸活塞12收縮，帶動后掌13前進(jìn)一步，后掌伸出抓住孔壁。至此，向前爬行一步完畢。
在打孔時(shí)，由水泵10將帶壓的水沖向鉆頭，一方面冷卻鉆頭，一方面將泥漿帶出孔外。
為監(jiān)測打孔的直線度，在機(jī)器人尾部裝有激光管15，它可發(fā)出平行于打孔軸線的激光束，光束照到具有兩片CCD面陣16的監(jiān)測儀上，前邊一片中心打有小孔，并將儀器16的前CCD片的小孔對準(zhǔn)激光束，使激光束通過前片照到第2片CCD上，由此可測出，并由微機(jī)算出孔的軸線偏斜度，由微機(jī)向前掌的相應(yīng)油缸補(bǔ)入壓力油逐步校正回來。
本管道鉆孔機(jī)器人的外形尺寸為φ100～200mm，長度約1～1.5m，理論上可以打50m深的孔，如果增強(qiáng)激光管的光束長度，還可以打更深的孔。
權(quán)利要求
1.一種管道安裝鉆孔機(jī)器人，包括鉆頭，鉆頭旋轉(zhuǎn)及軸向進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)、外殼及液(氣)壓控制機(jī)構(gòu)，由水泵及輸送管道構(gòu)成的沖泥漿機(jī)構(gòu)；其特征是鉆頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動電軸(7)與導(dǎo)向軸套(2)鍵連接構(gòu)成，鉆頭(1)固定在導(dǎo)向軸套的前端；鉆頭的軸向進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括與外殼固定的進(jìn)給油缸、通過止推軸承與導(dǎo)向軸套連接并位于進(jìn)給油缸內(nèi)的活塞套，通過進(jìn)給油缸活塞的往復(fù)運(yùn)動由活塞套通過止推軸承帶動導(dǎo)向軸套及鉆頭往復(fù)運(yùn)動；在外殼的分別布置有至少一組沿徑向設(shè)置的前掌(5)組和后掌(13)組，所述前掌或后掌的掌端伸出外殼，掌端通過活塞桿與位于油缸內(nèi)的活塞連接，通過活塞的往復(fù)運(yùn)動完成前掌或后掌的徑向伸縮；電軸的另一端通過活塞桿連接位于步進(jìn)油缸(12)內(nèi)的活塞，該活塞通過與前掌或后掌油缸活塞運(yùn)動的選擇搭配，完成機(jī)器人的前進(jìn)、后退及轉(zhuǎn)向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道安裝鉆孔機(jī)器人，其特征在于機(jī)器人的爬行機(jī)構(gòu)由前掌，步進(jìn)油缸(12)及后掌組成。前爬程序?yàn)楹笳粕斐鲎プ】妆冢罢瓶s回放松，步進(jìn)油缸活塞伸長帶動機(jī)器人前部向前爬行一步，前掌伸出抓住孔壁，后掌縮回放松，步進(jìn)油缸活塞收縮，帶動機(jī)器人后部向前爬行一步，后掌伸出，抓住孔壁，至此，完成向前爬行一步。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道安裝鉆孔機(jī)器人，其特征在于機(jī)器人由4個(gè)徑向布置的前掌和4個(gè)徑向布置的后掌頂住孔壁定位，夾緊在孔內(nèi)；在開始無孔時(shí)，用一段鋼管孔代替，待機(jī)器人后掌進(jìn)入所鉆孔后，進(jìn)入正常工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道安裝鉆孔機(jī)器人，其特征在于所述后掌通過條形孔伸出殼體外，其驅(qū)動油缸(14)與步進(jìn)油缸(12)的缸體連接在一起，使后掌在條形孔內(nèi)在驅(qū)動油缸(14)帶動下一起軸向移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道安裝鉆孔機(jī)器人，其特征在于控制各油缸工作的油泵(11)或/和沖泥漿機(jī)構(gòu)的水泵(10)由電軸(7)帶動轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道安裝鉆孔機(jī)器人，其特征在于油泵(11)和水泵(10)作成一體，由長套管與整個(gè)機(jī)器人連成整體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道安裝鉆孔機(jī)器人，其特征在于在機(jī)器人的末端安裝激光管(15)，由雙層CCD面陣接收激光管發(fā)出的與整個(gè)機(jī)器人軸線平行的激光束監(jiān)測機(jī)器人走向的直線性的光斑信號，由微機(jī)根據(jù)誤差情況，并對液(氣)壓控制機(jī)構(gòu)發(fā)指令完成對機(jī)器人的適時(shí)校正控制。
全文摘要
一種管道安裝鉆孔機(jī)器人，其特征是鉆頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動電軸7與導(dǎo)向軸套2鍵連接構(gòu)成；鉆頭的軸向進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括與外殼固定的進(jìn)給油缸、通過止推軸承與導(dǎo)向軸套連接并位于進(jìn)給油缸內(nèi)的活塞套，通過進(jìn)給油缸活塞的往復(fù)運(yùn)動由活塞套通過止推軸承帶動導(dǎo)向軸套及鉆頭往復(fù)運(yùn)動；在外殼的分別布置有至少一組沿徑向設(shè)置的前掌5組和后掌13組，所述前掌或后掌的掌端伸出外殼，通過活塞的往復(fù)運(yùn)動完成徑向伸縮；電軸通過活塞桿連接位于步進(jìn)油缸12內(nèi)的活塞，該活塞通過與前掌或后掌油缸活塞運(yùn)動的選擇搭配，完成機(jī)器人的前進(jìn)、后退及轉(zhuǎn)向。本機(jī)器人能在公路下面鉆出管道孔，消除了管線槽的開挖對公路的破壞。
文檔編號E21B7/04GK1601047SQ20041004088
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月20日
發(fā)明者梁錫昌, 王光建 申請人:重慶大學(xué)