CN107449383A - 一种管片自动识别抓取装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种管片自动识别抓取装置，包括管片拼装机，管片拼装机包括水平的托梁和具有微调中心的抓取头。管片自动识别抓取装置还包括测距装置，用于测量管片上设定点相对于抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离，设定点相对于抓取头抓取管片时的微调中心的位置固定。管片自动识别抓取装置还包括处理单元，用于根据设定点的位置坐标计算设定点所处平面的角度参数，从而得到管片的三维识别参数。管片自动识别抓取装置还包括驱动单元，用于根据管片的三维识别参数来驱动管片拼装机的各油缸行程以及管片拼装机的转动角度。还提供一种管片自动识别抓取方法。能够自动识别抓取管片，从而提高管片拼装效率，进而加快隧道施工进度。

Description

一种管片自动识别抓取装置及方法
技术领域
本发明属于掘进机技术领域，具体涉及一种管片自动识别抓取装置及方法。
背景技术
管片拼装机作为掘进机的关键部件，其拼装管片的速度与效率在很大程度上影响了隧道施工的进度。施工过程中，拼装手一般通过手动控制管片拼装机遥控器按钮或摇杆调整抓取头的姿态抓取管片，然后转移至目标位置拼装管片。因此，管片拼装机抓取管片的时间长，从而造成管片拼装效率低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种管片自动识别抓取装置及方法，能够自动识别抓取管片，从而提高管片拼装效率，进而加快隧道施工进度。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种管片自动识别抓取装置，包括管片拼装机，管片拼装机包括水平的托梁和具有微调中心的抓取头。管片自动识别抓取装置还包括测距装置，用于测量管片上设定点相对于抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离，设定点相对于抓取头抓取管片时的微调中心的位置固定。管片自动识别抓取装置还包括处理单元，用于根据设定点的位置坐标计算设定点所处平面的角度参数，从而得到管片的三维识别参数。管片自动识别抓取装置还包括驱动单元，用于根据管片的三维识别参数来驱动管片拼装机的各油缸行程以及管片拼装机的转动角度。
根据本发明的管片自动识别抓取装置，通过处理单元自动识别管片的三维参数，通过驱动单元根据管片的三维识别参数来驱动管片拼装机自动抓取管片，因此避免了现有技术中由于手动控制管片拼装机遥控器按钮或摇杆调整抓取头的姿态抓取管片而造成管片识别抓取时间长的问题，从而提高管片拼装效率，进而加快隧道施工进度。
对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
根据本发明的管片自动识别抓取装置，优选地，管片拼装机的各油缸上设有位移传感器，并且，管片拼装机上设有角度传感器。位移传感器和角度传感器可以配合驱动单元控制管片拼装机的各油缸行程以及管片拼装机的转动角度。
在一个优选地实施方式中，设定点为三个。管片上设置3个设定点，既能保证处理单元计算过程中，准确识别管片的三维参数，同时尽可能地简化计算过程和节省成本。
在一个优选地实施方式中，测距装置包括激光测距仪和激光感应靶，激光测距仪布置在设定点处，激光感应靶布置在托梁上。采用激光测距仪和激光感应靶作为测量工具，由于激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，这样可以确保管片拼装机结构简单、生产成本低，并且可以进一步提高管片识别效率，进而提高管片拼装效率。
根据本发明第二方面的管片识别抓取方法，包括：
步骤一、使用上述所述的测距装置测量管片上设定点相对于抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离，设定点相对于抓取头抓取管片时的微调中心的位置固定；步骤二、使用上述所述的处理单元根据设定点的位置坐标计算设定点所处平面的角度参数，从而得到管片的三维识别参数；步骤三、使用上述所述的驱动单元根据管片的三维识别参数来驱动管片拼装机的各油缸行程以及管片拼装机的转动角度，从而驱动抓取头抓取管片。
根据本发明的管片识别抓取方法，能够通过处理单元和驱动单元实现自动识别管片和自动抓取管片，因此避免了现有技术中由于手动控制管片拼装机遥控器按钮或摇杆调整抓取头的姿态抓取管片而造成管片识别时间长导致管片抓取时间长的问题，从而有效提高管片拼装效率，相应地加快隧道施工效率。
对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
根据本发明的管片识别抓取方法，在一个优选地实施方式中，测距装置包括激光测距仪和激光感应靶，激光测距仪布置在设定点处，激光感应靶布置在托梁上。
在一个优选地实施方式中，设定点为3个。
在一个优选地实施方式中，具体地，步骤一中：处理单元将抓取头的初始微调中心设为世界水平直角坐标系原点，通过测距装置获得设定点在世界水平直角坐标系中Z方向的坐标值，并且通过测距装置获得设定点在世界水平直角坐标系中X、Y两个方向的坐标值；处理单元根据设定点在世界水平直角坐标系中X、Y、Z三个方向的坐标值，获得设定点构成的平面与世界水平直角坐标系三个基准平面的夹角参数；处理单元根据设定点在所述世界水平直角坐标系中X、Y、Z三个方向的坐标值和设点定构成的平面与世界水平直角坐标系三个基准平面的夹角参数，计算出抓取头抓取管片的微调中心与抓取头的初始微调中心的位移差、角度差从而设定管片拼装机的各油缸的行程和管片拼装机的转动角度。
在一个优选的实施方式中，具体地，步骤三中：驱动单元通过布置在管片拼装机的各油缸上的位移传感器和布置在管片拼装机上的角度传感器来控制管片拼装机的各油缸的行程和管片拼装机的转动角度。
相比现有技术，本发明涉及的管片自动识别抓取装置和方法能够通过处理单元和驱动单元来实现自动识别抓取管片，从而有效提高管片拼装效率，相应地加快隧道施工效率。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1示意性显示了本发明实施例的管片自动识别抓取装置的整体结构示意图；
图2示意性表达了本发明实施例的管片识别的原理。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
图1示意性显示了本发明实施例的管片自动识别抓取装置10的整体结构示意图。图2示意性表达了本发明实施例的管片识别的原理。如图1和图2所示，根据本发明实施例的管片自动识别抓取装置10，包括管片拼装机1，管片拼装机1包括水平的托梁11和具有微调中心的抓取头12。管片自动识别抓取装置10还包括测距装置2，用于测量管片3上设定点A、B、C相对于抓取头12的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离，设定点A、B、C相对于抓取头12抓取管片3时的微调中心的位置固定。管片自动识别抓取装置10还包括处理单元，用于根据设定点A、B、C的位置坐标计算设定点A、B、C所处平面ABC的角度参数，从而得到管片3的三维识别参数。管片自动识别抓取装置10还包括驱动单元，用于根据管片3的三维识别参数来驱动管片拼装机1的各油缸行程以及管片拼装机1的转动角度。根据本发明实施例的管片自动识别抓取装置，通过处理单元自动识别管片的三维参数，通过驱动单元根据管片的三维识别参数来驱动管片拼装机自动抓取管片，因此避免了现有技术中由于手动控制管片拼装机遥控器按钮或摇杆调整抓取头的姿态抓取管片而造成管片识别抓取时间长的问题，从而提高管片拼装效率，进而加快隧道施工进度。管片上设置3个设定点，既能保证处理单元计算过程中，准确识别管片的三维参数，同时尽可能地简化计算过程和节省成本。
在一个优选地实施方式中，测距装置2包括激光测距仪21和激光感应靶22，激光测距仪21布置在设定点A、B、C处，激光感应靶22布置在托梁11上。在一个未示出的实施例中，激光测距仪21也可以布置在托梁上，并且与管片3上的设定点A、B、C对应设置。
采用激光测距仪和激光感应靶作为测量工具，由于激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，这样可以确保管片拼装机结构简单、生产成本低，并且可以进一步提高管片识别效率，进而提高管片拼装效率。
根据本发明实施例的管片自动识别抓取装置10，优选地，管片拼装机1的各油缸上设有位移传感器，并且，管片拼装机1上设有角度传感器。位移传感器和角度传感器可以配合驱动单元控制管片拼装机的各油缸行程以及管片拼装机的转动角度。
如图2所示，根据本发明第二方面实施例的管片识别抓取方法，包括：步骤一、使用上述所述的测距装置2测量管片3上设定点A、B、C相对于抓取头12的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离，设定点A、B、C相对于抓取头12抓取管片3时的微调中心的位置固定；步骤二、使用上述所述的处理单元根据设定点A、B、C的位置坐标计算设定点所处平面ABC的角度参数，从而得到管片3的三维识别参数；步骤三、使用上述所述的驱动单元根据管片3的三维识别参数来驱动管片拼装机1的各油缸行程以及管片拼装机1的转动角度，从而驱动抓取头12抓取管片。根据本发明的管片识别抓取方法，能够通过处理单元和驱动单元实现自动识别管片和自动抓取管片，因此避免了现有技术中由于手动控制管片拼装机遥控器按钮或摇杆调整抓取头的姿态抓取管片而造成管片识别时间长导致管片抓取时间长的问题，从而有效提高管片拼装效率，相应地加快隧道施工效率。管片上设置3个设定点来识别管片三维参数，既能保证处理单元计算过程中，准确识别管片的三维参数，同时尽可能地简化计算过程和节省成本。
根据本发明的管片识别抓取方法，在一个优选地实施方式中，测距装置2包括激光测距仪21和激光感应靶22，激光测距仪21布置在设定点A、B、C处，激光感应靶22布置在托梁11上。在一个未示出的实施例中，激光测距仪21也可以布置在托梁上，并且与管片3上的设定点A、B、C对应设置。
在一个优选地实施方式中，具体地，步骤一中：处理单元将抓取头12的初始微调中心设为世界水平直角坐标系原点O，通过测距装置2中的激光测距仪21获得设定点A、B、C在世界水平直角坐标系中Z方向的坐标值，并且通过测距装置2中的激光感应靶22获得设定点A、B、C在世界水平直角坐标系中X、Y两个方向的坐标值，即管片上面3个设定点A、B、C处安装的激光测距仪21发射的激光落点在激光感应靶22上的A’、B’、C’处，从而获得设定点A、B、C在世界水平直角坐标系中X、Y两个方向的坐标值；处理单元根据设定点A、B、C在世界水平直角坐标系中X、Y、Z三个方向的坐标值，获得设定点A、B、C构成的平面ABC与世界水平直角坐标系三个基准平面的夹角参数；处理单元根据设定点A、B、C在世界水平直角坐标系中X、Y、Z三个方向的坐标值和设定点A、B、C构成的平面ABC与世界水平直角坐标系三个基准平面的夹角参数，计算出抓取头12抓取管片3的微调中心D与抓取头12的初始微调中心的位移差、角度差从而设定管片拼装机1的各油缸的行程和管片拼装机1的转动角度。
在一个优选的实施方式中，具体地，步骤三中：驱动单元通过布置在管片拼装机1的各油缸上的位移传感器和布置在管片拼装机1上的角度传感器来控制管片拼装机1的各油缸的行程和管片拼装机1的转动角度。
根据上述实施例，可见：本发明涉及的管片自动识别抓取装置和方法能够通过处理单元和驱动单元来实现自动识别抓取管片，从而有效提高管片拼装效率，相应地加快隧道施工效率。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种管片自动识别抓取装置，包括管片拼装机，所述管片拼装机包括水平的托梁和具有微调中心的抓取头，其特征在于，
所述管片自动识别抓取装置还包括测距装置，用于测量管片上设定点相对于所述抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离，所述设定点相对于所述抓取头抓取管片时的微调中心的位置固定；
所述管片自动识别抓取装置还包括处理单元，用于根据所述设定点的位置坐标计算设定点所处平面的角度参数，从而得到管片的三维识别参数；
所述管片自动识别抓取装置还包括驱动单元，用于根据所述管片的三维识别参数来驱动所述管片拼装机的各油缸行程以及管片拼装机的转动角度。
2.根据权利要求1所述的管片自动识别抓取装置，其特征在于，所述管片拼装机的各油缸上设有位移传感器，并且，所述管片拼装机上设有角度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的管片自动识别抓取装置，其特征在于，所述设定点为三个。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的管片自动识别抓取装置，其特征在于，所述测距装置包括激光测距仪和激光感应靶，所述激光测距仪布置在所述设定点处，所述激光感应靶布置在所述托梁上。
5.一种管片自动识别抓取方法，其特征在于，包括：
步骤一、使用上述权利要求1中所述的测距装置测量管片上设定点相对于所述抓取头的初始微调中心的垂向距离、横向距离、和纵向距离，所述设定点相对于所述抓取头抓取管片时的微调中心的位置固定；
步骤二、使用上述权利要求1中所述的处理单元根据所述设定点的位置坐标计算所述设定点所处平面的角度参数，从而得到管片的三维识别参数；
步骤三、使用上述权利要求1中所述的驱动单元根据所述管片的三维识别参数来驱动所述管片拼装机的各油缸行程以及所述管片拼装机的转动角度，从而驱动所述抓取头抓取管片。
6.根据权利要求5所述的管片自动识别抓取方法，其特征在于，所述测距装置包括激光测距仪和激光感应靶，所述激光测距仪布置在所述设定点处，所述激光感应靶布置在所述托梁上。
7.根据权利要求5或6所述的管片自动识别抓取方法，其特征在于，所述设定点为3个。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的管片自动识别抓取方法，其特征在于，所述步骤一中：所述处理单元将所述抓取头的初始微调中心设为世界水平直角坐标系原点，通过所述测距装置获得所述设定点在所述世界水平直角坐标系中Z方向的坐标值，并且通过所述测距装置获得所述设定点在所述世界水平直角坐标系系中X、Y两个方向的坐标值；
所述处理单元根据所述设定点在世界水平直角坐标系中X、Y、Z三个方向的坐标值，获得所述设定点构成的平面与所述世界水平直角坐标系三个基准平面的夹角参数；
所述处理单元根据所述设定点在所述世界水平直角坐标系中X、Y、Z三个方向的坐标值和所述设点定构成的平面与所述世界水平直角坐标系三个基准平面的夹角参数，计算出所述抓取头抓取管片的微调中心与所述抓取头的初始微调中心的位移差、角度差从而设定所述管片拼装机的各油缸的行程和所述管片拼装机的转动角度。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的管片自动识别抓取方法，其特征在于，所述步骤三中：所述驱动单元通过布置在所述管片拼装机的各油缸上的位移传感器和布置在所述管片拼装机上的角度传感器来控制所述管片拼装机的各油缸的行程和所述管片拼装机的转动角度。
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