本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種盾構(gòu)機盤形滾刀換刀機械臂末端執(zhí)行器。

背景技術(shù)：

通常情況盾構(gòu)機的刀具直接進行破巖與開挖，承受較大的沖擊力與磨損，極易損壞，換刀頻繁。目前成熟的換刀技術(shù)都是人工換刀，有常壓換刀與帶壓換刀。常壓換刀對地質(zhì)條件要求嚴格，一般地質(zhì)難以滿足條件。帶壓換刀技術(shù)對地質(zhì)條件適應(yīng)能力強，但是施工環(huán)境惡略，對作業(yè)人員要求苛刻，必須是受過專業(yè)訓(xùn)練的潛水運動員才能進行作業(yè)。人工換刀技術(shù)難度大，效率低下，操作人員需要先進入人閘艙，然后逐級加壓進入氣壓艙，最后進入開挖艙進行作業(yè)。而且還要實時監(jiān)測是否有有毒氣體進入開挖艙。人工換刀作業(yè)過于危險，一旦發(fā)生塌方事故，后果不堪設(shè)想。

在整個掘進過程中可能需要多次換刀作業(yè)，目前很多學(xué)者在做改進刀具布局、改善刀具結(jié)構(gòu)與材料方面的研究，從而減少換刀次數(shù)。在機器人技術(shù)比較成熟的今天，有很多學(xué)者提出采用機械臂自動換刀技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種盾構(gòu)機盤形滾刀換刀機械臂末端執(zhí)行器，具體技術(shù)方案如下：

一種盾構(gòu)機盤形滾刀換刀機械臂末端執(zhí)行器，包括末端執(zhí)行器主體模塊、螺栓拆裝固定模塊和軸向移動模塊；

所述螺栓拆裝固定模塊通過螺栓固定在軸向移動模塊上，軸向移動模塊通過螺栓連接在末端執(zhí)行器主體模塊上，執(zhí)行器的整體可通過快換與機械臂連接使用。

所述的一種盾構(gòu)機盤形滾刀換刀機械臂末端執(zhí)行器，其優(yōu)選方案為所述末端執(zhí)行器主體模塊包括快換安裝板、快換工具側(cè)、末端執(zhí)行器吊掛、末端執(zhí)行器框架、銷軸b、手指耳環(huán)a、銷軸a、手指、手指安裝板、手指驅(qū)動板、手指耳環(huán)b、液壓缸a、液壓缸耳環(huán)a和液壓缸銷軸a；

所述手指通過銷軸a、銷軸b分別與手指耳環(huán)a、手指耳環(huán)b連接；

所述手指耳環(huán)a焊接在手指驅(qū)動板上；

所述手指耳環(huán)b焊接在手指安裝板上；

所述手指安裝板、液壓缸耳環(huán)a、快換安裝板焊接在末端執(zhí)行器框架上；

所述快換工具側(cè)通過螺栓連接在快換安裝板上，末端執(zhí)行器吊掛通過螺栓連接在末端執(zhí)行器框架上；

所述手指驅(qū)動板與液壓缸a的一端通過螺帽連接，所述液壓缸a的另一端通過銷液壓缸銷軸a軸與液壓缸耳環(huán)a連接。

所述的一種盾構(gòu)機盤形滾刀換刀機械臂末端執(zhí)行器，其優(yōu)選方案為所述螺栓拆裝固定模塊包括擺線馬達、馬達安裝法蘭、螺栓拆裝模塊固定板、螺栓套筒、緊定螺釘、扭力倍增器安裝法蘭、扭力倍增器、連接器；

所述擺線馬達通過馬達安裝法蘭安裝在螺栓拆裝模塊固定板上；

所述扭力倍增器通過連接器與液壓馬達的輸出軸連接，并由扭力倍增器安裝法蘭固定于螺栓拆裝模塊固定板上；

所述螺栓套筒通過緊定螺釘固定在扭力倍增器上。

所述的一種盾構(gòu)機盤形滾刀換刀機械臂末端執(zhí)行器，其優(yōu)選方案為所述軸向移動模塊由液壓缸b、螺栓拆裝模塊驅(qū)動板、直線導(dǎo)軌滑塊、直線導(dǎo)軌、液壓缸耳環(huán)b、液壓缸銷軸b和固定板；

所述液壓缸耳環(huán)b焊接在執(zhí)行器框架上；

所述固定板焊接在螺栓拆裝模塊驅(qū)動板上；

所述液壓缸b通過液壓缸銷軸b連接在液壓缸耳環(huán)b上，另一端與固定板用螺帽連接；

所述直線導(dǎo)軌通過螺栓固定在執(zhí)行器框架上；

所述直線導(dǎo)軌滑塊設(shè)置在直線導(dǎo)軌內(nèi)，并通過螺栓與螺栓拆裝模塊驅(qū)動板連接；

所述螺栓拆裝模塊驅(qū)動板通過螺栓與螺栓拆裝固定模塊的螺栓拆裝模塊固定板連接，從而帶動螺栓拆裝模塊前后移動。

所述的一種盾構(gòu)機盤形滾刀換刀機械臂末端執(zhí)行器，其優(yōu)選方案為所述螺栓拆裝模塊固定板通過螺栓與軸向移動模塊的螺栓拆裝模塊驅(qū)動板連接。

所述的一種盾構(gòu)機盤形滾刀換刀機械臂末端執(zhí)行器，其優(yōu)選方案為所述手指上設(shè)有三個接觸面，分別為接觸面a、接觸面b和接觸面c。

手指上有三個接觸面，在抓取固定刀具與拆卸不同位置螺栓時，手指的不同接觸區(qū)與刀具接觸，手指直接固定在末端執(zhí)行器框架上，拆裝螺栓時的扭矩通過螺栓拆裝模塊傳遞給末端執(zhí)行器框架，然后再傳遞給手指，通過手指傳遞到刀盤上，避免機械臂承受大扭矩；螺栓拆裝模塊以擺線馬達為動力源，經(jīng)扭力倍增器后增加扭矩降低轉(zhuǎn)速，通過螺栓套筒進行螺栓的拆裝；軸向移動模塊是為了帶動螺栓拆裝模塊軸向移動，從而將螺栓拆卸出來，軸向移動速度應(yīng)與拆卸螺栓時擺線馬達轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的技術(shù)方案是針對于北方重工泥水平衡式盾構(gòu)機換刀機械臂而設(shè)計的一款換刀機械臂末端執(zhí)行器，可與換刀機械臂配套使用?，F(xiàn)在的普遍使用的常壓換刀與帶壓換刀技術(shù)各有特點，常壓換刀安全性高，對作業(yè)人員要求低，但對地質(zhì)要求較高。帶壓換刀地質(zhì)適應(yīng)性好，但對作業(yè)人員要求較高。機器人自動換刀技術(shù)可以采用帶壓換刀，機械臂對壓力情況不敏感，操作方便，可以大幅度提高施工效率，減少施工風險。對于傳統(tǒng)的刀箱結(jié)構(gòu)與刀具安裝方案，采用機械臂自動換刀技術(shù)會對末端執(zhí)行器提出很高的要求，在面對螺栓、壓緊塊、墊圈等小零部件時，難以保證部件不會脫落，而且泥水平衡式盾構(gòu)機要求在拆裝滾刀時，不允許有零部件脫落，以防損壞底部的破碎機，所以本發(fā)明應(yīng)該與滾刀新型安裝方案結(jié)合使用。手指上有三個接觸面，在抓取固定刀具與拆裝不同位置螺栓時，不同的接觸面與盤形滾刀刀箱接觸，增加拆裝時的可靠性。在拆裝中間螺栓或者抓取固定刀具時，手指的接觸面a與刀具安裝結(jié)構(gòu)接觸。在拆裝上下螺栓時，手指的接觸面b和接觸面c與刀具安裝結(jié)構(gòu)接觸。末端執(zhí)行器采用此結(jié)構(gòu)在拆裝螺栓時，扭矩通過螺栓拆裝模塊傳遞給執(zhí)行器框架，然后通過手指將扭矩傳遞給刀盤，從而避免了機械臂承受過大扭矩，保證了機械臂工作的可靠性。

所以本次機械臂末端執(zhí)行器是與新形滾刀安裝方案相適應(yīng)的，可以有效克服以上困難，對于推進盾構(gòu)機自動換刀技術(shù)有很大幫助。

附圖說明

圖1為一種盾構(gòu)機盤形滾刀換刀機械臂末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一種盾構(gòu)機盤形滾刀換刀機械臂末端執(zhí)行器剖視圖；

圖3為去除執(zhí)行器框架的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為末端執(zhí)行器主體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為螺栓拆裝固定模塊示意圖；

圖6為軸向移動模塊正面示意圖；

圖7為軸向移動模塊反面示意圖；

圖8為手指結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1為末端執(zhí)行器主體模塊，2為螺栓拆裝固定模塊，3為軸向移動模塊，4為快換安裝板，5為快換工具側(cè)，6為末端執(zhí)行器吊掛，7為末端執(zhí)行器框架，8為銷軸b，9為手指耳環(huán)a，10為銷軸a，11為手指，12為手指安裝板，13為手指驅(qū)動板，14為手指耳環(huán)b，15為液壓缸a，16為液壓缸耳環(huán)a，17為液壓缸銷軸a，18為擺線馬達，19為馬達安裝法蘭，20為螺栓拆裝模塊固定板，21為螺栓套筒，22為緊定螺釘，23為扭力倍增器安裝法蘭，24為扭力倍增器，25為連接器，26為液壓缸b，27為螺栓拆裝模塊驅(qū)動板，28為直線導(dǎo)軌滑塊，29為直線導(dǎo)軌，30為液壓缸耳環(huán)b，31為液壓缸銷軸b，32為固定板，33為接觸面a，34為接觸面b，35為接觸面c。

具體實施方式

如圖1-圖8所示一種盾構(gòu)機盤形滾刀換刀機械臂末端執(zhí)行器，包括末端執(zhí)行器主體模塊1、螺栓拆裝固定模塊2和軸向移動模塊3；

所述螺栓拆裝固定模塊2通過螺栓固定在軸向移動模塊3上，軸向移動模塊3通過螺栓連接在末端執(zhí)行器主體模塊1上，執(zhí)行器的整體可通過快換與機械臂連接使用。

所述末端執(zhí)行器主體模塊1包括快換安裝板4、快換工具側(cè)5、末端執(zhí)行器吊掛6、末端執(zhí)行器框架7、銷軸b8、手指耳環(huán)a9、銷軸a10、手指11、手指安裝板12、手指驅(qū)動板13、手指耳環(huán)b14、液壓缸a15、液壓缸耳環(huán)a16和液壓缸銷軸a17；

所述手指通過銷軸a10、銷軸b8分別與手指耳環(huán)a9、手指耳環(huán)b14連接；

所述手指耳環(huán)a9焊接在手指驅(qū)動板13上；

所述手指耳環(huán)b14焊接在手指安裝板12上；

所述手指安裝板12、液壓缸耳環(huán)a16、快換安裝板4焊接在末端執(zhí)行器框架7上；

所述快換工具側(cè)5通過螺栓連接在快換安裝板4上，末端執(zhí)行器吊掛6通過螺栓連接在末端執(zhí)行器框架7上；

所述手指驅(qū)動板13與液壓缸a15的一端通過螺帽連接，所述液壓缸a15的另一端通過銷液壓缸銷軸a17軸與液壓缸耳環(huán)a16連接。

所述螺栓拆裝固定模塊2包括擺線馬達18、馬達安裝法蘭19、螺栓拆裝模塊固定板20、螺栓套筒21、緊定螺釘22、扭力倍增器安裝法蘭23、扭力倍增器24、連接器25；

所述擺線馬達18通過馬達安裝法蘭19安裝在螺栓拆裝模塊固定板20上；

所述扭力倍增器23通過連接器25與液壓馬達的輸出軸連接，并由扭力倍增器安裝法蘭23固定于螺栓拆裝模塊固定板20上；

所述螺栓套筒21通過緊定螺釘固定在扭力倍增器24上。

所述軸向移動模塊3由液壓缸b26、螺栓拆裝模塊驅(qū)動板27、直線導(dǎo)軌滑塊28、直線導(dǎo)軌29、液壓缸耳環(huán)b30、液壓缸銷軸b31和固定板32；

所述液壓缸耳環(huán)b30焊接在執(zhí)行器框架上；

所述固定板32焊接在螺栓拆裝模塊驅(qū)動板27上；

所述液壓缸b26通過液壓缸銷軸b31連接在液壓缸耳環(huán)b30上，另一端與固定板32用螺帽連接；

所述直線導(dǎo)軌29通過螺栓固定在執(zhí)行器框架上；

所述直線導(dǎo)軌滑塊28設(shè)置在直線導(dǎo)軌29內(nèi)，并通過螺栓與螺栓拆裝模塊驅(qū)動板27連接；

所述螺栓拆裝模塊驅(qū)動板27通過螺栓與螺栓拆裝固定模塊2的螺栓拆裝模塊固定板20連接，從而帶動螺栓拆裝模塊2前后移動。

所述螺栓拆裝模塊固定板20通過螺栓與軸向移動模塊3的螺栓拆裝模塊驅(qū)動板27連接。

所述手指11上設(shè)有三個接觸面，分別為接觸面a33、接觸面b34和接觸面c35。