一种用于工程管道施工的辅助机器人装置技术领域
本发明属于管道施工装备技术领域，具体而言，涉及一种用于工程管道施工的辅
助机器人装置。
背景技术
随着我国基础设施建设快速发展，管道铺设工程量越来越大。然而，传统的开挖式
管道铺设方法由于土方开挖和回填量大、造价高，受季节天气影响，工程立体交叉性差，在
闹市区、古迹保护区、何川湖泊等区域无法施工，挖槽过程会毁坏绿地园林、导致大气粉尘
增多、环境影响恶劣等缺陷，无法满足效率、环保、经济等需求。
非开挖铺管技术具有占地面积小、不阻碍地面交通、受季节天气影响小，铺设管道
长度大、可绕过地下障碍，施工精度高、环境污染很小、施工成本低、经济效益高等优点，自
20世纪80年代以来该技术得到了突飞猛进的发展。我国在非开挖管道敷设技术装备设计和
制造工艺上仍处于较落后的状态，重大、大型非开挖管道铺设设备大多数从国外引进，设备
昂贵，生产活动受限。国产设备在结构紧凑、操作灵活、加工精度和工艺适应性能等方面较
差，极大地限制了国内非开挖技术的发展。
串联式工业机器人技术研究成熟，且具有结构紧凑、成本低、控制简单、运动空间
大等优点，将工业机器人同非开挖铺设管道技术紧密结合起来，通过遥控和自动控制进行
管道铺设的设备，研制结构简单、工程造价低、占用空间小的工程管道铺设装置具有十分重
大的使用价值。
发明内容
一种用于工程管道施工的辅助机器人装置包括箱体、移动装置、切削叶片转动装
置和螺旋输土装置；其中，所述箱体由箱体座(1)和箱体盖(2)组成；所述移动装置驱动刀头
向前移动切削土壤；所述切削叶片转动装置带动刀头旋转对土壤进行切削；所述螺旋输土
装置在叶片法向推力的轴向分力作用下将土料沿料槽轴向移动。
可选的，所述移动装置驱动移动板(17)移动，带动刀头向前移动切削土壤；所述移
动装置由第一联轴器(3)、第一轴承端盖(4-1)、第一发电机(4-2)、第一轴承座(4-3)、第一
轴承(4-4)、丝杆(5)、螺母(6)和移动板(17)组成。
可选的，所述第一发电机(4-2)通过第一联轴器(3)带动丝杆(5)旋转；所述丝杠
(5)通过与之配套安装的螺母(6)将旋转运动转换为移动板(17)的水平移动；第一轴承(4-
4)安装在所述丝杆(5)轴径上，放置在第一轴承座(4-3)轴孔内；第一轴承端盖(4-1)安装在
所述第一轴承座(4-3)轴孔端面，起密封作用。
可选的，所述切削叶片转动装置放置在所述移动板(17)上，用来带动刀头旋转对
土壤进行切削；所述切削叶片转动装置由第二发电机(7-1)、第二轴承端盖(7-2)、第二轴承
座(7-3)、第二轴承(7-4)、发电机安装架(8)、第二联轴器(9)、转轴(10)、第三轴承(7-5)、第
三轴承端盖(7-6)、第二轴套(11)、第四轴承端盖(12-1)、第四轴承(12-2)、第三轴承座(12-
3)、切削叶片轴(13)、第五轴承端盖(12-4)、第五轴承(12-5)和齿轮(12-6)组成。
可选的，所述第二发电机(7-1)通过第二联轴器(9)带动转轴(10)旋转，并通过齿
轮(12-6)带动切削叶片轴(13)旋转；第二轴承(7-4)和第四轴承(12-2)安装在转轴(10)轴
径上，分别放置在第二轴承座(7-3)和第三轴承座(12-3)轴孔内；第三轴承(7-5)和第五轴
承(12-5)安装在切削叶片轴(13)轴径上，分别放置在第二轴承座(7-3)和第三轴承座(12-
3)轴孔内；第二轴承端盖(7-2)和第四轴承端盖(12-1)安装在所述第二轴承座(7-3)和第三
轴承座(12-3)轴孔端面，用来密封转轴(10)；第三轴承端盖(7-6)和第五轴承端盖(12-4)安
装在所述第二轴承座(7-3)和第三轴承座(12-3)轴孔端面，用来密封切削叶片轴(13)；发电
机安装架(8)上放置在所述移动板(17)上，第二发电机(7-1)放置在发电机安装架(8)上；轴
套(11)安装在所述切削叶片轴(13)上，起定位作用。
可选的，所述螺旋输土装置由螺旋转轴(14)、第四轴承座(15-1)、第六轴承(15-
2)、第六轴承端盖(15-3)、第三发电机(15-4)和第三联轴器(16)组成。
可选的，所述第三发电机(15-4)通过第三联轴器(16)带动螺旋转轴(14)旋转，实
现土料输送；第六轴承(15-2)安装在螺旋转轴(14)轴径上，放置在第四轴承座(15-1)轴孔
内；第六轴承端盖(15-3)安装在第四轴承座(15-1)轴孔端面，起密封作用。
可选的，所述装置铺设管道半径范围为0.4mm～0.8mm。
与现有技术相比，本发明所述装置采用串联机构满足程序给定的运动以及切削土
壤所需的工作负荷，结构简单、所占空间小、工程造价低。自动化控制设备给定运动，较好地
保证了施工效率和速度、安全性能高。本发明利用非开挖方法铺设，与先开挖后填埋的方法
相比施工过程简单、成本低。
附图说明
附图1是本发明实施例中用于工程管道施工的辅助机器人装置的整体结构剖视主
图。
附图2是本发明实施例中用于工程管道施工的辅助机器人装置的俯视图，其中部
分外壳被去除，可见部分内部结构。
附图3是本发明实施例中用于工程管道施工的辅助机器人装置的左视图，其中左
半图进行剖视绘制，右半图为内部结构图，左右对称，用以理解机械结构特征。
附图标记说明：
1-箱体座、2-箱体盖、3-第一联轴器；
4-1-第一轴承端盖、4-2-第一发电机、4-3-第一轴承座、4-4-第一轴承；
5-丝杆、6-螺母；
7-1-第二发电机、7-2-第二轴承端盖、7-3-第二轴承座、7-4-第二轴承、7-5-第三
轴承、7-6-第三轴承端盖；
8-发电机安装架、9-第二联轴器、10-转轴、11-第二轴套；
12-1-第四轴承端盖、12-2-第四轴承、12-3-第三轴承座、12-4-第五轴承端盖、12-
5-第五轴承、12-6-齿轮；
13-切削叶片轴、14-螺旋转轴；
15-1-第四轴承座、15-2-第六轴承、15-3-第六轴承端盖、15-4-第三发电机；
16-第三联轴器、17-移动板。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明所述的用于工程管道施工的辅助机器人装
置做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
附图1是本发明实施例中用于工程管道施工的辅助机器人装置的整体结构剖视主
图。附图2是本发明实施例中用于工程管道施工的辅助机器人装置的俯视图，其中部分外壳
被去除，可见部分内部结构。附图3是本发明实施例中用于工程管道施工的辅助机器人装置
的左视图，其中左半图进行剖视绘制，右半图为内部结构图，左右对称，用以理解机械结构
特征。
如图1-3中所示，本实施例所述用于工程管道施工的辅助机器人装置包括箱体、移
动装置、切削叶片转动装置和螺旋输土装置四部分。
所述箱体由箱体座(1)和箱体盖(2)组成。
所述移动装置驱动移动板(17)移动，带动刀头向前移动切削土壤；所述移动装置
由第一联轴器(3)、第一轴承端盖(4-1)、第一发电机(4-2)、第一轴承座(4-3)、第一轴承(4-
4)、丝杆(5)、螺母(6)和移动板(17)组成；所述第一发电机(4-2)通过第一联轴器(3)带动丝
杆(5)旋转；所述丝杠(5)通过与之配套安装的螺母(6)将旋转运动转换为移动板(17)的水
平移动；第一轴承(4-4)安装在所述丝杆(5)轴径上，放置在第一轴承座(4-3)轴孔内；第一
轴承端盖(4-1)安装在所述第一轴承座(4-3)轴孔端面，起密封作用。
所述切削叶片转动装置放置在所述移动板(17)上，用来带动刀头旋转对土壤进行
切削；所述切削叶片转动装置由第二发电机(7-1)、第二轴承端盖(7-2)、第二轴承座(7-3)、
第二轴承(7-4)、发电机安装架(8)、第二联轴器(9)、转轴(10)、第三轴承(7-5)、第三轴承端
盖(7-6)、第二轴套(11)、第四轴承端盖(12-1)、第四轴承(12-2)、第三轴承座(12-3)、切削
叶片轴(13)、第五轴承端盖(12-4)、第五轴承(12-5)和齿轮(12-6)组成；所述第二发电机
(7-1)通过第二联轴器(9)带动转轴(10)旋转，并通过齿轮(12-6)带动切削叶片轴(13)旋
转；第二轴承(7-4)和第四轴承(12-2)安装在转轴(10)轴径上，分别放置在第二轴承座(7-
3)和第三轴承座(12-3)轴孔内；第三轴承(7-5)和第五轴承(12-5)安装在切削叶片轴(13)
轴径上，分别放置在第二轴承座(7-3)和第三轴承座(12-3)轴孔内；第二轴承端盖(7-2)和
第四轴承端盖(12-1)安装在所述第二轴承座(7-3)和第三轴承座(12-3)轴孔端面，用来密
封转轴(10)；第三轴承端盖(7-6)和第五轴承端盖(12-4)安装在所述第二轴承座(7-3)和第
三轴承座(12-3)轴孔端面，用来密封切削叶片轴(13)；发电机安装架(8)上放置在所述移动
板(17)上，第二发电机(7-1)放置在发电机安装架(8)上；轴套(11)安装在所述切削叶片轴
(13)上，起定位作用。
螺旋输土装置在叶片法向推力的轴向分力作用下将土料沿料槽轴向移动；所述螺
旋输土装置由螺旋转轴(14)、第四轴承座(15-1)、第六轴承(15-2)、第六轴承端盖(15-3)、
第三发电机(15-4)和第三联轴器(16)组成；所述第三发电机(15-4)通过第三联轴器(16)带
动螺旋转轴(14)旋转，实现土料输送；第六轴承(15-2)安装在螺旋转轴(14)轴径上，放置在
第四轴承座(15-1)轴孔内；第六轴承端盖(15-3)安装在第四轴承座(15-1)轴孔端面，起密
封作用。
所述刀具铺设管道半径范围为0.4mm～0.8mm。
与现有技术相比，本发明所述装置采用串联机构满足程序给定的运动以及切削土
壤所需的工作负荷，结构简单、所占空间小、工程造价低。自动化控制设备给定运动，较好地
保证了施工效率和速度、安全性能高。本发明利用非开挖方法铺设，与先开挖后填埋的方法
相比施工过程简单、成本低。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施
方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精
神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。