CN110593885B - 一种包括管片拼装机的掘进设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包括管片拼装机的掘进设备，包括盾体、安装在所述盾体前端的刀盘、与所述盾体后端固定连接的托梁、安装在所述托梁上的驱动装置、安装在所述驱动装置驱动端的抓取头和用于控制所述驱动装置驱动所述抓取头至拼装位的控制器，还包括安装在所述盾体或所述托梁上以用于检测所述盾体偏转角度的偏转角度传感器，所述控制器能够根据所述偏转角度传感器的检测值控制所述驱动装置驱动所述抓取头至修正拼装位置。控制器能够根据偏转角度传感器的检测值控制驱动装置驱动抓取头修正。在后期无需设置检测器精细检测时，上述操作能够起到回正的作用。综上，该管片拼装机能够有效地解决管片拼装过程易出现抓取头抓取偏差的问题。

Description

一种包括管片拼装机的掘进设备

技术领域

本发明涉及巷道作业设备技术领域，更具体地说，涉及一种包括管片拼装机的掘进设备。

背景技术

在目前的隧道管片拼装操作中，主要方式是，由管片拼装手操作遥控装置控制管片拼装机，对管片进行抓取、拼装等操作。管片拼装机对管片的智能化识别、抓取、线路规划、拼装等操作技术因现场的恶劣条件、多变的现场状况等原因并未得到推广应用，现场试验或者应用也较少。

管片拼装机定位在盾体上面。坐标系一般以盾体为基准建立，抓取前管片检测装置一般也相对于盾体固定，如专利207297030U一种管片自动识别定位装置。专利207297030U提出了一种管片识别抓取方案，对于各种因素可能引起的偏差未涉及，这导致管片拼装过程易出现抓取头抓取偏差的问题。

综上所述，如何有效地解决管片拼装过程易出现抓取头抓取偏差的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种包括管片拼装机的掘进设备，该管片拼装机可以有效地解决管片拼装过程易出现抓取头抓取偏差的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种包括管片拼装机的掘进设备，包括盾体、安装在所述盾体前端的刀盘、与所述盾体后端固定连接的托梁、安装在所述托梁上的驱动装置、安装在所述驱动装置驱动端的抓取头和用于控制所述驱动装置驱动所述抓取头至拼装位的控制器，还包括安装在所述盾体或所述托梁上以用于检测所述盾体偏转角度的偏转角度传感器，所述控制器能够根据所述偏转角度传感器的检测值控制所述驱动装置驱动所述抓取头至修正拼装位置。

在该包括管片拼装机的掘进设备中，在使用时，当存在推进参数配置不合适的情况而导致盾体跟随旋转，即此时托梁跟随旋转。而其中偏转角度传感器则能够检测盾体偏转角度，随后控制器根据偏转角度传感器的检测值控制驱动装置驱动抓取头修正，以弥补抓取头跟随盾体的偏转。通过该角度偏转传感器，能够有效地识别盾体是否发生旋转，并通过控制器，能够驱动抓取头移回至初始位置，以方便后期抓取操作。在后期无需设置检测器精细检测时，上述操作能够起到回正的作用。倘若设置了检测器，也能够辅助使用，以避免因盾体偏转而造成超出了现有一般检测器的检测范围。综上所述，该管片拼装机能够有效地解决管片拼装过程易出现抓取头抓取偏差的问题。

优选地，所述偏转角度传感器能够测量所述盾体三个彼此相互垂直方向上偏转角度。

优选地，所述偏转角度传感器能够用于测量所述盾体绕自身转动轴线偏转的偏转角度、用于测量所述盾体的转动轴线在上下方向以及左右方向上的偏转角度。

优选地，所述偏转角度传感器设置在所述盾体远离所述刀盘的一端端面上。

优选地，所述控制器还用于控制所述驱动装置驱动所述抓取头至抓取位并完成抓取操作；还包括用于检测所述抓取头在所述抓取位抓取对象时相对抓取对象在轴向横截面所在平面内位置的定位检测装置，所述定位检测装置固定安装在所述抓取头上。

优选地，所述定位检测装置包括开口朝下的弓形安装架、安装在所述弓形安装架中部以用于检测抓取对象竖向高度的竖向检测器和安装在所述弓形安装架两端以用于检测抓取对象横向位置的横向检测器。

优选地，在所述抓取头远离所述盾体的一侧设置有用于检测是否有管片输送过来的管片检测装置，所述管片检测装置固定安装在所述托梁的下侧。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例提供的掘进设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的定位检测装置的结构示意图。

附图中标记如下：

刀盘1、盾体2、偏转角度传感器3、托梁4、抓取头5、定位检测装置6、螺栓7、管片8、管片检测装置9、驱动装置10、弓形安装架61、竖向检测器62、横向检测器63。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种管片拼装机，该管片拼装机可以有效地解决管片拼装过程易出现抓取头抓取不方便的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2，图1为本发明实施例提供的掘进设备的结构示意图；图2为本发明实施例提供的定位检测装置的结构示意图。

在一种具体实施例中，本实施例提供了一种包括管片拼装机的掘进设备，以用于管片8拼装。具体的，该管片拼装机包括盾体2、刀盘1、托梁4、驱动装置10、抓取头5、控制器和偏转角度传感器3。

其中刀盘1安装在盾体2前端，刀盘1用于向前钻孔操作，而在刀盘1进行钻孔的过程中，盾体2相对整个钻孔部位固定，即在地面下掘进时，该盾体2相对地面稳定，以稳定支撑刀盘1。具体的盾体2以及刀盘1的结构均可以参考现有技术，在此不再详细赘述。

其中盾体2的后端与托梁4固定连接，以由盾体2进行支撑。其中驱动装置10用于安装托梁4上，而抓取头5安装在驱动装置10的驱动端，通过驱动装置10的驱动，以实现抓取头5在一定范围内的移动，以移动至抓取位，完成抓取操作，并在完成抓取操作后，携带被抓取的目标对象，即管片8，移动至拼装位并完成拼装操作，需要说明的是，此处的拼装操作主要是指将管片8放置在拼装位。

其中抓取头5应当与管片8被抓取部位的结构相对应。一般来说，为了抓取方便，会在管片8上连接有螺栓7，此时对应的，会在抓取头5设置有卡槽，卡槽一端设置有开口，以卡入螺栓7的螺杆部，进而能够通过对该螺栓7的螺头施力，以提起管片8。并在拼装位，放置好管片8后，驱动抓取头5平移以退出螺栓7，然后在移动至初始位，或再次移动至抓取位，以抓取下一个管片8。

需要说明的是，其中驱动装置10用于驱动抓取头5在预定的范围内随意移动至任一位置，具体的驱动形式主要有两种，一种是三个彼此相互垂直的直线驱动叠加在一起，进而驱动至三维空间内任一位置；另一种是，一个旋转驱动结合两个直线驱动，以驱动至三维空间内任一位置。具体的驱动形式可以根据需要进行设置。需要说明的是，根据不停的抓取方式，其中驱动装置10还可以是仅仅叠置两个驱动机构，以在一个平面内驱动。具体的，以能够实现至抓取位，完成抓取操作，并能够从抓取位移动至拼装位，完成拼装操作为准。

其中的控制器用于控制所述驱动装置10驱动所述抓取头(5)至拼装位以完成拼装操作。当然对应的还用于控制驱动装置10驱动抓取头5至抓取位并完成抓取操作，其中抓取位，即在抓取头5移动至该位置后向上提起能够带动管片8升降移动。而在管片8移动至目标位时，此时抓取头5与抓取位之间存在一定的距离，该控制器则是根据驱动装置10的驱动形式，选择一种驱动方式，使得驱动装置10驱动抓取头5移动至抓取位。

其中偏转角度传感器3安装在盾体2或托梁4上以用于检测所述盾体2偏转角度，具体的，该偏转角度传感器3可以安装在盾体2上，也可以安装在托梁4上。其中偏转角度传感器3用于测量盾体的偏转情况，以在盾体发生偏转时，通过测量的偏转角度，以获取该盾体2及其上安装的托梁4相对于地面的偏转情况，进而可以修正地面与托梁4之间的相对位置关系，以保证驱动装置10驱动抓取头移动至实际拼装位。

具体的，偏转角度传感器3测量的偏转方向，可以根据实际运行情况来选择，如管片拼装机本身运行方式不行，存在一些意外情况比如刀盘转矩超限等，会导致该盾体2和托梁4会绕刀盘转动轴线相对地面产生偏转，以地球地面为静止参考系，而在正常工作状态下，盾体2相对地面无转动。

具体的，又如考虑到在地质不良或者上下坡掘进时，管片拼装机相对于原坐标系(即地面)跟随俯仰，造成盾体2的转动轴线相对于地面上下方向以及左右方向偏转。

基于此，此处优选偏转角度传感器3能够测量所述盾体三个彼此相互垂直方向上偏转角度。更为直接的，此处优选偏转角度传感器3能够同时用于测量所述盾体2绕自身转动轴线偏转的偏转角度、用于测量所述盾体2的转动轴线在上下方向以及左右方向上的偏转角度。当然可以根据管片拼装机的实际运行状况，使该偏转角度传感器3仅用于测量其中易产生偏转的角度，进行角度偏转检测。

而在偏转角度传感器3在检测到盾体2角度偏转时，此时控制器应当能够根据偏转角度传感器3的检测值，控制驱动装置10驱动抓取头5至修正拼装位置，其中修正拼装位置，即实际拼装位置，即根据角度偏转传感器检测的检测值对目标拼装位进行修正后得到的位置。

具体的，以地面参考系为静止参考系，而以盾体2的转动轴线为基准的参考系为动参考系，其中控制器控制驱动装置10驱动抓取头5移动，以使动参考系的三维坐标进行驱动，正常情况下，动参考系相对于静止参考系是相对不变的，基于动参考系确定坐标，则该坐标位相对静止坐标系也是不变的。而绕盾体2的转动轴线向左转动预定角度时，那么动参考系相对静止参考系绕盾体2的转动轴线，向左偏转了上述预定角度，即获取了动参考系相对静止参考系的变化程度，即静止参考系上的实际坐标位，在新的动参考系上的坐标值即可以确定，即称为以新的动参考系为基准的修正坐标，然后将以新的动参考系为基准的目标坐标，修正为该修正坐标。

需要说明的是，具体的，其中偏转角度传感器的角度测量方式可以参考现有技术，一般利用陀螺仪原理进行测量。为了更好的引导抓取头至拼装位，还可以三个相互垂直方向上的平移偏离距离的传感器。对应的其中驱动装置可以万向驱动装置，即六个自由度方向均可以分别驱动。

在该包括管片拼装机的掘进设备中，在使用时，当存在推进参数配置不合适的情况而导致盾体2跟随旋转，即相对地面发生旋转时，即此时托梁4跟随旋转。而其中偏转角度传感器3则能够检测盾体2偏转角度，随后控制器根据偏转角度传感器3的检测值控制驱动装置10驱动抓取头5修正，以弥补抓取头5跟随盾体2的偏转。通过该角度偏转传感器，能够有效地识别盾体2是否发生旋转，并通过控制器，能够驱动抓取头5移回至初始位置，以方便后期抓取操作。在后期无需设置检测器精细检测时，上述操作能够起到回正的作用。倘若设置了检测器，也能够辅助使用，以避免因盾体2偏转而造成超出了现有一般检测器的检测范围。综上所述，该管片拼装机能够有效地解决管片8拼装过程易出现抓取头5抓取偏差的问题。

进一步的，此处优选偏转角度传感器3设置在盾体2远离刀盘1的一端端面上。进一步，在实际运行中，在抓取头对管片8进行抓取时，因为抓取头移动至抓取位越精确，则抓取效果越好。而且可能存在各种误差，会导致管片8到达位置与目标预想的位置不一致，进而导致后面操作偏差，基于此，此处优选，还包括用于检测抓取头5在所述抓取位抓取对象时相对抓取对象在轴向横截面所在平面内位置的定位检测装置6，定位检测装置6固定安装在抓取头5上，具体的可以通过平面内两个相互垂直的坐标系，来详细衡量管片8的位置。

其中定位检测装置6的检测方式具有多种，为了方便检测，此处优选，定位检测装置6包括开口朝下的弓形安装架61、安装在弓形安装架61中以用于检测竖向高度的竖向检测器62和安装在弓形安装架61两端以用于检测横向位置的横向检测器63，即具有两个横向检测器63，以分别安装在弓形安装架61的两端，以分别进行检测。其中横向检测器63与竖向检测器62所检测的对象均为上述抓取头5的抓取对象。其中横向检测器63与竖向检测器62一般为距离检测器，具体的距离检测器的结构可以参考现有技术。

进一步的，为了更好的判断管片8是否送装到位，基于此，此处优选，在抓取头5远离盾体2的一侧设置有用于检测是否有管片8输送过来的管片检测装置9，该管片检测装置9固定安装在托梁4的下侧。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种包括管片拼装机的掘进设备，包括盾体(2)、安装在所述盾体(2)前端的刀盘(1)、与所述盾体(2)后端固定连接的托梁(4)、安装在所述托梁(4)上的驱动装置(10)、安装在所述驱动装置(10)驱动端的抓取头(5)和用于控制所述驱动装置(10)驱动所述抓取头(5)至拼装位的控制器，其特征在于，还包括安装在所述盾体(2)或所述托梁(4)上以用于检测所述盾体(2)偏转角度的偏转角度传感器(3)，所述控制器能够根据所述偏转角度传感器(3)的检测值控制所述驱动装置(10)驱动所述抓取头(5)至修正拼装位置；所述偏转角度传感器(3)能够用于测量所述盾体(2)绕自身转动轴线偏转的偏转角度、用于测量所述盾体(2)的转动轴线在上下方向以及左右方向上的偏转角度。

2.根据权利要求1所述的掘进设备，其特征在于，所述偏转角度传感器(3)能够测量所述盾体(2)三个彼此相互垂直方向上偏转角度。

3.根据权利要求2所述的掘进设备，其特征在于，所述偏转角度传感器(3)设置在所述盾体(2)远离所述刀盘(1)的一端端面上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的掘进设备，其特征在于，所述控制器还用于控制所述驱动装置(10)驱动所述抓取头(5)至抓取位并完成抓取操作；还包括用于检测所述抓取头(5)在所述抓取位抓取对象时相对抓取对象在轴向横截面所在平面内位置的定位检测装置(6)，所述定位检测装置(6)固定安装在所述抓取头(5)上。

5.根据权利要求4所述的掘进设备，其特征在于，所述定位检测装置(6)包括开口朝下的弓形安装架(61)、安装在所述弓形安装架(61)中部以用于检测抓取对象竖向高度的竖向检测器(62)和安装在所述弓形安装架(61)两端以用于检测抓取对象横向位置的横向检测器(63)。

6.根据权利要求5所述的掘进设备，其特征在于，在所述抓取头(5)远离所述盾体(2)的一侧设置有用于检测是否有管片(8)输送过来的管片检测装置(9)，所述管片检测装置(9)固定安装在所述托梁(4)的下侧。

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