(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210810502.5 (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610000 四川省成 都市二环路北一段 111号 (72)发明人 高朋飞　支锦亦　李洁心　杨林　 (74)专利代理 机构 成都华辰智合知识产权代理 有限公司 513 02 专利代理师 秦华云 (51)Int.Cl. E21B 7/02(2006.01) E21B 15/00(2006.01) E21D 20/00(2006.01) G01V 9/00(2006.01) F16M 11/10(2006.01)F16M 11/04(2006.01) F16M 11/18(2006.01) F16M 13/02(2006.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人 及施工方法 (57)摘要 本发明公开了一种隧道内固定位内螺纹铆 柱施工机器人及施工方法， 包括钢筋探测装置、 钻孔装置、 灌锚装置和两个主体端座， 两个主体 端座之间连接有中心主轴， 主体端座上分布安装 有三个带有行走轮、 行走电机的隧道支臂件， 钢 筋探测装置、 钻孔装置、 灌锚装置依次转动安装 于中心主轴上， 中心主轴上设有驱动装置A、 驱动 装置B、 驱动装置C； 钢筋探测装置端部具有钢筋 探测头和扫描摄像机， 钻孔装置端部具有钻孔 机， 灌锚装置端部具有灌锚机。 本发明通过行走 电机在隧道内部直线行走， 通过钢筋探测装置实 现隧道内壁摄像扫描及钢筋金属探测； 能够实现 隧道内壁固定位的机械化、 标准化、 流水线化的 钢筋探测、 钻孔、 灌锚作业， 提高了施工质量及施 工效率。 权利要求书3页 说明书7页 附图6页 CN 115059392 A 2022.09.16 CN 115059392 A 1.一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人， 其特征在于： 包括钢筋探测装置(4)、 钻 孔装置(6)、 灌锚装置(8)和两个主体端座(1)， 两个主体端座(1)之间连接有 中心主轴(3)， 所述主体端座(1)上分布安装有三个隧道支臂件(2)， 所述隧道支臂件(2)端部安装有行走 轮(241)和驱动行走轮(241)转动的行走电机； 所述钢筋探测装置(4)、 钻孔装置(6)、 灌锚装 置(8)依次转动安装于中心主轴(3)上， 中心主轴(3)上设有用于驱动钢筋探测装置(4)转动 的驱动装置A， 中心主轴(3)上设有用于驱动钻孔装置(6)转动的驱动装置B， 中心主轴(3)上 设有用于驱动灌锚装置(8)转动的驱动装置C； 所述钢筋探测装置(4)端部具有钢筋探测 头 (45)和扫描摄像机(46)， 所述钻孔装置(6)端部具有钻孔机(65)， 所述灌锚装置(8)端部具 有灌锚机(85)。 2.按照权利要求1所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人， 其特征在于： 还包 括施工控制系统， 所述施工控制系统包括隧道扫描控制模块、 隧道三维模型重建模块和内 螺纹铆柱施工控制模块， 隧道扫描控制模块与行走电机、 驱动装置A、 钢筋探测装置(4)连接 并实现隧道内壁数据扫描及钢筋金属位置探测得到隧道内壁数据， 隧道内壁数据包含钢筋 金属位置数据， 所述隧道三 维模型重建模块根据隧道内壁数据构建出位于隧道三 维坐标系 中的隧道三维模型； 所述内螺纹铆柱施工控制模块分别与行走电机、 驱动装置B、 钻孔装置 (6)、 驱动装置 C、 灌锚装置(8)连接 。 3.按照权利要求2所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人， 其特征在于： 所述 中心主轴(3)上依次间隔安装有相互平行的轴承A(31)、 轴承B(32)和轴承C(33)， 轴承A(31) 上固定安装有驱动齿轮A(42)， 所述驱动装置A为驱动电机A(5)， 驱动电机A(5)固定于中心 主轴(3)上， 驱动电机A(5)具有与驱动齿轮A(42)第一半部啮合的动力齿轮A， 所述钢筋探测 装置(4)包括伸缩动力机构A、 齿轮转盘A(41)、 钢筋探测头(45)， 齿轮转盘A(41)固定于伸缩 动力机构A底部， 钢筋探测头(45)设于伸缩动力机构A顶部， 齿轮转盘A(4 1)套装设于驱动齿 轮A(42)外 部， 齿轮转盘A(41)内部设有与驱动齿轮A(42)第二半部啮合的内齿轮A(41 1)。 4.按照权利要求3所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人， 其特征在于： 所述 钢筋探测装置(4)的伸缩动力机构A为液压伸缩装置， 所述伸缩动力机构A包括液压气缸A (43)和伸缩配合安装于液压气缸A(43)中的伸缩 杆A(44)， 所述钢筋探测头(45)固定于伸缩 杆A(44)端部， 所述钢筋探测头(45)端面转动安装有若干个滚轮(451)， 所述扫描摄像机 (46)固定于钢筋探测头(45)侧部， 所述钢筋探测装置(4)的液压气缸A(43)、 钢筋探测头 (45)、 扫描摄像机(46)分别与隧道扫描控制模块连接； 所述中心主轴(3)上靠近轴承A(31) 设有电机台阶A， 所述 驱动电机A(5)配合安装于电机台阶A上， 所述齿轮转盘A(41)上开有限 位凹槽A， 所述液压气缸A(43)底部配合固定安装于限位凹槽A中。 5.按照权利要求3所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人， 其特征在于： 所述 轴承B(32)上固定安装有驱动齿轮B(62)， 所述 驱动装置B为 驱动电机B(7)， 驱动电机B(7)固 定于中心主轴(3)上， 驱动电机B(7)具有与驱动齿轮B(62)第一半部啮合的动力齿轮B， 所述 钻孔装置(6)包括伸缩动力机构B、 齿轮转盘B(61)、 钻孔机(65)， 齿轮转盘B(61)固定于伸缩 动力机构B底部， 钻孔机(65)设于伸缩动力机构B顶部， 齿轮转盘B(61)套装设于驱动齿轮B (62)外部， 齿轮转盘B(61)内部设有与驱动齿轮B(62)第二半部啮合的内齿轮B(61 1)。 6.按照权利要求5所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人， 其特征在于： 所述 钻孔装置(6)的伸缩动力机构B为液压伸缩装置， 所述伸缩动力机构B包括液压气缸B(63)和权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115059392 A 2伸缩配合安装于液压气缸B(63)中的伸缩杆B(64)， 所述钻孔机(65)固定于伸缩杆B(64)端 部， 所述钻孔装置(6)的液压气缸B(63)、 钻孔机(65)分别与内螺纹铆柱施工控制模块连接； 所述中心主轴(3)上靠近轴承B(32)设有电机台阶B， 所述驱动电机B(7)配合安装于电机台 阶B上， 所述齿轮转盘B(61)上开有限位凹槽B， 所述液压气缸B(63)底部配合固定安装于限 位凹槽B中。 7.按照权利要求3所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人， 其特征在于： 所述 轴承C(33)上固定安装有驱动齿轮C(82)， 所述 驱动装置C为 驱动电机C(9)， 驱动电机C(9)固 定于中心主轴(3)上， 驱动电机C(9)具有与驱动齿轮C(82)第一半部啮合的动力齿轮C， 所述 灌锚装置(8)包括伸缩动力机构C、 齿轮转盘C(81)、 灌锚机(85)， 齿轮转盘C(81)固定于伸缩 动力机构C底部， 灌锚机(85)设于伸缩动力机构C顶部， 齿轮转盘C(81)套装设于驱动齿轮C (82)外部， 齿轮转盘C(81)内部设有与驱动齿轮C(82)第二半部啮合的内齿轮C(81 1)。 8.按照权利要求7所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人， 其特征在于： 所述 灌锚装置(8)的伸缩动力机构C为液压伸缩装置， 所述伸缩动力机构C包括液压气缸C(83)和 伸缩配合安装于液压气缸C(83)中的伸缩杆C(84)， 所述灌锚机(85)固定于伸缩杆C(84)端 部， 所述灌锚装置(8)的液压气缸C(83)、 灌锚机(8 5)分别与内螺纹铆柱施工控制模块连接； 所述中心主轴(3)上靠近轴承C(33)设有电机台阶C， 所述驱动电机C(9)配合安装于电机台 阶C上， 所述齿轮转盘C(81)上开有限位凹槽C， 所述液压气缸C(83)底部配合固定安装于限 位凹槽C中。 9.按照权利要求1或2所述的一种隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人， 其特征在于： 所述隧道支臂件(2)依次包括第一支臂(21)、 第二支臂(22)、 第三支臂(23)和行走滑轮座 (24)， 第一支臂(21)第一端通过可旋转锁止关节A(210)连接于主体端座(1)的支臂安装凹 槽(10)中， 第二支臂(22)第一端与第一支臂(21)第二端通过可旋转锁止关节B(211)连接， 第三支臂(23)第一端与第二支臂(22)第二端通过可旋转锁止 关节C(221)连接， 所述行走滑 轮座(24)通过可旋转锁止关节D(231)连接于第三支臂(23)第二端， 所述行走电机、 行走轮 (241)安装于行 走滑轮座(24)上。 10.一种利用隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人的施工方法， 其特征在于： 其方法如 下： A、 将权利要求1～9任一项所述的隧道内固定位内螺纹铆柱施工机器人悬空布设于隧 道(11)内侧并设定为初始位置， 三个隧道支臂件(2)的行走轮(241)均与隧道(11)内侧运动 接触； B、 隧道内壁扫描及钢筋金属同步探测： 施工控制系统 的隧道扫描控制模块控制行走电 机工作并驱动行走轮(241)行走距离L1， 距离L1为扫描摄像机(46)、 钢筋探测头(45)相互重 叠探测横向距离， 隧道扫描控制模块通过驱动装置A驱动