1.本实用新型涉及拱架机械手技术领域，特别是指一种多自由度拱架抓取机械手。
2.隧道支护是隧道施工中的关键性步骤：钻爆掘进工序完成后，需要尽快完成立拱和喷浆作业，以达到第一时间完成对围岩的支护，增加围岩强度，保证隧道施工质量和安全性。
3.目前隧道施工机械立拱施工作业要存在的问题：1、现有方式的拱架安装过程中，因拱架的对接方向、对接高度、对接角度不匹配，导致拱架安装孔难以准确对接，需要人工进行辅助作业，劳动强度大、作业效率低、存在安全隐患；对多榀拱架的作业施工更是如此。2、现有技术均针对单榀拱架进行抓取作业，对多榀拱架现而言，其重量较重，对接难度较大，多榀拱架作业功能的实现对提升立拱效率，缩短循环作业时间有着重大意义；3、现有技术仅针对工字钢拱架进行抓取作业，对立拱作业的适应性弱、应用范围小；4、现有技术中破碎锤可调节自由度有限，仅能实现仅有的几个方向调节，对洞臂的修整适应性不佳。
4.针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种多自由度拱架抓取机械手，实现对施工现场多品种拱架的抓取、配置的破碎锤能够随时对爆破后的洞臂欠挖部位进行修整作业，提高立拱效率，减少立拱工序的作业时间。
5.本实用新型的技术方案是这样实现的：一种多自由度拱架抓取机械手，包括摆动式底座，摆动式底座上设有多自由度伸缩臂，多自由度伸缩臂的端部设有抓取头，多自由度伸缩臂上设有破碎锤；所述摆动式底座包括调平臂和摆臂，摆臂铰接在调平臂的端部，且通过摆臂油缸实现摆臂相对应调平臂的摆动。
6.进一步优选，所述调平臂和摆臂成l型设置，摆臂油缸对称设置在摆臂的两侧，摆臂油缸的一端铰接在调平臂上、另一端铰接在摆臂上。
7.进一步优选，所述多自由度伸缩臂包括l型转接件、第一转接座和伸缩臂，l型转接件的一端铰接在摆臂的后铰接点处、另一端通过连杆与第一转接座铰接，l型转接件的角部通过俯仰油缸与摆臂相连接；所述第一转接座的一端铰接在摆臂的前铰接点处、另一端与伸缩臂铰接，且伸缩臂与第一转接座通过摆动油缸连接。
8.进一步优选，所述伸缩臂包括伸缩内臂和伸缩外臂，伸缩外臂的套设在伸缩内臂上且两者之间通过伸缩油缸相连接，所述伸缩内臂的下端部与第一转接座铰接，伸缩外臂上部连接有抓取头。
9.进一步优选，所述摆动油缸的一端铰接在第一转接座上、另一端铰接在伸缩外臂上，所述破碎锤沿伸缩臂伸缩方向设置在伸缩外臂上。
10.进一步优选，所述抓取头包括铰接在多自由度伸缩臂底部的第二转接座，第二转接座通过抓手摆动油缸与多自由度伸缩臂的伸缩外臂相连接；第二转接座上铰接有抓手底
座，抓手底座通过抓手俯仰油缸与第二转接座相连接；抓手底座上设有至少一组抓手组件。
11.进一步优选，所述抓手组件包括对称设置的抓手，抓手铰接在抓手底座上且通过夹紧油缸相连接。所述破碎锤通过压板式连接座固定在第二转接座上。所述压板式连接座包括固定在第二转接座上的板座，板座上通过锁紧螺栓连接有压板，压板在锁紧螺栓作用下将破碎锤固定在第二转接座及多自由度伸缩臂的伸缩外臂上。所述摆臂上可拆卸设有吊篮总成，吊篮总成位于调平臂与多自由度伸缩臂之间且通过回转支撑盘转动设置在摆臂上。
12.本实用新型的有益效果为：本实用新型摆动式底座与多自由度伸缩臂配合，实现拱架的灵活抓取和高效对接，配置的破碎锤能够随时对爆破后的洞臂凸起部位进行修整，提高立拱效率，减少立拱工序的作业时间。机械抓手部分满足工字钢拱架、花拱架、三角拱等多种拱架形式的抓取，适应对不同围岩等级的立拱时对拱架的需求。破碎锤安装在第二转接座上，充分利用了摆臂油缸、机械臂俯仰油缸、伸缩油缸、机械臂摆动油缸和抓手摆动油缸所形成的空间多自由度可调节方式，能够实现灵活应对不同方位、不同角度的超挖处理，破碎锤端部的钎杆部分在不需要对岩壁超挖部分进行处理时能够拆卸掉，以便于机械手作业的灵活性，该方式对提高立拱作业的快捷性、便利性和整体立拱的施工效率均具有重要意义。综上，本实用新型可以更加高效的实现对不同拱架类型的抓取、对接、提高施工效率，降低人工台架施工的作业强度，对提高整个立拱环节的功效起到重要促进作用。
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.如图1所示，实施例1，一种多自由度拱架抓取机械手，包括摆动式底座，摆动式底座能进行左右摆动，摆动式底座上设有多自由度伸缩臂，多自由度伸缩臂的端部设有抓取头，抓取头结构设计实现对施工现场多品种拱架（工字钢拱架、花拱架、三角拱）的抓取。多
自由度伸缩臂上设有破碎锤15，集成度高，且配置的破碎锤能够随时对爆破后的洞臂欠挖部位进行修整作业，提高立拱效率。本实施例中所述摆动式底座包括调平臂1和摆臂3，摆臂3铰接在调平臂1的端部，且通过摆臂油缸4实现摆臂3相对应调平臂1的摆动。摆臂3通过销轴与调平臂1连接；所述摆臂油缸4两端分别与调平臂1和摆臂3上的相应铰点进行连接，实现摆臂3的左右摆动。
23.作为优选方案所述摆臂3上可拆卸设有吊篮总成2，吊篮总成2位于调平臂1与多自由度伸缩臂之间。所述吊篮总成2固定安装在摆臂3上方，为操作人员提供一个相对安全的作业空间。
24.本实施例中所述调平臂1和摆臂3成l型设置，为便于描述将调平臂1所在直线所在直线设为y轴，垂直zy平面的直线的两侧，位于xy面内，摆臂油缸4的一端铰接在调平臂1上、另一端铰接在摆臂3上；在摆臂油缸4的作用下，摆臂3在xy面内进行左右摆动。
25.如图1所示，实施例2，半岛平台一种多自由度拱架抓取机械手，在具体施工中可根据需要选择吊篮总成的连接方式，吊篮总成2也可通过回转支撑盘23转动设置在摆臂3上；实现吊篮总成的转动，提高作业灵活性。
26.如图2所示，本实施例中所述多自由度伸缩臂包括l型转接件6、第一转接座8和伸缩臂，l型转接件6的一端铰接在摆臂3的后铰接点处、另一端通过连杆7与第一转接座8铰接，l型转接件6的角部通过俯仰油缸5与摆臂3相连接；后铰接点处的铰接轴，沿x方向设置。具体是l型转接件6上铰点与摆臂3上方后铰点连接；所述机械臂俯仰油缸5两端分别与摆臂3和l型转接件6相应铰点进行连接，实现l型转接件6的上下摆动。所述第一转接座8的一端铰接在摆臂3的前铰接点处、另一端与伸缩臂铰接，且伸缩臂与第一转接座8通过摆动油缸12连接。前铰接点处的铰接轴，沿x方向设置，在摆动油缸12作用下，伸缩臂进行摆动。
27.作为优选方案所述伸缩臂包括伸缩内臂9和伸缩外臂11，伸缩内臂9和伸缩外臂11可选择圆柱筒体也可选用矩形筒体。伸缩外臂11的套设在伸缩内臂9上且两者之间通过伸缩油缸10相连接；在伸缩油缸的作用下，伸缩内臂与伸缩外臂之间的相对距离可调，实现伸缩臂长度的调节。所述伸缩内臂9的下端部与第一转接座8铰接，此处的铰接销轴沿y方向，在摆动油缸12作用下伸缩臂绕该处的销轴摆动。伸缩外臂11上部连接有抓取头；抓取头部分满足工字钢拱架、花拱架、三角拱等多种拱架形式的抓取，适应对不同围岩等级的立拱时对拱架的需求。
28.作为优选方案，所述摆动油缸12的一端铰接在第一转接座8上、另一端铰接在伸缩外臂11上，所述破碎锤15沿伸缩臂伸缩方向设置在伸缩外臂11上。破碎锤15搭载于伸缩臂上，同时满足其多自由度施工，集成度高，充分利用了摆臂油缸4、机械臂俯仰油缸5、伸缩油缸10、机械臂摆动油缸12和抓手摆动油缸14所形成的空间多自由度可调节方式，能够实现灵活应对不同方位、不同角度的超挖处理（破碎锤端部的钎杆部分在不需要对岩壁超挖部分进行处理时能够拆卸掉，以便于机械手作业的灵活性），该方式对提高立拱作业的快捷性、便利性和整体立拱的施工效率均具有重要意义。
29.如图3所示，作为优选方案，所述抓取头包括铰接在多自由度伸缩臂底部的第二转接座13，多自由度伸缩臂与第二转接座13的铰接轴沿x方向。第二转接座13通过抓手摆动油缸14与多自由度伸缩臂的伸缩外臂11相连接；在抓手摆动油缸14作用下，第二连接座带动
抓手底座17及抓手进行摆动。第二转接座13上铰接有抓手底座17，第二转接座13与抓手底座17之间的铰接轴沿y方向，抓手底座17通过抓手俯仰油缸18与第二转接座13相连接；在抓手俯仰油缸的作用下，抓手进行相应的俯仰动作。抓手底座17上设有至少一组抓手组件，抓手组件的数量根据抓手底座的长度及抓取物的不同可设置1组或多组。本实施例对应的图中显示的是2组且一前一后设置，所述抓手组件包括对称设置的抓手20，抓手20铰接在抓手底座17上且通过夹紧油缸19相连接。所述四个抓手20与抓手底座17通过相应铰点进行连接；所述抓手夹紧油缸19两端分别与相应的两个抓手铰点进行铰接，通过夹紧油缸19的伸缩，实现对拱架的两点抓取和夹紧，用于对钢拱架的稳定夹取。该抓手组件满足工字钢拱架、花拱架、三角拱架等多种拱架形式的抓取，适应对不同围岩等级的立拱时对拱架的需求；如图5所示，对于工字钢拱架，夹手部分同时贴近工字钢翼板及腹板，增加对拱架抓取的牢固性；如图6所示，对于三角拱架，夹手部分同时贴近三角拱架（三铰拱）侧边板，增加对拱架抓取的牢固性；如图7所示，对于花拱架，夹手部分同时贴近花拱架侧边板，增加对拱架抓取的牢固性。
30.本实施例中所述破碎锤15通过压板式连接座固定在第二转接座13上。所述压板式连接座包括固定在第二转接座13上的板座21，板座21上通过锁紧螺栓22连接有压板16，压板16在锁紧螺栓作用下将破碎锤15固定在第二转接座13及多自由度伸缩臂的伸缩外臂11上。所述破碎锤15通过压板16固定在第二转接座13侧面，同时实现其快速拆换的目的。破碎锤安装在第二转接座上，充分利用了摆臂油缸4、机械臂俯仰油缸5、伸缩油缸10、机械臂摆动油缸12和抓手摆动油缸14所形成的空间多自由度可调节方式，能够实现灵活应对不同方位、不同角度的超挖处理。破碎锤端部的钎杆部分在不需要对岩壁超挖部分进行处理时能够拆卸掉，以便于机械手作业的灵活性。
32.如图4所示，具体施工时，台车整机的主臂及辅助臂在立拱作业过程中，中间臂用于托举中间拱架，左右两条辅助臂端部安装该多自由度拱架抓取机械手，用于抓取、托举左右拱架并且能够进行动作微调（电液比例控制），实现左、中、右拱架的对孔作业。由于拱架端部的几个螺栓连接孔尺寸在拱架对接阶段精度需严格控制，否则会造成对孔精度差（多次对孔），严重影响作业效率。为此，在对机械手的电液控制系统中采用“电控手柄微动操作+液压负载敏感控制”的控制方式，通过电控手柄的微动操作输出可控精度范围内的电流信号，对液压负载敏感控制阀的控制端输入相应比例信号的控制压力，实现液压阀组的比例输出，严格控制机械臂动作的微动操作，提高对孔精度和对孔效率，对施工效率的提高能够起到重要的意义。
33.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。