一种无砟轨道道床混凝土施工整平机器人

技术领域

本发明涉及到混凝土施工技术领域，具体涉及到一种无砟轨道道床混凝土施工整平机器人。

背景技术

在混凝土浇筑施工领域，需要对混凝土进行整平，确保道床和基底表面坡度达到设计排水要求，混凝土表面光洁平整，外观质量良好。

现有的道床混凝土整平作业，主要通过作业人员手持抹刀对道床表面进行反复压抹，对作业人员技术水平要求较高，无法实现自动作业，施工效率低下，曲线地段道床和基底坡度不标准，且道床表面质量不可控。

为此我们提出了一种无砟轨道道床混凝土施工整平机器人自动控制系统，利用整平机器人进行精准专业的控制，解决上述整平作业中存在的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种无砟轨道道床混凝土施工整平机器人。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种无砟轨道道床混凝土施工整平机器人，包括主体框架，所述主体框架的两侧分别设有可升降调节的侧框架组件，所述侧框架组件的下方设有可水平调节的行走轨道架，所述行走轨道架的外边缘分别设有多个外行走轮，所述行走轨道架的外侧边缘还设有多个监测传感器；所述主体框架的前方或者后方设有若干组整平升降组件，所述整平升降组件的下方连接有整平框架，所述整平框架下方具有整平板，所述整平板上设有整平电机。

本混凝土施工整平机器人能够自行走，并完成规定工作范围内的混凝土抹平、整平等作业任务，能够代替人工对无砟轨道道床混凝土浇筑施工时的整平作业，起到降低工人劳动强度、提高施工作业效率和施工质量的作用；而且能够监控和避开行走方向上阻碍机器人行走的人或障碍物，确保使用安全。

通过全电动控制的所述侧框架组件、所述行走轨道架、所述整平升降组件、所述整平电机、整平板和行走轮的设置，能够按设定参数自动识别工作范围并完成抹平、整平作业内容，整平机器人的起动和停止由人工控制。在调试模式下，可以实现点动操作，行走部分可以切换为人工控制，实现前行、后退，具有紧急停止功能。

所述侧框架组件能够升降调整，从而能够调整所述行走轨道架的高度，而所述行走轨道架又能够相对于所述侧框架组件水平调整，使得其下方设置的若干对行走轮之间的轨距能够调整，从而实现所述行走轮的高度和宽度方向的位置调整，使其能够适配多种高架道床的行走轨道和地下段的多种作业环境，而且这种可调节的行走轮的设置，使机器人能够灵活应对作业面倾斜、躲避障碍物等情况，保证了混凝土机器人对各种作业空间的适应性。

所述整平升降组件能够升降移动，以控制所述整平框架升降移动，使得所述整平板能够进行高度调整，以适应不同的地形情况；所述整平板在所述整平电机的驱动下能够施加向下的振动力，通过振动和平板实现对混凝土的抹平和整平，整平的均匀度和平整形较好，多个所述整平板的配合设置能够对整个道床横向空间内的混凝土进行整平，整平的效率较高。多个所述整平板的设置还能够独立控制每块整平板的高度位置。

所述监测传感器位于机器人的行走轨道架的外边缘，其作用是感应行人和障碍物，当机器人在行驶过程中，所述监测传感器感应到行驶路径有行人或障碍物存在，会将信号反馈到控制箱，由控制模块内的PLC逻辑判断后通过控制机器人的行走轮行驶电机实现紧急制动，当作业范围障碍消失后恢复行驶。

进一步的，所述主体框架的侧面分别设有一对第一竖板，所述第一竖板上设有第一滑轨，所述第一滑轨上设有第一滑座，一对所述第一滑座连接所述侧框架组件，所述侧框架组件的上方与所述主体框架之间连接有竖向布置的第一丝杆传动组件。

通过所述第一滑轨和所述第一滑座的滑动配合，在所述第一丝杆传动组件的驱动下，能够让所述侧框架组件沿所述主体框架的侧面垂直升降，两对所述第一滑轨和所述第一滑座能够起到导向和侧连接支撑的作用，所述第一丝杆传动组件利用丝杆电机、丝杆和滑套的配合能够将旋转运动转化为直线升降运动。

进一步的，所述侧框架组件包括一对平行设置的侧立板，所述侧立板分别安装在所述第一滑座上，一对所述侧立板之间设有上下布置的多根连接杆，上方的一对连接杆的中部连接所述第一丝杆传动组件，下方的连接杆连接所述行走轨道架，上下的连接杆之间还设有多块斜肋板。

采用这种结构的侧框架组件，结构简单，易于制作，能够方便的连接所述第一滑座和所述第一丝杆传动组件，多块所述斜肋板的设置能够提升整体的连接强度和稳定性。

进一步的，所述行走轨道架在下方的前后方向上分别设有所述行走轮，至少一个所述行走轮的轮轴连接有行走轮电机；所述行走轨道架通过一对滑动模组与所述侧框架组件连接，一对所述滑动模组之间的行走轨道架上还通过水平布置的第二丝杆传动组件与所述侧框架组件连接。

一对所述滑动模组起到滑动支撑和导向作用，能够很好的连接所述行走轨道架和所述侧框架组件；所述第二丝杆传动组件也是利用丝杆和滑套实现水平位移的调节，所述第二丝杆传动组件可以通过丝杆电机驱动，也可以通过连接在行走轨道架外侧的手动摇把控制丝杆的旋转。

进一步的，所述整平升降组件包括设置在所述主体框架前方的第二竖板，所述第二竖板上设有第二滑轨，所述第二滑轨上设有第二滑座，一对所述第二滑座连接有整平升降框架，所述整平升降组件与所述主体框架之间设有竖向布置的第三丝杆传动组件，所述整平升降组件的下方连接安装所述整平框架。

同样的通过所述第二滑轨和所述第二滑座的滑动配合，在所述第三丝杆传动组件的驱动下，能够让所述整平升降组件沿所述主体框架的前面垂直升降，所述第二滑轨和所述第二滑座也能够起到导向和连接支撑的作用。

进一步的，所述整平框架包括与所述整平升降组件连接的顶板，所述顶板的两侧对称的设有侧支撑板，一对所述侧支撑板的下方设有所述整平板，所述整平板上方位于一对所述侧支撑板之间设置所述整平电机；所述侧支撑板的外侧与所述整平板之间还设有斜支撑板。

进一步的，所述整平框架与所述整平升降组件之间还设有若干减振连接件，多组所述整平框架在前后方向上错开设置。

通过所述减振连接件的设置，既起到连接作用，也能够过滤掉因整平电机激振而带来的振动，有利于保证机器人主体部分的稳定性，避免振动影响其它传动部件的运行稳定性；所述减振连接件可以为多块叠加的减振钢板，也可以为橡胶减振支座、弹簧减振支座或者空气弹簧等。

进一步的，所述整平板在前后两侧设有弧形的翘边，所述整平板上设有多根支撑筋条，所述支撑筋条上方设有设有传动板，所述传动板上方通过电机座安装有所述整平电机；所述传动板的下方通过弹簧连接有若干击打块，所述击打块在整平的过程中冲击所述整平板，所述击打块错开所述支撑筋条设置。

在所述整平板的前后方向上设置所述翘边，使得所述整平板在前后移动的过程中能够更好的推平混凝土，避免混凝土翻上整平板上方，而且上翘的结构有利于整平板在混凝土表面滑行移动。

所述支撑筋条的设置能够提升所述整平板的强度和平面的平整形，同时能够利用所述支撑筋条连接安装所述传动板，既方便安装所述整平电机，也有利于整平电机的激振力向下均衡传导，让整平板更好的进行整平工作。在所述传动板下方设置很多小型的击打块，使其能够在振动的过程中跟随振幅有规律的向下敲击所述整平板，使得所述整平板还能够收到类似于小锤敲击的冲击力，进一步提升整平压实的效果。

进一步的，所述主体框架、所述侧框架组件、所述整平升降组件和所述整平框架外分别设有罩体，所述主体框架的罩体上方还设有控制箱，所述控制箱内设有控制模块，所述控制箱上设有操作台和警报灯，所述侧框架组件的侧面罩体上还设有触摸屏，所述监测传感器为光栅保护器；所述光栅保护器、所述触摸屏、所述操作台和所述警报灯均与所述控制模块电连接；所述控制模块包括PLC模块，以及与所述PLC模块连接的无线通信模块和存储模块；所述主体框架的罩体上方一侧还设有电缆线盘和卷线电机，所述主体框架上还设有若干吊耳。

进一步的，所述行走轮为前后方向设置的两对，每对所述行走轮之间的轨距调整范围为3000～3800mm，所述行走轮在行走轨道上行驶，行驶速度不超过50mm/s。

一对行走轮之间的可调范围在3000～3800mm，能够适应大部分道床混凝土的铺设；利用所述行走轮电机驱动所述行走轮在轨道上行走，行走速度不超过50mm/s，一方面是为了保证实时整平的持续时间和效果，另一方面低速行驶也能够保证安全，遇到紧急情况时可以急停。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本混凝土施工整平机器人能够自行走，并完成规定工作范围内的混凝土抹平、整平等作业任务，能够代替人工对无砟轨道道床混凝土浇筑施工时的整平作业，起到降低工人劳动强度、提高施工作业效率和施工质量的作用；而且能够监控和避开行走方向上阻碍机器人行走的人或障碍物，确保使用安全；2、通过全电动控制的所述侧框架组件、所述行走轨道架、所述整平升降组件、所述整平电机、整平板和行走轮的设置，能够按设定参数自动识别工作范围并完成抹平、整平作业内容，具有前行、后退和紧急停止的功能；3、所述行走轮的高度和宽度方向的位置均能够调整，使其能够适配多种高架道床的行走轨道和地下段的多种作业环境，而且这种可调节的行走轮的设置，使机器人能够灵活应对作业面倾斜、躲避障碍物等情况，保证了混凝土机器人对各种作业空间的适应性；4、所述整平板的高度能够独立调整，以适应不同的地形情况；所述整平板在所述整平电机的驱动下能够施加向下的振动力，通过振动和平板实现对混凝土的抹平和整平，整平的均匀度和平整形较好，多个所述整平板的配合设置能够对整个道床横向空间内的混凝土进行整平，整平的效率较高。

附图说明

图1为本发明一种无砟轨道道床混凝土施工整平机器人的整体结构示意图；

图2为本发明一种无砟轨道道床混凝土施工整平机器人的侧面结构示意图；

图3为本发明一种无砟轨道道床混凝土施工整平机器人的正面结构示意图；

图4为本发明一种无砟轨道道床混凝土施工整平机器人的俯视结构示意图；

图5为本发明混凝土整平施工区域局部断面示意图；

图6为本发明混凝土整平施工区域局部俯视示意图；

图7为本发明另一种整平板的连接结构示意图；

图8为本发明另一种整平板的侧面结构示意图；

图9为本发明另一种整平板的中部截面结构示意图；

图中：1、主体框架；2、第一竖板；3、第一滑轨；4、第一滑座；5、侧框架组件；501、侧立板；502、连接杆；503、斜肋板；6、第一丝杆传动组件；7、行走轨道架；8、滑动模组；9、第二丝杆传动组件；10、行走轮；11、行走轮电机；12、第二竖板；13、第二滑轨；14、第二滑座；15、整平升降框架；16、第三丝杆传动组件；17、整平框架；1701、顶板；1702、侧支撑板；1703、斜支撑板；18、整平板；1801、翘边；19、电缆线盘；20、整平电机；21、电机座；22、行走轨道；23、侧面模板；24、缓冲凹坑模板；25、整平区域；26、减振连接件；27、传动板；28、支撑筋条；29、弹簧；30、击打块。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中间”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一：

如图1～图6所示，一种无砟轨道道床混凝土施工整平机器人，包括主体框架1，所述主体框架1的两侧分别设有可升降调节的侧框架组件5，所述侧框架组件5的下方设有可水平调节的行走轨道架7，所述行走轨道架7的外边缘分别设有多个外行走轮10，所述行走轨道架7的外侧边缘还设有多个监测传感器；所述主体框架1的前方设有若干组整平升降组件，所述整平升降组件的下方连接有整平框架17，所述整平框架17下方具有整平板18，所述整平板18上设有整平电机20。

本混凝土施工整平机器人能够自行走，并完成规定工作范围内的混凝土抹平、整平等作业任务，能够代替人工对无砟轨道道床混凝土浇筑施工时的整平作业，起到降低工人劳动强度、提高施工作业效率和施工质量的作用；而且能够监控和避开行走方向上阻碍机器人行走的人或障碍物，确保使用安全。

通过全电动控制的所述侧框架组件5、所述行走轨道架7、所述整平升降组件、所述整平电机20、整平板18和行走轮10的设置，能够按设定参数自动识别工作范围并完成抹平、整平作业内容，整平机器人的起动和停止由人工控制。在调试模式下，可以实现点动操作，行走部分可以切换为人工控制，实现前行、后退，具有紧急停止功能。

所述侧框架组件5能够升降调整，从而能够调整所述行走轨道架7的高度，而所述行走轨道架7又能够相对于所述侧框架组件5水平调整，使得其下方设置的若干对行走轮10之间的轨距能够调整，从而实现所述行走轮10的高度和宽度方向的位置调整，使其能够适配多种高架道床的行走轨道和地下段的多种作业环境，而且这种可调节的行走轮的设置，使机器人能够灵活应对作业面倾斜、躲避障碍物等情况，保证了混凝土机器人对各种作业空间的适应性。

所述整平升降组件能够升降移动，以控制所述整平框架17升降移动，使得所述整平板18能够进行高度调整，以适应不同的地形情况；所述整平板18在所述整平电机20的驱动下能够施加向下的振动力，通过振动和平板实现对混凝土的抹平和整平，整平的均匀度和平整形较好，多个所述整平板18的配合设置能够对整个道床横向空间内的混凝土进行整平，整平的效率较高。多个所述整平板18的设置还能够独立控制每块整平板的高度位置。

所述监测传感器位于机器人的行走轨道架的外边缘，其作用是感应行人和障碍物，当机器人在行驶过程中，所述监测传感器感应到行驶路径有行人或障碍物存在，会将信号反馈到控制箱，由控制模块内的PLC逻辑判断后通过控制机器人的行走轮行驶电机实现紧急制动，当作业范围障碍消失后恢复行驶。

进一步的，所述主体框架1的侧面分别设有一对第一竖板2，所述第一竖板2上设有第一滑轨3，所述第一滑轨3上设有第一滑座4，一对所述第一滑座4连接所述侧框架组件5，所述侧框架组件5的上方与所述主体框架1之间连接有竖向布置的第一丝杆传动组件6。

通过所述第一滑轨3和所述第一滑座4的滑动配合，在所述第一丝杆传动组件6的驱动下，能够让所述侧框架组件5沿所述主体框架1的侧面垂直升降，两对所述第一滑轨3和所述第一滑座4能够起到导向和侧连接支撑的作用，所述第一丝杆传动组件6利用丝杆电机、丝杆和滑套等的配合能够将旋转运动转化为直线升降运动。

进一步的，所述侧框架组件5包括一对平行设置的侧立板501，所述侧立板501分别安装在所述第一滑座4上，一对所述侧立板501之间设有上下布置的多根连接杆502，上方的一对连接杆502的中部连接所述第一丝杆传动组件6，下方的连接杆502连接所述行走轨道架7，上下的连接杆502之间还设有多块斜肋板503。

采用这种结构的侧框架组件，结构简单，易于制作，能够方便的连接所述第一滑座4和所述第一丝杆传动组件6，多块所述斜肋板503的设置能够提升整体的连接强度和稳定性。

进一步的，所述行走轨道架7在下方的前后方向上分别设有所述行走轮10，至少一个所述行走轮10的轮轴通过同步带连接有行走轮电机11；所述行走轨道架7通过一对滑动模组8与所述侧框架组件5的连接杆连接，一对所述滑动模组8之间的行走轨道架7上还通过水平布置的第二丝杆传动组件9与所述侧框架组件5的连接杆连接。

一对所述滑动模组8起到滑动支撑和导向作用，能够很好的连接所述行走轨道架7和所述侧框架组件5；所述第二丝杆传动组件9也是利用丝杆和滑套实现水平位移的调节，所述第二丝杆传动组件9可以通过丝杆电机驱动，也可以通过连接在行走轨道架外侧的手动摇把控制丝杆的旋转。

进一步的，所述整平升降组件包括设置在所述主体框架1前方的第二竖板12，所述第二竖板12上设有第二滑轨13，所述第二滑轨13上设有第二滑座14，一对所述第二滑座14连接有整平升降框架15，所述整平升降框架15与所述主体框架1之间设有竖向布置的第三丝杆传动组件16，所述整平升降框架15的下方连接安装所述整平框架17。

同样的通过所述第二滑轨13和所述第二滑座14的滑动配合，在所述第三丝杆传动组件16的驱动下，能够让所述整平升降框架15沿所述主体框架1的前面垂直升降，所述第二滑轨13和所述第二滑座14也能够起到导向和连接支撑的作用。

进一步的，所述整平框架17包括与所述整平升降框架15连接的顶板1701，所述顶板1701的两侧对称的设有侧支撑板1702，一对所述侧支撑板1702的下方设有所述整平板18，所述整平板18上方位于一对所述侧支撑板1702之间设置所述整平电机20；所述侧支撑板1702的外侧与所述整平板18之间还设有斜支撑板1703。

进一步的，所述主体框架1、所述侧框架组件5、所述整平升降组件和所述整平框架17外分别设有罩体，所述主体框架1的罩体上方还设有控制箱，所述控制箱内设有控制模块，所述控制箱上设有操作台和警报灯，所述侧框架组件5的侧面罩体上还设有触摸屏，所述监测传感器为光栅保护器；所述光栅保护器、所述触摸屏、所述操作台和所述警报灯均与所述控制模块电连接；所述控制模块包括PLC模块，以及与所述PLC模块连接的无线通信模块和存储模块；所述主体框架1的罩体上方一侧还设有电缆线盘19和卷线电机，以便进行收放线操作；所述主体框架1上还设有若干吊耳，以便整体吊运机器人。

进一步的，所述行走轮10为前后方向设置的两对，每对所述行走轮10之间的轨距调整范围为3000～3800mm，所述行走轮10在行走轨道22上行驶，行驶速度不超过50mm/s。

一对行走轮10之间的可调范围在3000～3800mm，能够适应大部分道床混凝土的铺设；利用所述行走轮电机驱动所述行走轮在轨道上行走，行走速度不超过50mm/s，一方面是为了保证实时整平的持续时间和效果，另一方面低速行驶也能够保证安全，遇到紧急情况时可以急停。

所述主体框架1的下方还设有前后两对标准轨距行走轮，所述标准轨距行走轮间距为1435mm，能够直接利用道床的正式轨道行走，能够作为辅助支撑移动使用。

所述控制箱的作用是搭载PLC控制模块、无线通信模块以及各种控制器，是混凝土机器人的信息集成中心与控制中心，控制箱与操作台和触摸屏相连，可以通过操作台和触摸屏对整平板位置，以及行走轮的高度、机器人行进距离等进行控制。为了更好地满足多种作业需求，本机器人支持对整平板的工作数量进行设置，从而提高整平质量和效率，只需要通过操作台或触摸屏对整平电机进行设置，即可修改机器人整平作业时的整平板数量和整平范围。

一种无砟轨道道床混凝土施工整平机器人的控制过程如下：

(1)根据作业场景调整所述侧框架组件5和所述行走轨道架7，调节所述行走轮10的位置并落在行走轨道22上；通过所述整平升降组件对所述整平板18的高度位置进行调整；

(2)根据整平作业的工作量对参与工作的整平板18数量进行设置，如图5和图6所示，一对侧面模板23之间的区域为整平区域25，其中需要避开缓冲凹坑模板24围合的区域；

(3)设置行进速度，所述控制模块根据行进速度和工作整平板的数量计算整平电机频率和单位体积的整平时间；

(4)设置工作距离，工作距离为整平机器人自动作业的行进距离；

(5)作业开始，控制所述整平电机20驱动所述整平板18，所述整平板18对作业区域内的混凝土依次进行整平；利用触摸屏或者移动终端实时监测作业进度与设备状态；

(6)作业过程中，整平机器人所装配的激光接收器和光栅保护器实时采集作业空间的障碍情况，并将采集到的信息实时反馈至所述控制模块。

机器人运行过程中，在以下两种情况下会暂停作业，一是中央处理器接收到来自触摸屏或远程终端的停止指令；二是实时监测模块监测到作业路径有行人或障碍物。当行进路线上的障碍消除时，整平机器人继续进行整平作业。

实施例二：

本实施例提供了另一种整平板的结构。

进一步的，如图7所示，所述整平框架17与所述整平升降框架15之间还设有若干减振连接件26。

通过所述减振连接件26的设置，既起到连接作用，也能够过滤掉因整平电机激振而带来的振动，有利于保证机器人主体部分的稳定性，避免振动影响其它传动部件的运行稳定性；所述减振连接件26为多个橡胶弹簧减振支座。

进一步的，如图8和图9所示，所述整平板18在前后两侧设有弧形的翘边1801，所述整平板18上设有多根支撑筋条28，所述支撑筋条28上方设有设有传动板27，所述传动板27上方通过电机座21安装有所述整平电机20；所述传动板27的下方通过弹簧29连接有若干击打块30，所述击打块30在整平的过程中冲击所述整平板18，所述击打块30错开所述支撑筋条28设置。

在所述整平板18的前后方向上设置所述翘边1801，使得所述整平板18在前后移动的过程中能够更好的推平混凝土，避免混凝土翻上整平板上方，而且上翘的结构有利于整平板在混凝土表面滑行移动。

所述支撑筋条28的设置能够提升所述整平板18的强度和平面的平整形，同时能够利用所述支撑筋条28连接安装所述传动板27，既方便安装所述整平电机20，也有利于整平电机20的激振力向下均衡传导，让整平板18更好的进行整平工作。在所述传动板27下方设置很多小型的击打块30，使其能够在振动的过程中跟随振幅有规律的向下敲击所述整平板18，使得所述整平板18还能够收到类似于小锤敲击的冲击力，进一步提升整平压实的效果。

进一步的所述弹簧29的两端分别通过弹簧座与所述击打块30和所述传动板27连接，所述击打块30为金属块或者木块，所述击打块30的外周包裹有较厚的橡胶套。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。