CN110593916B - 拱架调整设备及拱架调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种拱架调整设备及拱架调整方法，其中，拱架调整设备包括：拼装环和拱架调整机构，拱架调整机构包括行走装置、周向位移装置、举升装置及抓取装置，周向位移装置设置于行走装置，可在行走装置的作用下沿拱架调整机构的长度方向运动，举升装置设置于周向位移装置，可在周向位移装置的驱动下沿拱架调整机构的宽度方向运动，抓取装置设置于举升装置，可在举升装置的驱动下升降，抓取装置用于抓取待拼装拱架；控制系统，与拱架调整机构相连接，获取待拼装拱架的当前位置及待拼装拱架的目标位置，并根据待拼装拱架的当前位置及目标位置控制拱架调整机构工作。本发明提出的拱架调整设备可以有效提高待拼装拱架拼装的速度与质量。

Description

拱架调整设备及拱架调整方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体而言，涉及一种拱架调整设备及一种拱架调整方法。

背景技术

隧道钢拱架支护是我国隧道工程建设过程中较为常见的一种形式，在隧道施工建设的过程中，为了对隧道进行固定支撑，更好的实现安全施工，需要对隧道的顶部和周围进行支护。

岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine，以下简称TBM)是隧道掘进开挖与支护的重大工程装备。随着我国交通事业的飞速发展，高速铁路公路建设步伐的加快，TBM施工越来越多应用于穿山越岭的大型隧道工程中。为保证开挖之后隧道不塌方，目前普遍采用钢拱架配合钢筋网进行加强支护，但是现有的拱架拼装机只能辅助人工机械化作业，存在自动化程度低、劳动强度大、操作依赖人工经验、质量不稳定、效率低的问题，不适应TBM高效、安全施工要求，是制约TBM掘进效率提高的技术瓶颈。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明第一方面提供了一种拱架调整设备。

本发明第二方面提供了一种拱架调整方法。

本发明第一方面提供了一种拱架调整设备，包括：拼装环；拱架调整机构，拱架调整机构包括行走装置、周向位移装置、举升装置及抓取装置，周向位移装置位于行走装置上，并可在行走装置的作用下沿拱架调整机构的长度方向运动，举升装置设置于周向位移装置上，并可在周向位移装置的驱动下沿拱架调整机构的宽度方向运动，抓取装置设置于举升装置上，并可在举升装置的驱动下升降，抓取装置用于抓取待拼装拱架；控制系统，与拱架调整机构相连接，用于获取待拼装拱架的当前位置及待拼装拱架的目标位置，并根据待拼装拱架的当前位置及目标位置控制拱架调整机构工作，完成待拼装拱架在拼装环内的位置调整。

本发明提出的拱架调整设备包括拼装环、拱架调整机构及控制系统。其中，拱架调整机构用于将待拼装拱架放置于拼装环内，并对待拼装拱架的位置进行调整，以完成对待拼装拱架的位置调整，保证下一工序的有序进行；控制系统用于获取待拼装拱架的当前位置和目标位置，并基于上述位置信息控制拱架调整机构完成调整过程。具体地，控制系统引入单相机加结构光的方式，可以准确获知待拼装拱架的当前位置和目标位置，进而根据运动学算法精确控制拱架调整机构工作，从而控制拱架调整机构对拼装环内的待拼装拱架的位置进行调整，使得待拼装拱架的安装孔与已拼装拱架的安装孔对齐，保证下一工序进行连接工作。

其中，拱架调整机构包括行走装置、周向位移装置、举升装置及抓取装置。行走装置可沿拱架调整机构的长度方向移动，进而带动位于行走装置上方的周向位移装置、举升装置及抓取装置移动，并可实现上述装置在水平方向的转动；周向位移装置可沿拱架调整机构的宽度方向移动，进而带动位于周向位移装置上的举升装置和抓取装置移动；举升装置可以升降，进而带动位于举升装置上的抓取装置上下移动，并可实现抓取装置在竖直方向的转动；抓取装置用于抓取待拼装拱架，并在行走装置、周向位移装置及举升装置的共同作用下调整待拼装拱架的位置。

本发明提出的拱架调整设备，引入单相机加结构光的方式准确定位待拼装拱架的当前位置和目标位置，引入运动学算法来精确控制拱架调整机构工作，以将待拼装拱架运动到目标位置，可以有效提高待拼装拱架拼装的速度与质量。

根据本发明上述的拱架调整设备，还可以具有以下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，行走装置包括：至少两个第一油缸，至少两个第一油缸沿拱架调整机构的长度方向设置；安装座，位于至少两个第一油缸上，周向位移装置设置于安装座上；基于至少两个第一油缸的伸缩量相同的情况，安装座发生移动；基于至少两个第一油缸的伸缩量不同的情况，安装座抓取装置转动。

在该技术方案中，行走装置包括至少两个第一油缸及安装座，其中，至少两个第一油缸沿拱架调整机构的长度方向设置，并可在拱架调整机构的长度方向伸缩，安装座与至少两个第一油缸相连接，并可在至少两个第一油缸的驱动下实现移动或转动。通过行走装置中至少两个第一油缸的配合，可实现拱架调整机构在一个自由度的线性运动和转动。

具体地，在至少两个第一油缸伸缩的过程中，当至少两个第一油缸的伸缩量相同时，安装座可沿拱架调整机构的长度方向移动，进而驱动安装座及位于安装座上的其他装置移动；当至少两个第一油缸的伸缩量不同时，安装座会因为伸缩量的差值发生转动，进而带动位于安装座上的其他装置随之转动。

在上述任一技术方案中，优选地，安装座的一侧与至少两个第一油缸相连接，安装座的另一侧设置有轨道，轨道沿拱架调整机构的宽度方向设置；周向位移装置设置有多个滚轮，滚轮可沿轨道滚动。

在该技术方案中，周向位移装置上设置有多个滚轮，且安装座朝向周向位移装置的一侧设置有轨道，轨道沿拱架调整机构的宽度方向设置，并与滚轮相适配。在使用过程中，滚轮可沿轨道滚动，进而带动周向位移装置沿拱架调整机构的宽度方向移动，实现在一个自由度的线性运动。

具体地，可将轨道设置为弯曲形状，并且保证周向位移装置在轨道上的滚动轨迹与拼装环的弯曲程度相匹配。

在上述任一技术方案中，优选地，举升装置包括：至少两个第二油缸，至少两个第二油缸的一端与周向位移装置相连接，另一端与抓取装置相连接；基于至少两个第二油缸的伸缩量相同的情况，抓取装置升降运动；基于至少两个第二油缸的伸缩量不同的情况，抓取装置发生运动。

在该技术方案中，举升装置包括至少两个第二油缸，且至少两个第二油缸沿竖直方向设置，并可沿竖直方向伸缩。举升装置可实现拱架调整机构在一个自由度的线性运动和在另一个自由度的转动。

具体地，在至少两个第二油缸伸缩的过程中，当至少两个第二油缸的伸缩量相同时，抓取装置可实现升降；当至少两个第二油缸的伸缩量不同时，抓取装置会因为两个第二油缸的伸缩量的差值在竖直面发生转动。

在上述任一技术方案中，优选地，至少两个第二油缸中的一个与抓取装置通过固定耳座相连接，至少两个第二油缸中的另一个与抓取装置通过铰接耳座相连接；举升装置还包括滑移平板和弹性件，铰接耳座通过滑移平板与抓取装置相连接，弹性件位于固定耳座与抓取装置之间及滑移平板与抓取装置之间。

在该技术方案中，一个第二油缸与抓取装置通过固定耳座相连接，另一个第二油缸与抓取装置通过铰接耳座相连接，通过铰接耳座相连接的一端可实现转动连接；铰接耳座与抓取装置之间设置有滑移平板，基于至少两个第二油缸伸缩量不同的情况，滑移平板发生偏移，进而带动与之相连接的抓取装置转动，实现在一个自由度的转动。

在上述任一技术方案中，优选地，抓取装置包括以下之一或其组合：机械爪、电永磁铁、真空吸盘。

在该技术方案中，抓取装置包括但不限于以下结构：机械爪、电永磁铁、真空吸。其中，机械爪适应范围广，可满足各种类型待拼装拱架的抓取；电永磁铁在待拼装拱架的结构满足要求时可考虑采用，电永磁铁抓取稳定，节能，断电后可靠；在抓取大重量待拼装拱架等支护件时，可考虑采用真空吸盘等形式；同时上述几种抓取方式可以搭配共同作用，增加抓取能力与可靠性。

在上述任一技术方案中，优选地，基于抓取装置包括机械爪的情况，机械爪包括：微调油缸组，设置于周向位移装置上；机械爪钳，与微调油缸组通过转动轴承相连接，机械爪钳可在微调油缸组的驱动下转动。

在该技术方案中，当抓取装置包括机械爪时，进一步限定机械抓包括微调油缸组及与之相连接的机械爪钳，其中，微调油缸组与机械爪钳通过转动轴承实现可转动式连接，在微调油缸组上设置有多个微调油缸，且微调油缸沿转动轴承的周向分布，通过多个微调油缸可实现对机械爪钳位置的微调，使得机械爪可根据待拼装拱架的结构及位置进行微调，进而提升拱架调整机构的适应性。

在上述任一技术方案中，优选地，拱架调整机构还包括：周向转动装置，行走装置设置于周向转动装置上，周向转动装置内设置有多组伸缩油缸，基于多组伸缩油缸的伸缩量不同的情况下，行走装置发生转动。

在该技术方案中，拱架调整机构还包括周向转动装置，其中，将周向转动装置设置在行走装置的底部，用于承载整个拱架调整机构。周向转动装置内设置有多组转动油缸，通过多组转动油缸驱动行走装置运动，当多组转动油缸的伸缩量不同时，行走装置可在周向转动装置的驱动下沿竖直面发生转动，进而实现一个自由度上的转动。

在上述任一技术方案中，优选地，控制系统包括：行程传感器，多个行程传感器分别设置于行走装置、周向位移装置、举升装置及抓取装置上；相机，设置于拼装环上，用于获取拱架调整机构的图像信息；控制器，与行程传感器及相机相连接，控制器可根据图像信息确定待拼装拱架的当前位置和目标位置，并可根据行程传感器的检测结果控制拱架调整机构工作。

在该技术方案中，控制系统包括行程传感器、相机和控制器，其中，将相机设置于拼装环上，用于获取拱架调整机构的图像信息，并将该图像信息传递至控制器；控制器可对该图像信息进行解析，以获取待拼装拱架的当前位置和目标位置，进而计算得出待拼装拱架的位置偏差，并最终将位置偏差转化为拱架调整机构中各装置的运动行程；行走装置、周向位移装置、举升装置及抓取装置上分别设置有行程传感器，用于检测上述各装置的运动行程。

在对待拼装拱架进行调整的过程中，控制器根据待拼装拱架的位置偏差控制拱架调整机构中各装置运动计算得出的运动行程；行程传感器实时检测各装置的运动情况，实现对调整过程的实时监控，保证对待拼装拱架的位置调整精度。

本发明第二方面提供了一种拱架调整方法，包括：获取待拼装拱架在基坐标系下的目标位置；获取待拼装拱架在相机坐标系下的当前位置，并根据转换矩阵确定待拼装拱架在基坐标系下的当前位置；根据待拼装拱架在基坐标系下的当前位置和待拼装拱架在基坐标系下的目标位置，计算待拼装拱架的位置偏差；根据待拼装拱架的位置偏差控制拱架调整机构工作，以完成待拼装拱架的位置调整。

本发明提出的拱架调整方法，首先获取待拼装拱架在基坐标系下的位置，然后利用相机获取待拼装拱架在相机坐标系下的当前位置，并根据相机坐标系与基坐标系的转换矩阵，计算得出待拼装拱架在基坐标系下的当前位置；在已知待拼装拱架在基坐标系下的当前位置及目标位置后，便可得出待拼装拱架在基坐标系下的位置偏差，进而根据上述位置偏差控制拱架调整机构工作，以实现待拼装拱架的位置调整，使得待拼装拱架的安装孔与已拼装拱架的安装孔对齐，保证下一工序进行连接工作。

本发明提出的拱架调整方法，引入单相机加结构光的方式准确定位待拼装拱架的当前位置和目标位置，引入运动学算法来精确控制拱架调整机构工作，以将待拼装拱架运动到目标位置，可以有效提高待拼装拱架拼装的速度与质量。

根据本发明上述的拱架调整方法，还可以具有以下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，获取待拼装拱架在相机坐标系下的当前位置，并根据转换矩阵确定待拼装拱架在基坐标系下的当前位置的步骤之前，还包括：在基坐标系下，获取多个转换点的位置，并标记为矩阵B；在相机坐标系下，获取多个转换点的位置，并标记为矩阵A；根据公式A*X＝B，可以得到，X＝A^-1B；其中，X即为转换矩阵。

在该技术方案中，在基坐标系下获取多个转换点的位置，并将是上述多个转换点标记为矩阵B，获取同一转换点在相机坐标系下的位置，并将其标记为矩阵A，我们假设转换矩阵为X，相机坐标系下转换点的矩阵A与转换矩阵X的乘积即为基坐标系下转换点的矩阵B：A*X＝B，通过逆运算，我们也可得到X＝A^-1B，即可获得转换矩阵X。并将该转换矩阵X应用于基坐标系及相机坐标系的转化中。

具体地，选取9个点作为转换点。在基坐标系下测量出9个已知点B₁、...、B₉，用相机拍摄这9个点，得到在相机坐标系下的坐标A₁、...、A₉。

由公式：

可以得到：

X即为标定的相机坐标系到基坐标系的转换矩阵。

在上述任一技术方案中，优选地，根据待拼装拱架在基坐标系下的当前位置和待拼装拱架在基坐标系下的目标位置，计算待拼装拱架的位置偏差的步骤，具体包括：基于运动学方程和三角函数关系，计算待拼装拱架处于当前位置时，拱架调整机构中伸缩油缸的当前伸出量；基于运动学方程和三角函数关系，计算待拼装拱架处于目标位置时，拱架调整机构中伸缩油缸的目标伸出量；根据伸缩油缸的当前伸出量和目标伸出量，计算伸缩油缸的伸缩行程变化量，伸缩油缸的伸缩行程变化量即为待拼装拱架的位置偏差。

在该技术方案中，在获取到待拼装拱架在基坐标系下的当前位置后，基于运动学方程，即可得出待拼装拱架处于当前位置时，拱架调整机构中各个调整装置在不同自由度的运动行程，进而基于三角函数关系，得出每个伸缩油缸的当前伸出量；在获取到待拼装拱架在基坐标系下的目标位置后，基于运动学方程，即可得出待拼装拱架处于目标位置时，拱架调整机构中各个调整装置在不同自由度的运动行程，进而基于三角函数关系，得出每个伸缩油缸的目标伸出量；在每个伸缩油缸的目标伸出量及当前伸出量后，便可计算伸缩油缸的伸缩行程变化量。

值得注意的是，拱架调整机构中每个油缸运动上述伸缩行程变化量后，即可将待拼装拱架从当前位置调整到目标位置，实现对待拼装拱架的位置调整，因此，上述伸缩油缸的伸缩行程变化量可视为待拼装拱架的位置偏差。

在上述任一技术方案中，优选地，该包括：收集多组待拼装拱架在基坐标系下的当前位置数据和多组待拼装拱架在基坐标系下的目标位置数据；基于机器学习原理或人工网络模型，根据多组待拼装拱架在基坐标系下的当前位置数据和多组待拼装拱架在基坐标系下的目标位置数据，训练运动学方程，以对运动学方程进行调整。

在该技术方案中，在调整一段时间后，可收集多组待拼装拱架在基坐标系下调整前后的数据，并对多组数据进行比对处理，得到上述拱架调整方法性；然后基于机器学习原理或人工网络模型，根据同一个待拼装拱架在基坐标系下的当前位置数据及目标位置数据，对运动学方程进行训练，以降低计算偏差，得到最优运动学方程，并使用训练得到的最优运动学方程，以提升对待拼装拱架的调整精度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的拱架调整设备的结构示意图；

图2为图1所示实施例的拱架调整设备中举升装置的结构示意图；

图3为图1所示实施例的拱架调整设备中抓取装置的结构示意图；

图4为图1所示实施例的拱架调整设备中周向转动装置的结构示意图；

图5为图1所示实施例的拱架调整设备的工作状态示意图(调整待拼装拱架的位置)；

图6为图1所示实施例的拱架调整设备的工作状态示意图(放置最后一块待拼装拱架)；

图7是本发明一个实施例的拱架方法的示意流程图；

图8是本发明又一个实施例的拱架方法的示意流程图；

图9为图7所示的拱架方法的示意流程图中S406的具体示意流程图；

图10是本发明又一个实施例的拱架方法的示意流程图；

图11是本发明一个具体实施例中拱架调整设备的工作流程示意图。

其中，图1至图6中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1拼装环，2拱架调整机构，22行走装置，222第一油缸，224安装座，226轨道，24周向位移装置，242滚轮，26举升装置，262第二油缸，264固定耳座，266铰接耳座，268滑移平板，270弹性件，28抓取装置，282微调油缸组，284机械爪钳，286转动轴承，288微调油缸，30周向转动装置，302转动油缸，32限位装置，3相机，100待拼装拱架。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图11来描述根据本发明一些实施例提供的拱架调整设备及拱架调整方法。

如图1至图6所示，本发明提出了第一方面提出了一种拱架调整设备，包括：拼装环1；拱架调整机构2，拱架调整机构2包括行走装置22、周向位移装置24、举升装置26及抓取装置28，周向位移装置24位于行走装置22上，并可在行走装置22的作用下沿拱架调整机构2的长度方向运动，举升装置26设置于周向位移装置24上，并可周向位移装置24的驱动下沿拱架调整机构2的宽度方向运动，抓取装置28设置于举升装置26上，并可在举升装置26的驱动下升降，抓取装置28用于抓取待拼装拱架100；控制系统，与拱架调整机构2相连接，用于获取待拼装拱架100的当前位置及待拼装拱架100的目标位置，并根据待拼装拱架100的当前位置及目标位置控制拱架调整机构2工作，完成待拼装拱架100在拼装环1内的位置调整。

本发明提出的拱架调整设备包括拼装环1、拱架调整机构2及控制系统。其中，拱架调整机构2用于将待拼装拱架100放置于拼装环1内，并对放置位置进行调整，以完成对待拼装拱架100的位置调整，保证下一工序的有序进行；控制系统用于获取待拼装拱架100的当前位置和目标位置，并基于上述位置信息控制拱架调整机构2完成调整过程。具体地，控制系统引入单相机加结构光的方式，可以准确获知待拼装拱架100的当前位置和目标位置，进而根据运动学算法精确控制拱架调整机构2工作，从而控制拱架调整机构2对拼装环1内的待拼装拱架100的位置进行调整，使得待拼装拱架100的安装孔与已拼装拱架的安装孔对齐，保证下一工序进行连接工作。

其中，拱架调整机构2包括行走装置22、周向位移装置24、举升装置26及抓取装置28。行走装置22可沿拱架调整机构2的长度方向移动，进而带动位于行走装置22上方的周向位移装置24、举升装置26及抓取装置28移动，并可实现上述装置在水平方向的转动；周向位移装置24可沿拱架调整机构2的宽度方向移动，进而带动位于周向位移装置24上的举升装置26和抓取装置28移动；举升装置26可以升降，进而带动位于举升装置26上的抓取装置28上下移动，并可实现抓取装置28在竖直方向的转动；抓取装置28用于抓取待拼装拱架100，并在行走装置22、周向位移装置24及举升装置26的共同作用下调整待拼装拱架100的位置。

本发明提出的拱架调整设备，引入单相机加结构光的方式准确定位待拼装拱架100的当前位置和目标位置，引入运动学算法来精确控制拱架调整机构2工作，以将待拼装拱架100运动到目标位置，可以有效提高待拼装拱架100拼装的速度与质量。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图1所示，行走装置22包括：两个第一油缸222，两个第一油缸222沿拱架调整机构2的长度方向设置；安装座224，位于两个第一油缸222上，周向位移装置24设置于安装座224上；基于两个第一油缸222的伸缩量相同的情况，安装座224发生移动；基于两个第一油缸222的伸缩量不同的情况，安装座224抓取装置28转动。

在该实施例中，行走装置22包括两个第一油缸222及安装座224，其中，两个第一油缸222沿拱架调整机构2的长度方向设置，并可在拱架调整机构2的长度方向伸缩，安装座224与两个第一油缸222相连接，并可在两个第一油缸222的驱动下实现移动或转动。通过行走装置22中第一油缸222的配合，可实现拱架调整机构2在一个自由度的线性运动和转动。

具体地，如图5所示，两个第一油缸222伸缩的伸缩量分别用LI和L2表示，则在两个第一油缸222伸缩的过程中，当两个第一油缸222各自的伸缩量LI和L2相同时，安装座224可沿拱架调整机构2的长度方向移动，进而驱动安装座224及位于安装座224上的其他装置移动；当两个第一油缸222各自的伸缩量LI和L2不同时，安装座224会因为伸缩量的差值发生转动，进而带动位于安装座224上的其他装置随之转动。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，优选地，安装座224的一侧与两个第一油缸相连接，安装座224的另一侧设置有轨道226，轨道226沿拱架调整机构2的宽度方向设置；周向位移装置24设置有多个滚轮242，滚轮242可沿轨道226滚动。

在该实施例中，周向位移装置24上设置有多个滚轮242，且安装座224朝向周向位移装置24的一侧设置有轨道226，轨道226沿拱架调整机构2的宽度方向设置，并与滚轮242相适配。在使用过程中，滚轮242可沿轨道226滚动，进而带动周向位移装置24沿拱架调整机构2的宽度方向移动，实现在一个自由度的线性运动。

具体地，如图1所示，可将轨道226设置为弯曲形状，并且保证周向位移装置24在轨道226上的滚动轨迹与拼装环1的弯曲程度相匹配。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，举升装置26包括：两个第二油缸262，两个第二油缸262的一端与周向位移装置24相连接，另一端与抓取装置28相连接；基于两个第二油缸262的伸缩量相同的情况，抓取装置28升降运动；基于两个第二油缸262的伸缩量不同的情况，抓取装置28发生运动。

在该实施例中，举升装置26包括两个第二油缸262，且两个第二油缸262沿竖直方向设置，并可沿竖直方向伸缩。举升装置26可实现拱架调整机构2在一个自由度的线性运动和在另一个自由度的转动。

具体地，如图5所示，两个第二油缸262伸缩的伸缩量分别用L4和L5表示，则在两个第二油缸262伸缩的过程中，当两个第二油缸262各自的伸缩量L4和L5相同时，抓取装置28可实现升降运动；当两个第二油缸262各自的伸缩量L4和L5不同时，抓取装置28会因为两个第二油缸262的伸缩量的差值在竖直面发生转动。

具体地，如图2所示，当两个第二油缸262各自的伸缩量不同时，可使得举升装置26在竖直面产生一定的倾斜角度，倾斜角度为α。

在本发明的一个实施例中，优选地，两个第二油缸262中的一个与抓取装置28通过固定耳座264相连接，两个第二油缸262中的另一个与抓取装置28通过铰接耳座266相连接；举升装置26还包括滑移平板268和弹性件270，铰接耳座266通过滑移平板268与抓取装置28相连接，弹性件270位于固定耳座264与抓取装置28之间及滑移平板268与抓取装置28之间。

在该实施例中，一个第二油缸262与抓取装置28通过固定耳座264相连接，另一个第二油缸262与抓取装置28通过铰接耳座266相连接，通过铰接耳座266相连接的一端可实现转动连接；铰接耳座266与抓取装置28之间设置有滑移平板268，基于两个第二油缸262伸缩量不同的情况，滑移平板268发生偏移，进而带动与之相连接的抓取装置28转动，实现在一个自由度的转动。

在本发明的一个实施例中，优选地，抓取装置28包括以下之一或其组合：机械爪、电永磁铁、真空吸盘。

在该实施例中，抓取装置28包括但不限于以下结构：机械爪、电永磁铁、真空吸。其中，机械爪适应范围广，可满足各种类型待拼装拱架100的抓取；电永磁铁在待拼装拱架100的结构满足要求时可考虑采用，电永磁铁抓取稳定，节能，断电后可靠；在抓取大重量的待拼装拱架100等支护件时，可考虑采用真空吸盘等形式；同时上述几种抓取方式可以搭配共同作用，增加抓取能力与可靠性。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图3所示，基于抓取装置28包括机械爪的情况，机械爪包括：微调油缸组282，设置于周向位移装置24上；机械爪钳284，与微调油缸组282通过转动轴承286相连接，机械爪钳284可在微调油缸组282的驱动下转动。

在该实施例中，当抓取装置28包括机械爪时，进一步限定机械抓包括微调油缸组282及与之相连接的机械爪钳284，其中，微调油缸组282与机械爪钳284通过转动轴承286实现可转动式连接，在微调油缸组282上设置有多个微调油缸288，且微调油缸288沿转动轴承286的周向分布，通过多个微调油缸288可实现对机械爪钳284位置的微调，使得机械爪可根据待拼装拱架100的结构及位置进行微调，进而提升拱架调整机构2的适应性。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图4所示，拱架调整机构2还包括：周向转动装置30，行走装置22设置于周向转动装置30上，周向转动装置30内设置有多组伸缩油缸302，基于多组伸缩油缸302的伸缩量不同的情况下，行走装置22发生转动。

在该实施例中，拱架调整机构2还包括周向转动装置30，其中，将周向转动装置30设置在行走装置22的底部，用于承载整个拱架调整机构2。周向转动装置30内设置有多组伸缩油缸302，通过多组伸缩油缸302驱动行走装置22运动，当多组伸缩油缸302的伸缩量不同时，行走装置22可在周向转动装置30的驱动下沿竖直面发生转动，进而实现一个自由度上的转动。

在本发明的一个实施例中，优选地，如图5所示，控制系统包括：行程传感器(图中未示出)，多个行程传感器分别设置于行走装置22、周向位移装置24、举升装置及抓取装置28上；相机3，设置于拼装环1上，用于获取拱架调整机构2的图像信息；控制器(图中未示出)，与行程传感器及相机3相连接，控制器可根据图像信息确定待拼装拱架100的当前位置和目标位置，并可根据行程传感器的检测结果控制拱架调整机构2工作。

在该实施例中，控制系统包括行程传感器、相机3和控制器，其中，将相机3设置于拼装环1上，用于获取拱架调整机构2的图像信息，并将该图像信息传递至控制器；控制器可对该图像信息进行解析，以获取待拼装拱架100的当前位置和目标位置，进而计算得出待拼装拱架100的位置偏差，并最终将位置偏差转化为拱架调整机构2中各装置的运动行程；行走装置22、周向位移装置24、举升装置及抓取装置28上分别设置有行程传感器，用于检测上述各装置的运动行程。

在对待拼装拱架100进行调整的过程中，控制器根据待拼装拱架100的位置偏差控制拱架调整机构2中各装置运动计算得出的运动行程；行程传感器实时检测各装置的运动情况，实现对调整过程的实时监控，保证对待拼装拱架100的位置调整精度。

如图6所示，在拼装最后一块待拼装拱架100时，由于已拼装完成的拱架已经限定出其放置位置，因此直接将其放置于该位置即可，无法进行调整。同理，由于第一块待拼装拱架100不需要调整位置，其余是待拼装拱架100是基于第一块待拼装拱架100的位置进行调整的，因此直接选取一个位置放置即可。优选地，如图1所示，为保证拼装完成的拱架的一致性，在拼装环1上设置限位装置32，直接将第一块待拼装拱架100的一端与限位装置32相抵接放置。

图7是本发明一个实施例的拱架方法的示意流程图，如图7所示，包括：

S402，获取待拼装拱架在基坐标系下的目标位置；

S404，获取待拼装拱架在相机坐标系下的当前位置，并根据转换矩阵确定待拼装拱架在基坐标系下的当前位置；

S406，根据待拼装拱架在基坐标系下的当前位置和待拼装拱架在基坐标系下的目标位置，计算待拼装拱架的位置偏差；

S408，根据待拼装拱架的位置偏差控制拱架调整机构工作，以完成待拼装拱架的位置调整。

在该实施例中，首先获取待拼装拱架在基坐标系下的位置，然后利用相机获取待拼装拱架在相机坐标系下的当前位置，并根据相机坐标系与基坐标系的转换矩阵，计算得出待拼装拱架在基坐标系下的当前位置；在已知待拼装拱架在基坐标系下的当前位置及目标位置后，便可得出待拼装拱架在基坐标系下的位置偏差，进而根据上述位置偏差控制拱架调整机构工作，以实现待拼装拱架的位置调整，使得待拼装拱架的安装孔与已拼装拱架的安装孔对齐，保证下一工序进行连接工作。

本发明提出的拱架调整方法，引入单相机加结构光的方式准确定位待拼装拱架的当前位置和目标位置，引入运动学算法来精确控制拱架调整机构工作，以将待拼装拱架运动到目标位置，可以有效提高待拼装拱架拼装的速度与质量。

图8是本发明又一个实施例的拱架方法的示意流程图，如图8所示，包括：

S502，获取待拼装拱架在基坐标系下的目标位置；

S504，在基坐标系下，获取多个转换点的位置，并标记为矩阵B；

S506，在相机坐标系下，获取多个转换点的位置，并标记为矩阵A；

S508，根据公式A*X＝B，可以得到，X＝A^-1B；其中，X即为转换矩阵；

S510，获取待拼装拱架在相机坐标系下的当前位置，并根据转换矩阵确定待拼装拱架在基坐标系下的当前位置；

S512，根据待拼装拱架在基坐标系下的当前位置和待拼装拱架在基坐标系下的目标位置，计算待拼装拱架的位置偏差；

S514，根据待拼装拱架的位置偏差控制拱架调整机构工作，以完成待拼装拱架的位置调整。

在该实施例中，在基坐标系下获取多个转换点的位置，并将是上述多个转换点标记为矩阵B，获取同一转换点在相机坐标系下的位置，并将其标记为矩阵A，我们假设转换矩阵为X，相机坐标系下转换点的矩阵A与转换矩阵X的乘积即为基坐标系下转换点的矩阵B：A*X＝B，通过逆运算，我们也可得到X＝A^-1B，即可获得转换矩阵X。并将该转换矩阵X应用于基坐标系及相机坐标系的转化中。

具体地，选取9个点作为转换点。在基坐标系下测量出9个已知点B₁、...、B₉，用相机拍摄这9个点，得到在相机坐标系下的坐标A₁、...、A₉。

由公式：

可以得到：

X即为标定的相机坐标系到基坐标系的转换矩阵。

图9为图7所示的拱架方法的示意流程图中S406的具体示意流程图，如图9所示，包括：

S4062，基于运动学方程和三角函数关系，计算待拼装拱架处于当前位置时，拱架调整机构中伸缩油缸的当前伸出量；

S4064，基于运动学方程和三角函数关系，计算待拼装拱架处于目标位置时，拱架调整机构中伸缩油缸的目标伸出量；

S4066，根据伸缩油缸的当前伸出量和目标伸出量，计算伸缩油缸的伸缩行程变化量，伸缩油缸的伸缩行程变化量即为待拼装拱架的位置偏差。

在该实施例中，在获取到待拼装拱架在基坐标系下的当前位置后，基于运动学方程，即可得出待拼装拱架处于当前位置时，拱架调整机构中各个调整装置在不同自由度的运动行程，进而基于三角函数关系，得出每个伸缩油缸的当前伸出量；在获取到待拼装拱架在基坐标系下的目标位置后，基于运动学方程，即可得出待拼装拱架处于目标位置时，拱架调整机构中各个调整装置在不同自由度的运动行程，进而基于三角函数关系，得出每个伸缩油缸的目标伸出量；在每个伸缩油缸的目标伸出量及当前伸出量后，便可计算伸缩油缸的伸缩行程变化量。

值得注意的是，拱架调整机构中每个油缸运动上述伸缩行程变化量后，即可将待拼装拱架从当前位置调整到目标位置，实现对待拼装拱架的位置调整，因此，上述伸缩油缸的伸缩行程变化量可视为待拼装拱架的位置偏差。

图10是本发明又一个实施例的拱架方法的示意流程图，如图10所示，包括：

S602，获取待拼装拱架在基坐标系下的目标位置；

S604，获取待拼装拱架在相机坐标系下的当前位置，并根据转换矩阵确定待拼装拱架在基坐标系下的当前位置；

S606，根据待拼装拱架在基坐标系下的当前位置和待拼装拱架在基坐标系下的目标位置，计算待拼装拱架的位置偏差；

S608，根据待拼装拱架的位置偏差控制拱架调整机构工作，以完成待拼装拱架的位置调整；

S610，收集多组待拼装拱架在基坐标系下的当前位置数据和多组待拼装拱架在基坐标系下的目标位置数据；

S612，基于机器学习原理或人工网络模型，根据多组待拼装拱架在基坐标系下的当前位置数据和多组待拼装拱架在基坐标系下的目标位置数据，训练运动学方程，以对运动学方程进行调整。

在该实施例中，在调整一段时间后，可收集多组待拼装拱架在基坐标系下调整前后的数据，并对多组数据进行比对处理，得到上述拱架调整方法的准确性；然后基于机器学习原理或人工网络模型，根据同一个待拼装拱架在基坐标系下的当前位置数据及目标位置数据，对运动学方程进行训练，以降低计算偏差，得到最优运动学方程，并使用训练得到的最优运动学方程，以提升对待拼装拱架的调整精度。

具体实施例中，目前的拼装机配合人工待拼装拱架，需机器配合人工多次调整钢拱架的姿态，即便如此也并不一定能够达到钢拱架拼装的理想效果，效率低下。针对这个技术问题，本发明引入单相机加结构光的方式实施准确定位待拼装拱架的目标位置，引入运动学算法来精确控制待拼装拱架运动到目标位置，提高了拱架拼装的速度与质量；通过控制系统，设计拱架调整机构2，满足最多6个自由度需求，机构设计精度高、调整过程稳定、机械性能优越，成本低，抓取方式可选用机械爪、电永磁铁或真空吸盘等形式；抓取装置不仅要满足拱架抓取需要，同时要尽可能多的满足其他支护件的抓取调整与放置，其他支护件包括钢管片、钢网片等，根据隧道内空间(小直径隧道等)需要给出可替代机构方案。

如图5所示，待拼装拱架100首先在拼装环1上进行拼装成环作业，待拼装拱架100根据隧道内径等分为n块，每块拱架间依靠连接螺栓进行初步连接，抓取装置28通过举升装置26内的油缸组达到Z轴方向的线性与Y轴方向的转动两个方向自由度调整，周向位移装置24依靠油缸组可以实现X轴方向的线性与X轴方向的转动两个方向自由度微调，周向位移装置24的中心与拼装环1的中心都在TBM主机中线上，保证调整过程始终共面，行走装置22依靠长距离油缸微调可以实现X轴方向的线性与Z轴方向的转动两个方向的自由度调整，整个拱架调整机构2各组油缸依靠内置行程传感器与机构固有坐标实时反馈调整位姿，同时应用液压微动控制技术，保证整个调整过程实时反馈、精度可靠。放置第2块至n-1块待拼装拱架时，通过相机3与行程传感器配合，待拼装拱架100进入待拼装区域时，实时拍摄反馈待拼装拱架100位姿，控制系统进行远程调控。

下面结合附图对本发明提出的拱架调整方法进行详细的解释说明，其中，行走装置22中两个第一油缸222的伸长量分别为L₁、L₂，周向位移装置24的位移量为L₃，举升装置26中两个第二油缸262的伸长量分别为L₄、L₄。

一、建模(基于运动学建模)

1、建立坐标系

如图5所示，所有油缸缩回时垂直向上为Z轴，水平向右为X轴，坐标原点位于L₄、L₅油缸终点的中点处，Y轴的正方向为L₁、L₂油缸的伸出的方向，建立坐标系，此坐标系为基坐标系。

其中，L₁、L₂油缸之间的距离为W₁；L₄、L₅油缸之间的距离为W₂；β表示绕Z轴旋转的角度；γ表示绕Y轴旋转的角度；d_x表示沿X轴运动的长度；d_y表示沿Y轴运动的长度；d_z表示沿Z轴运动的长度。则有：

β＝arctan((L₂-L₁)/W₁)；γ＝arctan((L₄-L₅)/W₂)；d_x＝L₃；d_y＝(L₂+L₁)/2；d_z＝(L₄+L₅)/2。

因此，拱架调整机构的末端位姿(即待拼装拱架的当前位置)可以表示为：

T＝Trans(d_x,d_y,d_z)Rot(Y，γ)Rot(Z，β)

其中，β、γ、d_x、d_y、d_z为变量。

具体地，T＝Trans(d_x,d_y,d_z)Rot(Y，γ)Rot(Z，β)表示：沿X轴运动d_x，沿Y轴运动d_y，沿Z轴运动d_z，绕Y轴旋转γ，绕Z轴旋转β。

2、相机与基坐标系的标定

在基坐标系下测量出9个已知点(即上文论述的转换点)B₁、...、B₉，用相机拍摄这9个点得到在相机坐标系下的坐标A₁、...、A₉。

由公式：

可以得到：

X即为标定的相机到基坐标系的转换矩阵。

二、调整方法

1、相机拍摄已拼装拱架，判断如果不存在已拼装拱架，则直接抓取无需调整(相当于上文论述的第一块待拼装拱架的情况)；如果存在已拼装拱架，则需根据拍摄结果计算已拼装拱架在基坐标系下的位姿；已拼装拱架的相机位姿为A，则已拼装拱架在基坐标系下的位姿为B。

则，B＝AX，其中X为上文(一、2)中标定的结果。

2、根据1所求的拱架位姿，求出待拼装拱架的目标位姿B₀。

B₀＝ΔB*B，其中：ΔB是给定值，即待拼装接拱架的位姿偏差。

3、相机拍摄待拼装接拱架(即需要调整的拱架)，求出待拼装拱架在基坐标系下的位姿B₁(方法同二、1)。

4、根据待拼姐拱架的待拼位姿(即目标位姿)与当前位姿，用逆运动学计算拱架调整机构中各个装置的变化量。

即：根据运动学方程B₀＝Trans(d_x,d_y,d_z)Rot(Y，γ)Rot(Z，β)求出β、γ、d_x、d_y、d_z的值，再根据：β＝arctan((L₂-L₁)/W₁)；γ＝arctan((L₄-L₅)/W₂)；d_x＝L₃；d_y＝(L₂+L₁)/2；d_z＝(L₄+L₅)/2，求出各个油缸的伸出量L₀。

根据运动学方程B₁＝Trans(d_x,d_y,d_z)Rot(Y，γ)Rot(Z，β)求出β、γ、d_x、d_y、d_z的值再根据：β＝arctan((L₂-L₁)/W₁)；γ＝arctan((L₄-L₅)/W₂)；d_x＝L₃；d_y＝(L₂+L₁)/2；d_z＝(L₄+L₅)/2，求出各个关节的伸出量L₁。

ΔL＝L₀-L₁，ΔL即为各个关节的变化量：

ΔL＝|ΔL₁ ΔL₂ ΔL₃ ΔL₄ ΔL₅|^-1

5、根据ΔL的值调整油缸的行程变化量。

6、调整完成，抓取拼装。

三、优化方案

1、用激光已拼装拱架进行约束，当已拼装拱架回转接触到激光时停止回转，可以确保已拼装拱架每次的位姿B都可以在可控范围内，进而保证待拼装拱架位姿B₀波动范围较小，节省调整时间。

2、数据收集，收集多组B₀数据，用机器学习或者人工神经网络模型对B₀进行训练得到最优模型B_m，可以在待拼装拱架时，用B_m代替运动学方程B₁对待拼装拱架进行位姿调整。即在调整动作之前，先对B₁进行调整，使其达到B_m位姿，拱架调整机构工作时，则B_m就是B₁位姿，由于B_m是经过训练的位姿，与B₀位姿极其接近，由B_m调整到B₀，油缸动作幅度小，容易调整。所以可以达到节省调整时间的目的。

下面附图对本发明提出的拱架调整机构2进行详细的解释说明。

如图1和图5所示，待拼装拱架100首先在拼装环1上进行拼装成环作业，待拼装拱架100根据隧道内径等分为n块，每块待拼装拱架100间依靠连接螺栓进行初步连接，拱架调整机构2包括抓取装置28、举升装置26、周向位移装置24与行走装置22，其中，抓取装置28根据待拼装拱架100形式不同，可采用多种形式：包括机械爪、电永磁铁、真空吸盘等。抓取装置28通过举升装置26内的油缸组达到Z轴方向的线性与Y轴方向的转动两个方向自由度调整；周向位移装置24依靠油缸组可以实现X轴方向的线性与转动两个方向自由度微调，周向位移装置24的中心与拼装环1中心都在TBM主机中线上，保证调整过程始终共面；行走装置22依靠长距离油缸微调可以实现Y轴方向的线性与Z轴方向的转动两个方向的自由度调整。整个拱架调整机构2各组油缸依靠内置行程传感器与机构固有坐标实时反馈调整位姿，同时应用液压微动控制技术，保证拱架整个调整过程实时反馈、精度可靠。

如图2所示，举升装置26实现Z轴周向自由度的示意图，其中，举升装置26由左右双臂构成，每个臂中有单独控制的第二油缸262，2个第二油缸262既可同步伸缩，也能单独控制。举升装置26的最大调整角度α根据滑移平板268决定，左臂一侧的第二油缸262依靠滑移平板268与抓取装置28连接，右臂一侧的第二油缸262依靠固定耳座264与抓取装置28连接。当个第二油缸262的伸出量存在差值时，滑移平板268发生偏移，带动与连接法兰相连的抓取电永磁铁(即抓取装置28)随动，实现磁吸电永磁铁上部的待拼装拱架100沿X轴的周向移动，其中电永磁铁与法兰板间依靠碟簧(即弹性件270)与螺杆相连，确保电永磁铁可完全贴合于待拼装拱架100内侧面。行走装置22的调整原理与举升装置26类似，是基于两个第一油缸222的形成变化，实现周向位移装置24的移动和转动。

如图3所示，抓取装置28可选配带有3个自由度的机械爪，该机械爪包括机械爪钳284，微调油缸组282，转动轴承286，机械爪钳284可以使待拼装拱架100完全贴合于抓取装置28的背板，完成固定；微调油缸组282由4个微调油缸288组成，可分别进行调控，实现沿X轴与沿Y轴的微调，转动轴承286可以实现沿Z轴的周向转动。该机械爪设计精度高，满足多自由度需求。

如图5为放置第2块至n-1块待拼装拱架100的位姿调整示意图，拼装环1上设置相机3，待拼装拱架100进入待拼装区域时，实时拍摄反馈拱架位姿，控制系统进行远程调控。

如图6为放置最后一块待拼装拱架100的调整示意图，由于最后一块待拼装拱架100的放置位置已经由已拼装拱架限定，因此无需对其位置进行调整。

如图4所示为可选配6个自由度作业平台(即周向转动装置30)，在实际应用中，可根据需要设置。

如图11为整个调整工艺流程图，如图11所示，整个过程只需要工作人员输入驱动信号及检测信号即可，自动化程度高，控制精准。

采取本发明可以获得的有益效果：

(1)本发明提高了待拼装拱架100所处固定位置的精度，对机械工装定位的依赖性小，即使机械结构由于刚性等原因发生了形变，仍然能够非常准确的实现待拼装拱架100位置的精确调节，使得待抓取拱架与以待拼装拱架100的位置完全重合；

(2)实时自动调节，调节过程不需要人工进行干预；

(3)拱架调整机构2可根据支护洞径实际需求进行选取，适应范围广，小直径到大直径掘进机都可满足；

(4)抓取装置28可根据待拼装拱架100不同进行选取，选配机械爪、电永磁铁、真空吸盘等形式，机械爪适应范围广，可满足各种类型拱架抓取；电永磁铁抓取装置在拱架翼板满足要求时可考虑采用，电永磁铁抓取稳定，节能，断电后可靠；在抓取大重量拱架或钢管片等支护件时，可考虑采用真空吸盘等形式；同时上述几种抓取方式可以搭配共同作用，增加抓取能力与可靠性；

(5)拱架调整机构2的自由度调整全部依靠油缸完成；

(6)采用多传感器控制技术，定位精准、调整速度快、运行稳定、结构可靠性高。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种拱架调整设备，其特征在于，包括：

拼装环；

拱架调整机构，所述拱架调整机构包括行走装置、周向位移装置、举升装置及抓取装置，所述周向位移装置设置于所述行走装置上，并可在所述行走装置的作用下沿所述拱架调整机构的长度方向运动，所述举升装置设置于所述周向位移装置上，并可在所述周向位移装置的驱动下沿所述拱架调整机构的宽度方向运动，所述抓取装置设置于所述举升装置上，并可在所述举升装置的驱动下升降，所述抓取装置用于抓取待拼装拱架；

控制系统，与所述拱架调整机构相连接，用于所述待拼装拱架的当前位置和目标位置，并根据所述待拼装拱架的当前位置及目标位置控制所述拱架调整机构工作，完成所述待拼装拱架在所述拼装环内的位置调整；

至少两个第一油缸，所述至少两个第一油缸沿所述拱架调整机构的长度方向设置；

安装座，位于所述至少两个第一油缸上，所述周向位移装置设置于所述安装座上；

基于所述至少两个第一油缸的伸缩量相同的情况，所述安装座发生移动；基于所述至少两个第一油缸的伸缩量不同的情况，所述安装座抓取装置转动；

所述安装座的一侧与所述至少两个第一油缸相连接，所述安装座的另一侧设置有轨道，所述轨道沿所述拱架调整机构的宽度方向设置；

所述周向位移装置设置有多个滚轮，所述滚轮可沿所述轨道滚动。

2.根据权利要求1所述的拱架调整设备，其特征在于，所述举升装置包括：

至少两个第二油缸，所述至少两个第二油缸的一端与所述周向位移装置相连接，另一端与所述抓取装置相连接；

基于所述至少两个第二油缸的伸缩量相同的情况，所述抓取装置升降运动；基于所述至少两个第二油缸的伸缩量不同的情况，所述抓取装置发生运动。

3.根据权利要求2所述的拱架调整设备，其特征在于，

所述至少两个第二油缸中的一个与所述抓取装置通过固定耳座相连接，所述至少两个第二油缸中的另一个与所述抓取装置通过铰接耳座相连接；

所述举升装置还包括滑移平板和弹性件，所述铰接耳座通过所述滑移平板与所述抓取装置相连接，所述弹性件位于所述固定耳座与所述抓取装置之间及所述滑移平板与所述抓取装置之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的拱架调整设备，其特征在于，

所述抓取装置包括以下之一或其组合：机械爪、电永磁铁、真空吸盘。

5.根据权利要求4所述的拱架调整设备，其特征在于，基于所述抓取装置包括机械爪的情况，所述机械爪包括：

微调油缸组，设置于所述周向位移装置上；

机械爪钳，与所述微调油缸组通过转动轴承相连接，所述机械爪钳可在所述微调油缸组的驱动下转动。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的拱架调整设备，其特征在于，所述拱架调整机构还包括：

周向转动装置，所述行走装置设置于所述周向转动装置上，所述周向转动装置内设置有多组伸缩油缸，基于所述多组伸缩油缸的伸缩量不同的情况下，所述行走装置发生转动。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的拱架调整设备，其特征在于，所述控制系统包括：

行程传感器，多个所述行程传感器分别设置于所述行走装置、所述周向位移装置、所述举升装置及所述抓取装置上；

相机，设置于所述拼装环上，用于获取所述拱架调整机构的图像信息；

控制器，与所述行程传感器及所述相机相连接，所述控制器可根据所述图像信息确定所述待拼装拱架的当前位置和目标位置，并可根据所述行程传感器的检测结果控制所述拱架调整机构工作。

8.一种拱架调整方法，适用于如权利要求1至7中任一项所述的拱架调整设备，其特征在于，包括：

获取待拼装拱架在基坐标系下的目标位置；

获取所述待拼装拱架在相机坐标系下的当前位置，并根据转换矩阵确定所述待拼装拱架在基坐标系下的当前位置；

根据所述待拼装拱架在基坐标系下的当前位置和所述待拼装拱架在基坐标系下的目标位置，计算所述待拼装拱架的位置偏差；

根据所述待拼装拱架的位置偏差控制拱架调整机构工作，以完成所述待拼装拱架的位置调整。

9.根据权利要求8所述的拱架调整方法，其特征在于，所述获取所述待拼装拱架在相机坐标系下的当前位置，并根据转换矩阵确定所述待拼装拱架在基坐标系下的当前位置的步骤之前，还包括：

在所述基坐标系下，获取多个转换点的位置，并标记为矩阵B；

在相机坐标系下，获取所述多个转换点的位置，并标记为矩阵A；

根据公式A*X=B，可以得到，X=A^-1B；

其中，X即为所述转换矩阵。

10.根据权利要求9所述的拱架调整方法，其特征在于，根据所述待拼装拱架在基坐标系下的当前位置和所述待拼装拱架在基坐标系下的目标位置，计算所述待拼装拱架的位置偏差的步骤，具体包括：

基于运动学方程和三角函数关系，计算所述待拼装拱架处于当前位置时，所述拱架调整机构中伸缩油缸的当前伸出量；

基于运动学方程和三角函数关系，计算所述待拼装拱架处于目标位置时，所述拱架调整机构中伸缩油缸的目标伸出量；

根据所述伸缩油缸的当前伸出量和目标伸出量，计算所述伸缩油缸的伸缩行程变化量，所述伸缩油缸的伸缩行程变化量即为所述待拼装拱架的位置偏差。

11.根据权利要求10所述的拱架调整方法，其特征在于，该包括：

收集多组所述待拼装拱架在基坐标系下的当前位置数据和多组所述待拼装拱架在基坐标系下的目标位置数据；

基于机器学习原理或人工网络模型，根据多组所述待拼装拱架在基坐标系下的当前位置数据和多组所述待拼装拱架在基坐标系下的目标位置数据，训练所述运动学方程，以对所述运动学方程进行调整。

Images