[发明专利]隧道病害综合整治自动化作业系统及方法

权利要求书

1.一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，包括车载平台、导向装置、水平回转机构、机械臂、传感辅助装置、混凝土施工设备、注浆设备和高压清洗设备，其中，

所述导向装置包括轨道、导轨和基座，所述轨道安装在所述车载平台上，所述导轨安装在所述轨道上并且该导轨的纵向与所述车载平台的纵向一致，所述基座安装在所述导轨上；

所述水平回转机构安装在所述基座上，并且该水平回转机构上安装所述机械臂，以用于带动所述机械臂水平回转；

所述机械臂包括机身、大臂、小臂、手部和气动手爪，所述机身安装在所述基座上，所述机身通过第一竖向转动关节铰接所述大臂，所述大臂通过第二竖向转动关节铰接所述小臂，所述小臂通过第三竖向转动关节铰接所述手部，所述手部上安装所述气动手爪，所述第一竖向转动关节、第二竖向转动关节和第三竖向转动关节均水平设置；

所述传感辅助装置包括图像传感器和激光测距仪，并且它们均安装在所述手部上；

所述混凝土施工设备、注浆设备和高压清洗设备均安装在所述车载平台上，以用于与所述机械臂配合对隧道进行病害整治。

2.根据权利要求1所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，所述混凝土施工设备包括混凝土湿喷机、混凝土泵和混凝土搅拌机并且它们依次相连。

3.根据权利要求1所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，所述高压清洗设备包括连接在一起的高压水泵和水箱。

4.根据权利要求1所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，还包括连接在一起的空压机和储气罐。

5.根据权利要求1所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，所述注浆设备包括连接在一起的注浆泵和砂浆搅拌机。

6.根据权利要求1所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统，其特征在于，所述车载平台上还安装有多个照明灯。

7.权利要求1～6中任一权利要求所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统进行隧道钻孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)车载平台停止在隧道病害位置，机械臂控制系统发布指令通过液压系统和电气系统驱动机械臂运动，气动手爪抓取钻孔设备，在设定程序引导下通过轨道移动至作业位置；

(2)通过水平回转机构和机械臂调节钻孔设备姿态，使钻孔设备与隧道衬砌表面成设置角度，通过激光测距仪探测与隧道衬砌表面的间距，以让钻孔设备靠近隧道衬砌需要钻孔位置进行钻孔作业。

8.权利要求1～6中任一权利要求所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统进行隧道注浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在需要注浆的部位钻好注浆孔；

(2)气动手爪抓取连接注浆泵的注浆管管口，调整注浆管管口的姿态，通过激光测距仪发射可见激光并人工引导注浆管管口进入注浆孔，通过快凝水泥砂浆固定注浆管，最后通过注浆泵向衬砌后注水泥砂浆，当注浆压力达到设计终压并稳定一段时间，吸浆量达到设定要求后结束注浆。

9.权利要求1～6中任一权利要求所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统进行隧道打设锚杆的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对衬砌背后空洞或松散体进行注浆充填；

(2)在病害部位钻锚杆孔，气动手爪抓取自进式锚杆设备，调整自进式锚杆设备的姿态，通过激光测距仪发射可见激光并人工引导至锚杆孔；

(3)启动自进式锚杆设备钻入锚杆，快速注浆接头与锚杆尾端连接，通过注浆设备注浆，当注浆压力达到设计终压并稳定一段时间后，吸浆量达到设定要求后结束注浆，最后人工安装垫板和螺母进行封口。

10.权利要求1～6中任一权利要求所述的一种隧道病害综合整治自动化作业系统进行隧道安装钢拱架的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在衬砌病害部位切割和凿槽：使用四个机械臂进行操作并且这四个机械臂呈长方形布置，其中一个机械臂的气动手爪抓取切割设备并且通过该机械臂调整设备的姿态来切割衬砌，其他机械臂的气动手爪抓取破碎混凝土设备，对隧道衬砌相应位置开槽；

(2)各机械臂同步抓取钢拱架，调整气动手爪的高度，使钢拱架与开槽底面平行，通过机械臂把钢拱架顶入开槽中，钢拱架与槽底面应密贴；

(3)气动手爪抓取连接混凝土泵的混凝土输送管管口，通过激光测距仪发射可见激光并人工引导混凝土输送管管口对钢拱架背后进行混凝土回填，回填后对钢拱架背后压浆，在挂钢筋网的情况下，气动手爪抓取连接混凝土湿喷机的喷头对钢筋网进行喷射混凝土封闭。