【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及tbm工程机械技术，具体涉及一种硬岩tbm全周向多关节高效锚固钻机及锚固方法。
技术介绍
1、敞开式硬岩隧道掘进机(tbm)是目前应用最广泛的tbm机型，其主要适用于围岩状况完整良好、稳定性强的隧道(洞)。在隧道(洞)开挖过程中，难免会遭遇局部不良地质，此时利用tbm机载配套辅助支护设备，如锚杆钻机、喷混装置、超前钻机、钢拱架安装机等进行初期支护，可助力tbm安全通过不良地质带。锚杆支护是tbm隧道(洞)最常用的支护手段之一，当围岩条件较差时，一般采用系统锚杆，部分自稳性较好洞段可施作局部锚杆或随机锚杆。锚杆支护的原理是通过锚杆连接破碎岩体，结合各种固定构件或喷射混凝土等方式进一步增强围岩稳定性，使围岩承受载荷能力变强。敞开式tbm一般在l1区和(或)l2区配备两台主梁式锚杆钻机，其作业范围可达到拱部270°。
2、然而，传统的tbm主梁式锚杆钻机存在两个主要的不足之处：(1)锚杆钻机无法垂直洞壁打设钻杆，导致锚杆无法垂直洞壁施作，极大地削弱了锚杆的锚固效果；(2)锚杆钻机无法自动地拾取、续接、拆卸钻杆，增加了现场施工人员的劳动强度和施工风险，降低了锚杆施作作业效率。
3、为了克服传统的tbm主梁式锚杆钻机存在的诸多不足，本专利技术提出一种硬岩tbm全周向多关节高效锚固钻机及锚固方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种硬岩tbm全周向多关节高效锚固钻机及锚固方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本
3、第一方面，本专利技术提供一种硬岩tbm全周向多关节高效锚固钻机，包括：
4、多关节机械臂、钻杆仓模块和锚固钻机装置；
5、所述多关节机械臂为多轴工业机械臂，布置于tbm的水平主梁的导轨上；
6、所述钻杆仓模块包括钻杆和钻杆仓，连接于多关节机械臂近导轨的一端；
7、所述锚固钻机装置包括凿岩机、滑块、钻机导轨、导向机构、夹爪机构和摄像头；所述凿岩机固定于滑块上，滑块与钻机导轨滑动连接；所述夹爪机构通过夹持结构夹持钻杆，导向机构用于将钻杆导向凿岩机实现钻杆安装；所述摄像头用于定位钻杆定位；
8、所述多关节机械臂远离主梁的一端连接到钻机导轨，
9、所述多关节机械臂和锚固钻机装置均由控制系统控制。
10、作为一种可能的实施例，所述多关节机械臂为六轴工业机械臂，其能沿着主梁导轨运动且运动范围不小于tbm一个掘进循环的开挖距离。
11、作为一种可能的实施例，当tbm向前以掘进速度v掘进时，多关节机械臂相对于主梁以速率v沿着相反方向运动。
12、作为一种可能的实施例，所述钻杆仓模块包括钻杆仓、带钻头首杆和若干带接头接杆，钻杆与凿岩机连接的一端朝上；带接头接杆的数目取决于锚杆或锚索的最大长度及单根钻杆的长度。
13、作为一种可能的实施例，所述锚固钻机装置包括凿岩机、滑块、钻机导轨、导向机构、夹爪机构和摄像头；
14、所述凿岩机为带有纤杆的凿岩机；所述钎杆可产生冲击与回转动作，用于与钻杆相连；
15、所述导向机构包括导轨端盖和导向框；导轨端盖设置于钻机导轨的一端，其延展面上连接有导向框；导向框上开有限位孔；
16、所述夹爪机构包括夹爪、夹爪驱动杆和夹爪驱动电机；所述夹爪驱动电机驱动夹爪驱动杆进而带动夹爪张开或闭合；所述夹爪设置于导向框上，夹爪驱动电机置于导轨端盖中；
17、所述摄像头设置于导轨端盖上。
18、进一步，所述钎杆、导向机构的限位孔以及闭合状态的夹爪形成的孔同轴。
19、进一步，所述滑块可以沿着钻机导轨运动，且运动范围不小于钻杆长度。
20、第二方面，本专利技术提供第一方面所述的硬岩tbm全周向多关节高效锚固钻机进行锚固的方法，包括以下步骤：
21、步骤1：多关机机械臂驱动锚固钻机装置靠近钻杆仓模块上方；
22、步骤2：夹爪机构夹持第一根钻杆，锚固钻机装置运动到洞壁的位置；
23、步骤3：将第一根钻杆钻入到洞壁中，露出洞壁一小段长度；凿岩机释放第一根杆，并沿钻机导轨退回初始位置；
24、步骤4：多关节机械臂运动至钻杆仓，通过夹爪机构夹持第一根接杆，锚固钻机装置运动到洞壁的第一根钻杆的位置；
25、步骤5：夹爪结构夹紧首杆露出洞壁部分，凿岩机将首杆和第一根接杆续接；
26、步骤6：凿岩机带动续接的首杆和第一根接杆钻出洞壁，直至第一根接杆露出洞壁一小段长度；凿岩机释放第一根接杆，并沿钻机导轨退回初始位置；
27、步骤7：重复步骤1～6直至所有钻杆打入洞壁；
28、步骤8：凿岩机反转同时沿着钻机导轨后退，逐一拔出每一根接杆，在摄像头的定位下，配合夹爪结构对续接的钻杆进行分离并装入钻杆仓中；
29、步骤9：凿岩机在多关节机械臂的带动下，运动至首杆的位置附近，通过摄像头的识别，将信息反馈给控制系统，多关节机械臂微调位姿，使得锚固钻机处于首杆正上方附近；
30、步骤10：夹爪机构夹紧露出洞壁的首杆末端，凿岩机通过回转动作使其与露出洞壁的钻杆连接在一起，夹爪机构张开；
31、步骤11：重复步骤8～10，使得打入洞壁的所有钻杆被拔出并放回到钻杆仓；
32、步骤12：重复步骤1～11，使得全周向多关节高效锚固钻机在洞壁周向范围打设指定深度的钻孔。
33、作为一种可能的实施例，凿岩机通过钎杆与钻杆接触，钎杆产生回转动作使其与钻杆连接；反向旋转以实现钎杆与钻杆的分离。
34、本专利技术的有益效果如下：
35、本专利技术提供的硬岩tbm全周向多关节高效锚固钻机，增加了锚固钻机的运动自由度，实现了锚固钻机全周向垂直洞壁打设钻杆，提升了锚杆的锚固效果；可自动拾取、打设、续接、拆卸钻杆，可实现硬岩tbm边掘进边打设钻杆，极大地提升了锚固作业效率和降低了现场施工人员劳动强度、施工风险。
36、本专利技术还提供了对应的锚固方法，便于大规模推广应用。
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1.一种硬岩TBM全周向多关节高效锚固钻机，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硬岩TBM全周向多关节高效锚固钻机，其特征在于，所述多关节机械臂为六轴工业机械臂，其能沿着主梁导轨运动且运动范围不小于TBM一个掘进循环的开挖距离。
3.根据权利要求1所述的硬岩TBM全周向多关节高效锚固钻机，其特征在于，当TBM向前以掘进速度v掘进时，多关节机械臂相对于主梁以速率v沿着相反方向运动。
4.根据权利要求1所述的硬岩TBM全周向多关节高效锚固钻机，其特征在于，所述钻杆仓模块包括钻杆仓、带钻头首杆和若干带接头接杆，钻杆与凿岩机连接的一端朝上；带接头接杆的数目取决于锚杆或锚索的最大长度及单根钻杆的长度。
5.根据权利要求1所述的硬岩TBM全周向多关节高效锚固钻机，其特征在于，所述锚固钻机装置包括凿岩机、滑块、钻机导轨、导向机构、夹爪机构和摄像头；
6.根据权利要求5所述的硬岩TBM全周向多关节高效锚固钻机，其特征在于，所述钎杆、导向机构的限位孔以及闭合状态的夹爪形成的孔同轴。
7.根据权利要求5所述的硬岩TBM全
8.一种利用如权利要求1至7中任一项所述的硬岩TBM全周向多关节高效锚固钻机进行锚固的方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据如权利要求8所述的锚固的方法，其特征在于，凿岩机通过钎杆与钻杆接触，钎杆产生回转动作使其与钻杆连接；反向旋转以实现钎杆与钻杆的分离。
...【技术特征摘要】
1.一种硬岩tbm全周向多关节高效锚固钻机，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硬岩tbm全周向多关节高效锚固钻机，其特征在于，所述多关节机械臂为六轴工业机械臂，其能沿着主梁导轨运动且运动范围不小于tbm一个掘进循环的开挖距离。
3.根据权利要求1所述的硬岩tbm全周向多关节高效锚固钻机，其特征在于，当tbm向前以掘进速度v掘进时，多关节机械臂相对于主梁以速率v沿着相反方向运动。
4.根据权利要求1所述的硬岩tbm全周向多关节高效锚固钻机，其特征在于，所述钻杆仓模块包括钻杆仓、带钻头首杆和若干带接头接杆，钻杆与凿岩机连接的一端朝上；带接头接杆的数目取决于锚杆或锚索的最大长度及单根钻杆的长度。
5.根据权利要求1所述的硬岩t...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘泉声，余宏淦，潘玉丛，伯音，陈梓韬，杜承磊，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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