一种盾构机组装用的机器人机械臂辅助安装装置

本发明涉及盾构机，尤其涉及一种盾构机组装用的机器人机械臂辅助安装装置。

背景技术：

1、盾构机是一种用于隧道开挖的大型复杂工程装备，其组装工作通常在主井口内或专用组装区域进行，盾构机的核心部件包括刀盘和主机体，刀盘用于切削岩土，主机体则包含驱动、推进等核心系统，在盾构机出厂运输时，由于尺寸和重量限制，刀盘和主机体往往是分体运输，到达施工现场后再进行组装对接；

2、传统的盾构机组装方式，尤其是刀盘与主机体的对接安装，主要依靠大型起重设备（如门式起重机、汽车起重机）进行吊装定位，具体操作中，通常将主机体预先放置在固定支撑架上，再通过起重机将刀盘缓慢吊运至主机体前方，依靠人工观测和指挥，辅助进行微调和对接，多个螺栓孔需要精确对位，最后通过人工或半自动方式拧紧连接螺栓；

3、然而，这种传统组装方法存在以下问题：

4、1、采用起重机吊装刀盘的方式，起重机吊装属于柔性悬挂，刀盘在接近主机体时容易发生晃动、偏转，难以稳定、精确地调整其姿态和位置，导致对接困难，螺栓孔对齐耗时较长，严重影响组装效率；

5、2、由于刀盘自重极大（通常数十至数百吨），依靠起重机吊装并在高空、近距离下进行人工引导和调整，存在脱落、碰撞、挤压等重大安全风险，对作业人员的人身安全构成威胁；

6、针对上述问题，本发明文件提出了一种盾构机组装用的机器人机械臂辅助安装装置。

技术实现思路

1、本发明提供了一种盾构机组装用的机器人机械臂辅助安装装置，解决了采用起重机吊装刀盘时，存在易导致刀盘晃动偏转、对接困难，以及在利用人工引导安装刀盘时存在安全风险的问题。

2、本发明提供了如下技术方案：

3、一种盾构机组装用的机器人机械臂辅助安装装置，包括设置在主井口内的底架，所述底架的顶部设置有移动部件，底架的顶部一侧固定安装有固定架，固定架的顶部和移动部件上均安装有弧形托杆，位于固定架上的弧形托杆与固定架固定连接，两个弧形托杆分别用于对刀盘和主机体进行承托，该辅助安装装置还包括：

4、对称安装在弧形托杆的两个机械臂，位于同一个弧形托杆上的两个机械臂用于对刀盘或主机体进行夹持定位，以能够在将刀盘安装在主机体上时，能够使刀盘和主机体准确的对接；

5、安装在底架顶部的液压传动部件，液压传动部件分别与移动部件以及固定架的两侧相连接，以能够驱动移动部件进行移动，使刀盘向主机体靠近，从而能够使刀盘和主机体进行对接。

6、在一种可能的设计中，所述移动部件包括对称固定安装在底架顶部的两个滑轨，滑轨上滑动连接有滑板，滑板的顶部安装有调节组件，两个调节组件的顶部连接有同一个弧形托架，用于对刀盘进行承托的弧形托杆的底部设置在弧形托架内，弧形托架的两侧内壁上均开设有滑槽，滑槽内滑动连接有弧形条，两个弧形条分别固定安装在对应的弧形托杆的两侧，以能够实现对弧形托杆进行滑动支撑。

7、在一种可能的设计中，所述调节组件包括固定安装在滑板顶部的支撑箱，支撑箱的底部内壁上固定安装有第一电动推杆，第一电动推杆输出轴上固定安装有连接板，连接板与支撑箱的内壁滑动连接，连接板上转动连接有安装板，安装板的顶部延伸至支撑箱的上方并固定安装在弧形托架的底部。

8、在一种可能的设计中，所述弧形托架的底部固定安装有安装箱，弧形托架的底部内壁上开设有与安装箱相连通的穿孔，安装箱的一侧固定安装有驱动电机，驱动电机的输出轴延伸至安装箱内并固定安装有齿轮，位于弧形托架内的弧形托杆的底部固定安装有弧形齿条，齿轮的顶部延伸至弧形托架内并与弧形齿条相啮合。

9、在一种可能的设计中，所述机械臂包括转动连接在弧形托杆上的机械夹臂，机械夹臂用于对刀盘或主机体进行包夹定位，机械夹臂上对称固定安装有两个支撑板，两个支撑板上贯穿固定安装有同一个连接轴，连接轴上对称转动套设有两个第二对接板，还包括两个第一对接板，两个第一对接板分别转动连接在弧形托杆的两侧，第一对接板的顶部固定安装有传动箱，传动箱内紧密滑动连接有传动板，传动板的顶部延伸至传动箱的上方并与第二对接板的底部固定连接，传动箱的一侧固定安装有第一油缸，第一油缸内设置有液压油，第一油缸的顶部固定安装有第二电动推杆，第二电动推杆的输出轴延伸至第一油缸内并固定安装有推板，推板与第一油缸的内壁紧密滑动连接，第一油缸的底部内壁上固定安装有输送管，输送管的底端延伸至传动箱内并与传动箱的一侧底部内壁固定连接。

10、在一种可能的设计中，所述机械夹臂的一侧固定安装有软质压囊，软质压囊用于对刀盘或主机体进行包夹定位，软质压囊内填充有缓冲液，机械夹臂上等间距贯穿固定安装有多个支撑管，支撑管的一端延伸至软质压囊内并与软质压囊的一侧内壁固定连接，支撑管内紧密滑动连接有压杆，支撑管的另一端固定安装有装配箱，装配箱的一侧内壁上固定安装有压力传感器，压杆的一端延伸至对应的装配箱内并用于对压力传感器施加压力，机械夹臂上还分别设置了控制器和蓝牙模块，多个压力传感器和两个第二电动推杆通过设置的控制器和蓝牙模块与外部手持控制显示屏相连接。

11、在一种可能的设计中，所述第一对接板的顶部对称固定安装有两个限位管，限位管内滑动连接有限位杆，限位杆的顶端延伸至限位管的上方并与第二对接板的底部固定连接，在限位管和限位杆上套设有同一个拉伸弹簧，拉伸弹簧的顶端和底端分别通过设置在拉伸弹簧顶端处的拉钩和底端处的拉钩分别与第二对接板的底部和第一对接板的顶部固定连接。

12、在一种可能的设计中，所述液压传动部件包括固定安装在底架顶部另一侧的油箱，还包括分别安装在两个支撑箱相互远离一侧的两个液压组件，油箱内和液压组件内均设置有与位于第一油缸内相同的液压油，液压组件的一侧与固定架的一侧相连接，液压组件上分别连接有第一软管和第二软管，两个第一软管的一端均延伸至油箱内并均与油箱的一侧内壁固定连接，两个第二软管的一端均延伸至油箱内并与油箱的另一侧内壁固定连接，油箱的一侧安装有驱动组件，驱动组件的一侧延伸至油箱内并与油箱内壁紧密配合。

13、在一种可能的设计中，所述液压组件包括固定安装在支撑箱一侧的第二油缸，第二油缸内紧密滑动连接有活塞板，活塞板的一侧固定安装有传动杆，传动杆的一端延伸至第二油缸的外侧并与固定架的一侧固定连接，传动杆与第二油缸的一侧内壁紧密滑动连接，在第二油缸的另一侧内壁上分别固定安装有第一输油管和第二输油管，第一输油管的一端延伸至第二油缸的外侧并与第一软管的另一端固定连接，第二输油管的一端延伸至第二油缸的外侧并与第二软管的另一端固定连接。

14、在一种可能的设计中，所述驱动组件包括对称固定安装在油箱一侧的两个第三电动推杆，两个第三电动推杆的输出轴均延伸至油箱内并固定安装有同一个驱动板，驱动板的两侧均设置有密封圈，两个密封圈均与油箱的内壁紧密滑动连接，两个第三电动推杆均通过控制器与外部手持显示屏无线电信号连接。

15、本发明中，在需要将刀盘装配在主机体上时，首先将底架安放在主井口内，接着将主机体通过起重机吊装至主井口内，并且主机体在底架移动过程中由预先设置的临时支撑架完全承载，底架移动到位后，即可利用对应的弧形托杆与主机体的底部保持接触，然后将刀盘通过起重机吊装至移动部件上弧形托架内的弧形托杆上，吊装到位后，操作外部手持控制显示屏启动四个机械臂上的两个第二电动推杆，使推板沿第一油缸内壁向下移动，将液压油经输送管压入传动箱内，液压油推动传动板向上顶出，此时经过两个支撑板的传动，能够驱动机械夹臂向上翻转，在机械夹臂向上翻转时，能够使安装在机械夹臂上的软质压囊贴紧刀盘或主机体完成对刀盘或主机体的包夹定位，在夹持过程中，软质压囊会受到压力，软质压囊内部的缓冲液会分散流入多个支撑管内，此时在缓冲液的压力推动下，能够使推动压杆向装配箱内移动并压制压力传感器，使压力传感器感受到压力，即可利用压力传感器对压力值进行检测并生成相应的压力信息，之后压力信息经处理器处理为数字信号后通过蓝牙模块传输至外部手持控制显示屏实时显示夹持力度，操作人员据此调节至合适夹持力，在对刀盘以及主机体包夹定位后，即可通过启动两个第一电动推杆，带动连接板在支撑箱内纵向移动，配合安装板的转动对弧形托架的高度进行微调，使刀盘的轴线与主机体的轴线重合，接着启动驱动电机带动齿轮转动，此时在齿轮与弧形齿条的啮合传动作用下，能够驱动弧形托杆在弧形托架内做弧形运动，带动刀盘旋转，使刀盘上的连接孔位与主机体上的连接孔位精确对齐，对齐完成后，操作外部手持控制显示屏同时启动两个第三电动推杆，使二者的输出轴进行收缩，即可带动驱动板在油箱内进行移动，此时保持驱动板向靠近第三电动推杆的一侧进行移动，将油箱内的液压油经第二软管和第二输油管注入两个第二油缸内，液压油能够带动第二油缸沿传动杆向固定架一侧移动，使支撑箱带动刀盘向主机体靠近，实现刀盘与主机体的合拼对接，对接完成后，启动第二电动推杆带动推板反向移动，液压油失去压力，此前受力蓄能的两个拉伸弹簧通过限位管和限位杆的导向对第二对接板施加拉力，驱动机械夹臂向下翻转复位，解除对刀盘的夹持，最后反向启动两个第三电动推杆使其输出轴伸出，推动驱动板反向移动，将第二油缸内的液压油经第一输油管和第一软管压回油箱内，第二油缸反向移动带动弧形托架向远离固定架的一侧退出，完成整个安装过程，最后在安装完成后，可借助工具底架进行移动，使主机体与对应的弧形托杆分离，最后将整体装置通过起重机吊出主井口。

16、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

17、有益效果：

18、1、通过机械夹臂上软质压囊配合压力传感器及蓝牙模块实现夹持力度的实时检测与显示，操作人员可通过外部手持控制显示屏直观掌握夹持状态并精确调控，避免了传统吊装方式中因夹持力不可控导致的刀盘表面损伤或夹持不牢问题，同时软质压囊内缓冲液的液压传导方式使压力检测响应灵敏、结构简洁；

19、2、通过第一电动推杆带动连接板纵向移动、配合安装板转动实现弧形托架的高度微调，使刀盘与主机体的轴线精确重合，同时通过驱动电机带动齿轮与弧形齿条啮合传动实现刀盘的弧形旋转调节，使连接孔位精确对齐，两者配合替代了传统起重机吊装中依赖人工扶正、反复调整的粗放操作，大幅提升了对接精度和安装效率；

20、3、机械臂夹持与解除过程利用液压油驱动与拉伸弹簧蓄能复位相结合的方式实现：夹持时由第二电动推杆驱动液压油顶出传动板完成机械夹臂上翻，解除时液压油卸压、拉伸弹簧自动驱动机械夹臂下翻复位，无需额外动力源即可完成机械臂的自动回收，简化了操作流程，缩短了安装周期；

21、4、液压传动部件通过油箱、第二油缸、第一软管及第二软管构成统一的液压回路，由两个第三电动推杆同步驱动驱动板即可同时完成刀盘向主机体的轴向推进和弧形托架的复位退出，将定位调节与合拼推进整合为一套系统操作，避免了传统方式中定位与推进分步进行、工序繁琐的问题，实现了从精确定位到合拼安装的一体化作业。

22、本发明通过机械臂配合软质压囊实现刀盘稳定包夹定位，替代起重机柔性吊装，消除晃动问题，压力传感器实时反馈夹持力度，避免部件损伤，高度微调与弧形旋转调节使孔位精确对齐，大幅提升组装效率，全程机械化操作替代人工高空引导，有效消除安全隐患。