[0001] 本发明涉及一种用于微型盾构机的拼装管片机器人，在盾构掘进完成后，负责将预制好的管片安装到刚开挖隧道表面，形成衬砌。

[0002] 目前，在大直径盾构内，一般使用悬臂式或单臂式管片拼装机，管片拼装机在其臂上进行水平移动及旋转动作，螺旋输送机穿过管片拼装机中央，空间结构布局合理，无干涉。而对于微型盾构而言，较大直径的螺旋输送机在斜穿管片拼装机中央时，结构就会受到空间和布局的限制，甚至当其旋转或移动时与螺旋输送机发生干涉，无法满足微型盾构内狭小空间布局的要求。因此研制一种用于微型盾构机的拼装管片机器人是急需解决的新课题。

[0003] 本发明的目的是针对微型盾构机内空间布局要求的特殊性，提供一种用于微型盾构机的拼装管片机器人，可实现管片绕隧道轴线旋转、隧道断面方向的径向提升、沿隧道轴线平移、以及实现管片姿态调整的三个方向摆动、倾翻和回转六自由度动作。

[0004] 本发明的目的是这样实现的：一种用于微型盾构机的拼装管片机器人，由导向轮、支重轮、旋转环、提升导杆、提升油缸、管片提升销、驱动装置、平移油缸、水平导轨、抓取头、微调油缸、摆动油缸组成，导向轮和支重轮分别焊接在盾体内壁，也作为拼装管片机器人沿X轴旋转的支撑的轨道；驱动装置固定在盾体支架上，驱动装置中的小齿轮与旋转环中的大齿轮啮合；提升油缸的缸体部分与提升导杆连接，提升油缸的活塞杆端通过机构与水平导轨连接，提升导杆固定端固定在旋转环上；抓取头通过管片提升销与管片连接，并由4组微调油缸支撑在管片的四点将其固定；平移油缸的活塞杆与抓取头连接，抓取头安装在水平导轨上，摆动油缸一端固定在水平导轨上，一端连接到微调油缸上；其工作原理是，将隧道的轴线方向设为X轴，隧道径向水平方向为Y轴，隧道径向垂直方向为Z轴；导向轮和支重轮分别焊接在盾体内壁，也作为拼装管片机器人沿X轴旋转的支撑的轨道；驱动装置中的2组液压马达连接减速机驱动小齿轮带动大齿轮及与大齿轮连接的旋转环在轮组上绕X轴顺/逆时针旋转，从而带动与旋转环相连的整个机器人装置旋转，旋转角度可达±200°；4组微调油缸两两同时动作分别实现管片绕Y轴方向、绕X轴方向摆动，2组摆动油缸可实现管片绕Z轴方向摆动，摆动角度±2°，从而实现管片的姿态调整；通过2组提升油缸同步带动管片沿2组提升导杆实现Z轴方向运动，平移机构则利用固定在机架上的平移油缸推动抓取头沿水平导轨实现X轴方向运动；该装置采用液压驱动，恒压变量泵驱动液压马达实现机器人绕X轴的旋转动作，通过比例换向阀实现无级调速，利用液压制动器实现制动控制；机器人沿Z轴的提升动作和沿X轴的平移动作都靠比例换向阀控制提升油缸和平移油缸实现无级调速；微调油缸和摆动油缸通过三位四通阀和平衡阀实现管片的摆动、倾翻、俯仰等姿态调整。

[0005] 本发明的要点在于它的结构及工作原理。其工作原理是，将隧道的轴线方向设为X轴，隧道径向水平方向为Y轴，隧道径向垂直方向为Z轴；导向轮和支重轮分别焊接在盾体内壁，也作为拼装管片机器人沿X轴旋转的支撑的轨道；驱动装置中的2组液压马达连接减速机驱动小齿轮带动大齿轮及与大齿轮连接的旋转环在轮组上绕X轴顺/逆时针旋转，从而带动与旋转环相连的整个机器人装置旋转，旋转角度可达±200°；4组微调油缸两两同时动作分别实现管片绕Y轴方向、绕X轴方向摆动，2组摆动油缸可实现管片绕Z轴方向摆动，摆动角度±2°，从而实现管片的姿态调整；通过2组提升油缸同步带动管片沿2组提升导杆实现Z轴方向运动，平移机构则利用固定在机架上的平移油缸推动抓取头沿水平导轨实现X轴方向运动；该装置采用液压驱动，恒压变量泵驱动液压马达实现机器人绕X轴的旋转动作，通过比例换向阀实现无级调速，利用液压制动器实现制动控制；机器人沿Z轴的提升动作和沿X轴的平移动作都靠比例换向阀控制提升油缸和平移油缸实现无级调速；微调油缸和摆动油缸通过三位四通阀和平衡阀实现管片的摆动、倾翻、俯仰等姿态调整。

[0006] 一种用于微型盾构机的拼装管片机器人与现有技术相比，具有构思新颖科学、结构精巧紧凑，节约能源、不但结构上保证了空间布局的特殊要求、给螺旋输送机等相关部件提供了足够的安装空间、而且满足了管片拼装的各种动作和各向定位的精准要求等优点，将广泛地应用于盾构机行业中。附图说明

[0007] 下面结合附图及实例对本发明进行详细说明。

[0008] 图1是本发明的结构示意图。

[0009] 图2是图1的俯视图。

[0010] 参照附图，一种用于微型盾构机的拼装管片机器人，由导向轮1、支重轮2、旋转环3、提升导杆4、提升油缸5、管片提升销6、驱动装置7、平移油缸8、水平导轨9、抓取头10、微调油缸11、摆动油缸12组成，导向轮1和支重轮2分别焊接在盾体内壁，也作为拼装管片机器人沿X轴旋转的支撑的轨道；驱动装置7固定在盾体支架上，驱动装置7中的小齿轮与旋转环3中的大齿轮啮合；提升油缸5的缸体部分与提升导杆4连接，提升油缸5的活塞杆端通过机构与水平导轨9连接，提升导杆4固定端固定在旋转环3上；抓取头10通过管片提升销6与管片连接，并由4组微调油缸11支撑在管片的四点将其固定；平移油缸8的活塞杆与抓取头10连接，抓取头10安装在水平导轨9上，摆动油缸12一端固定在水平导轨
9上，一端连接到微调油缸11上。其工作原理是，将隧道的轴线方向设为X轴，隧道径向水平方向为Y轴，隧道径向垂直方向为Z轴；导向轮1和支重轮2分别焊接在盾体内壁，也作为拼装管片机器人沿X轴旋转的支撑的轨道；驱动装置7中的2组液压马达连接减速机驱动小齿轮带动大齿轮及与大齿轮连接的旋转环3在轮组上绕X轴顺/逆时针旋转，从而带动与旋转环3相连的整个机器人装置旋转，旋转角度可达±200°；4组微调油缸11两两同时动作分别实现管片绕Y轴方向、绕X轴方向摆动，2组摆动油缸12可实现管片绕Z轴方向摆动，摆动角度±2°，从而实现管片的姿态调整；通过2组提升油缸5同步带动管片沿2组提升导杆4实现Z轴方向运动，平移机构则利用固定在机架上的平移油缸8推动抓取头10沿水平导轨9实现X轴方向运动；该装置采用液压驱动，恒压变量泵驱动液压马达实现机器人绕X轴的旋转动作，通过比例换向阀实现无级调速，利用液压制动器实现制动控制；机器人沿Z轴的提升动作和沿X轴的平移动作都靠比例换向阀控制提升油缸5和平移油缸8实现无级调速；微调油缸11和摆动油缸12通过三位四通阀和平衡阀实现管片的摆动、倾翻、俯仰等姿态调整。在Φ3240mm土压平衡盾构机上安装了拼装管片机器人，其完美的实现了管片安装的精准定位及拼装质量。拼装管片机器人中央空间大，为螺旋输送机斜穿中央提供了足够的空间。