CN106198101A - 智能取芯机 - Google Patents

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Abstract

本发明申请公开了一种智能取芯机，包括机械手臂、控制所述机械手臂工作的控制系统、用于取芯的取芯工具头和用于压实的振动压实工具头以及用于称料填入补坑洞用材料的填料头；机械手臂通过安装其上的伺服电机驱动；机械手臂的工作端与所述各工具头可拆卸连接;各工具头通过动力装置驱动；所述控制系统还用于通过数据连接控制机械手臂上的伺服电机的运转；所述所有工具头上设有用于测量工具头的工作部所受力矩的十轴传感器，十轴传感器将收集到的数据回传给所述控制系统，用于控制机械手臂上伺服电机的运作；所述控制系统上设有用于定位的卫星定位模块。实现了自动、精确、高效地钻取芯样和补坑洞全流程。

Description

智能取芯机
技术领域
本发明涉及道路工程检测设备领域，具体涉及一种智能取芯机。
背景技术
路面检测取芯机是道路工程检测中应用最为广泛的检测设备之一，主要用于检测路面，结构层厚度、强度等参数。传统路面检测取芯样机，通过电机带动取芯钻头旋转取芯，需要人工操作立柱上下移动电机和钻头取芯，钻取深度靠人工手动控制，没有精确的测量控制芯样厚度；取芯完成后，在路面上留下的坑洞则继续由人工填补，无法精确计量压实程度，从而造成了补坑误差较大，总体效果不好。
发明内容
本发明意在提供一种智能取芯机，实现自动、精确、高效地钻取芯和补坑洞全流程。
本方案中的智能取芯机，包括机械手臂、控制所述机械手臂工作的控制系统、用于取芯的取芯工具头和用于压实的振动压实工具头以及用于称料填入补坑洞用材料的填料头；
所述机械手臂通过安装其上的伺服电机驱动；
所述机械手臂的工作端与所述各工具头可拆卸连接;
所述各工具头通过动力装置驱动；
所述控制系统还用于通过数据连接控制机械手臂上的伺服电机的运转；
所述所有工具头上设有用于测量工具头的工作部所受力矩的十轴传感器，所述十轴传感器将收集到的数据回传给所述控制系统，用于控制机械手臂上伺服电机的运作；
所述控制系统上设有用于定位的卫星定位模块。
本发明本发明的工作过程为：
通过卫星定位系统找寻预定的取芯位置；
移动至正确的取芯位置，控制系统通过操作控制伺服电机驱动机械手臂；
机械手臂接上预先设定的取芯工具头执行取芯作业；
控制系统通过取芯工具头上十轴传感器所反馈的力矩信息，判断取芯工具头所处的状态；
控制系统判断取芯工具头所处的状态为与路面接触时操作取芯工具头上的动力装置运转；
控制系统控制机械手臂使得工具头取芯至预定厚度，并取出芯样；
完成取芯后，控制系统操作机械手臂换接用于称料填入补坑洞用材料的填料头，从填料仓内取填充材料投入取芯后留下的坑洞内；
投入材料后，控制系统操作机械手臂换接用于压实的振动压实工具头，对投入的填充材料进行压实操作；
控制系统通过振动压实工具头上的十轴传感器所反馈的力矩信息，判断填充材料是否压实；
控制系统根据取芯预定厚度以及预设的填料方案，控制机械手臂实施多次填料和压实操作，直至坑洞填补完毕。
本方案具有以下有益效果：
1、 通过卫星定位系统和机械手臂伺服控制的结合，取芯位置更为准确；
2、 取芯/填补过程通过控制系统智能操控，自动化程度高，效率更高；
3、 机械手臂在控制系统的伺服控制下实现精确的定量运转，再配合十轴传感器的反馈，可以确认钻取芯样的坐标位置、智能感知钻头是否已经接触路面、已经钻至预定厚度、填补料已经振压密实、压实分层面最后坐标，让取芯、填补全过程更过精准。
进一步，还包括工具头仓，所述工具头仓内，存放有多种不同规格和尺寸的所述工具头。
不同的工作头丰富了取芯机的工作模式，十分方便的扩展了取芯机的功能。
进一步，所述工具头仓内还设有配撒粘合剂的喷头，以及用于清洁孔空洞用的吹风机头和吸尘器头。
后期的填补工序，更为顺畅和自动化。
进一步，还包括填料仓，所述填料仓内存放有用于填补坑洞用的材料。
方便填料工序可以就近取料，提高了效率。
进一步，所述控制系统还连接有标签打印机，用于将数据信息打印在标签上。
实现即时的对芯样进行标记。
进一步，所述控制系统通过网络与云端数据库相连。
便于收集取芯过程中的各项数据，在云端实施分析和记录。
进一步，所述智能取芯机集成在公路交通工具上。
一体化设计使得取芯取芯机的移动更为便利。
进一步，所述机械手臂为7轴机械手臂，自由度更多，更为灵活。
附图说明
图1为本发明实施例的功能框图；
图2 为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
本实施例的基本功能框图如图1所示，智能取芯机通过卫星定位系统（北斗/GPS定位）找寻预定的取芯位置；
移动至正确的取芯位置，控制系统通过操作控制伺服电机驱动机械手臂；
机械手臂接上预先设定的工具头执行作业；
控制系统通过工具头上十轴传感器所反馈的力矩信息，判断工具头所处的状态。
而后的取芯、填补工作过程为：
取芯时，控制系统判断取芯工具头所处的状态为与路面接触时操作驱动取芯工具头的动力装置运转；
控制系统控制工具头取芯至预定厚度，并取出芯样；
完成取芯后，控制系统操作机械手臂换接用于称料填入补坑洞用材料的填料头，从填料仓内取填充材料投入取芯后留下的坑洞内；
投入材料后，控制系统操作机械手臂换接用于压实的振动压实工具头，对投入的填充材料进行压实操作；
控制系统通过振动压实工具头上的十轴传感器所反馈的力矩信息，判断填充材料是否压实；
控制系统根据取芯预定厚度以及预设的填料方案，控制机械手臂实施多次填料和压实操作，直至坑洞填补完毕，实现了分层压实。
机械手臂在控制系统的伺服控制下实现精确的定量运转，再配合十轴传感器的反馈，可以确认钻取芯样的坐标位置、智能感知钻头是否已经接触路面、已经钻至预定厚度、填补料已经振压密实、压实分层面最后坐标，让取芯、填补全过程更过精准。
控制系统还通过网络与云端数据库相连，便于收集取芯过程中的各项数据，在云端实施分析和记录。
图2中的附图标记包括：机械手臂1、稳定支架2、工具头仓3、填料仓4、芯样库5、冷却水仓6、标签打印机7、摄像头8。
如图2所示，本实施例的智能取芯机集成在车辆上，控制系统设置在车内（图中未示出）；车辆带有稳定支架2，需要进行取芯操作时，车辆体停靠取芯位置附近，放下稳定支架2，以车身架(自重量足够)压稳支架，进入钻/补自动化流程；在某些实施例里智能取芯机集成在智能车辆上，智能车辆可以自行根据目标位置和卫星定位系统行驶到取芯位置附近，无需人工操作。
7轴的机械手臂1通过底座固定在车辆上，机械手臂1的前端用于连接各类工具头。
车辆内设有工具头仓3，仓内的工具头包括与各种材质和尺寸规格芯样对应匹配的钻孔头(勒洛方、普通〇，普通钻带水润滑冷却等)；还有激光切割头、高压水割头；还包括起底拔芯夹头以及磨平/分剥开层面用的工具头；还包括吸尘头、喷粘油头以及各种规格的振动压实头；还包括用于烘干清扫孔洞的电吹风机头；各类工具头都设有与机械手臂1匹配的接口，工具头都自带电机一类的动力装置或驱动装置，控制系统经由机械手臂1上述接口与工具头连接；在某些实施例里，机械手臂1的前端为通用电机，与工具头对接后，通用电机为工具头提供动力。
车辆内还设有填料仓4，用于存放填补坑洞用的材料以及粘油一类的辅料，还可以设置冷却水仓6配合带水润滑冷却功能的工具头使用。
再配合称基于传感器的称料工具头，控制系统可以做到精确的取料、填料。
取出的芯样则放置在芯样库5中；入库之前，控制系统控制标签打印机7打印出带有时间地理位置的等信息的标签，贴在芯样上，这样的动作也可由机械手臂1在控制系统的操作下完成。
智能取芯机工作过程中通过传感器采集力学数据，还加装摄像头8进行工作过程影像记录。
而控制系统通过网络与云端数据库相连，可以把采集到力学数据，影像记录，以及像取芯位置这样基本数据传给云端数据库，为大数据分析、云端系统的机器学习等扩展功能提供大量的现场数据储备，云端数据在经过一定量的数据分析和学习后，可以做到无需人为输入取芯过程的控制命令，通过搜集影像和传感器数据自动识别路面、岩层，自动判断使用何种钻头，何种工序，智能化程度更高。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.智能取芯机，其特征在于，包括机械手臂、控制所述机械手臂工作的控制系统、用于取芯的取芯工具头和用于压实的振动压实工具头以及用于称料填入补坑洞用材料的填料头；
所述机械手臂通过安装其上的伺服电机驱动；
所述机械手臂的工作端与所述各工具头可拆卸连接;
所述各工具头通过动力装置驱动；
所述控制系统还用于通过数据连接控制机械手臂上的伺服电机的运转；
所述所有工具头上设有用于测量工具头的工作部所受力矩的十轴传感器，所述十轴传感器将收集到的数据回传给所述控制系统，用于控制机械手臂上伺服电机的运作；
所述控制系统上设有用于定位的卫星定位模块。
2.根据权利要求1所述的智能取芯机，其特征在于：还包括工具头仓，所述工具头仓内，存放有多种不同规格和尺寸的所述工具头。
3.根据权利要求2所述的智能取芯机，其特征在于：所述工具头仓内还设有配撒粘合剂的喷头，以及用于清洁孔空洞用的吹风机头和吸尘器头。
4.根据权利要求1所述的智能取芯机，其特征在于：还包括填料仓，所述填料仓内存放有用于填补坑洞用的材料。
5.根据权利要求1所述的智能取芯机，其特征在于：所述控制系统还连接有标签打印机，用于将数据信息打印在标签上。
6.根据权利要求1所述的智能取芯机，其特征在于：所述控制系统通过网络与云端数据库相连。
7.根据权利要求1所述的智能取芯机，其特征在于：所述机械手臂为7轴机械手臂。
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