CN110700865A - 一种基于tbm智能机器人的钢拱架支护系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统及控制方法，以解决人工支护作业效率低下，作业安全系数低的难题。该拼接工艺方法及系统能够提高作业效率、安全、快速、高质量的及时支护。包括钢拱架自动运输系统、钢拱架抓取系统、钢拱架拼接系统、钢拱架微调系统、钢拱架监测系统和清渣排水系统。本发明能够提高硬岩掘进机机器人化支护作业的智能决策能力；有效提升TBM施工质量与效率，提升隧道掘进机器人化水平，减少隧道施工过程中由于局部塌方造成的工程延误及其他风险。
Description
技术领域
本发明涉及钢拱架支护技术领域，具体涉及一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统及控制方法。
背景技术
随着我国基建行业的大力发展，在山岭隧道的开挖中TBM被广泛地应用，与传统的钻爆法相比TBM具有施工速度快、效率高、成型好、对周边环境扰动小等优点，特别适合于长隧道的施工。因此，当下在山岭隧道的开挖中采用TBM施工正成为一种隧道开挖的新趋势。
安全、快速、高质量的及时支护是 TBM 隧道机械化施工领域的关键环节和研究热点，现有钢拱架拼装、支护作业方法自动化程度低、人工工作量大、时间长、智能决策水平差造成支护不及时、质量不稳定等问题，不适应 TBM 高效、安全施工要求，是制约 TBM 施工效率、安全和质量提高的主要瓶颈。另一方面， 掘进装备智能化已是行业发展趋势与竞争热点， TBM 施工支护系统机器人化是实现掘进智能化以致无人值守的重要条件。 研制智能机器人快速实现钢拱架支护拼接集成环与撑紧作业工艺方法是本领域技术人员急需解决的问题，也是实现掘进机作业智能化的迫切需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统及控制方法，以解决人工支护作业效率低下，作业安全系数低的难题。该拼接工艺方法及系统能够提高作业效率、安全、快速、高质量的及时支护。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统，其特征在于，包括钢拱架自动运输系统、钢拱架抓取系统、钢拱架拼接系统、钢拱架微调系统、钢拱架监测系统和清渣排水系统；
所述钢拱架自动运输系统包括钢拱架运输安装定位、钢拱架运输、钢拱架抓取点定位，钢拱架自动运输系统通过钢拱架定位后快速实现钢拱架运输并放置到拱架抓取的定位点；
所述钢拱架抓取系统包括机器人动作初始化、拱架抓取信号控制单元、钢拱架抓取；
所述钢拱架拼接系统包括拱架拼接、拱架撑紧、环口封闭；钢拱架微调系统包括位置微调、旋转及限位点检测、封口定位检测；
所述钢拱架微调系统包括位置微调、旋转及限位点检测、封口定位检测；
所述钢拱架监控系统包括拼接信息反馈、撑紧压力监测、围岩压力监测；
所述清渣排水系统包括岩渣清理和污水排放。
2.根据权利要求1所述的基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统，其特征在于，所述钢拱架拼接系统将机器人抓取的每块钢拱架进行拼接，经过微调系统实现每块钢拱架位置的微调以及旋转及限位点的检测并实现对围岩的撑紧，通过微调系统对钢拱架封口定位检测后拼接系统实现钢拱架的最后环口封闭。
3.根据权利要求1所述的基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统，其特征在于，所述钢拱架拼接监控系统对钢拱架拼接中进行实时信息监控传递到微调系统进行位置及拼接的判别，对撑紧压力及围岩压力的监测。
4.权利要求1所述的基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统的控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
（1）所述隧道快速清渣排水系统快速实现钢拱架支护范围内岩渣清理及污水排放为机器人支护提供支护环境条件；
（2）所述钢拱架自动运输系统通过将钢拱架定位后快速实现钢拱架运输并放置到拱架抓取的定位点，此时钢拱架抓取系统开启机器人实现程序初始化，由拱架抓取信号控制单元传递拱架抓取信号给机器人实现拱架抓取动作；
（3）所述钢拱架拼接系统控制机器人抓取手臂实现钢拱架抓取，然后机器人抓取的每块钢拱架进行钢拱架拼接，然后通过机器人微调系统实现每块钢拱架位置的定位状态微动调节，并经过控制系统中的旋转及限位点检测单元来检测分析拱架的拼接状态情况，实时反馈拼接定位状态，当检测合格后，由机械臂的撑紧单元实现对围岩的撑紧；
（4）经过微调系统对钢拱架封口定位检测后，机器人的拼接系统实现对钢拱架的始尾端口的最后环口封闭，同时由钢拱架拼接监控系统对钢拱架拼接中进行实时信息监控，并传递到微调系统进行钢拱架位置及拼接状态的实时判别，通过对机械臂上的油缸撑紧压力及围岩释放压力的监测，确保支护的及时性与有效性，并保障支护的安全性，最终实现钢拱架安全、快速、高质量的拼接及时支护。
本发明的有益效果在于：
本发明基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统及控制方法，能够提高硬岩掘进机机器人化支护作业的智能决策能力；有效提升 TBM 施工质量与效率，提升隧道掘进机器人化水平，减少隧道施工过程中由于局部塌方造成的工程延误及其他风险。
附图说明
图1是本发明的系统图。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件。
实施例1：基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统，其特征在于，包括钢拱架自动运输系统、钢拱架抓取系统、钢拱架拼接系统、钢拱架微调系统、钢拱架监测系统和清渣排水系统；
所述钢拱架自动运输系统包括钢拱架运输安装定位、钢拱架运输、钢拱架抓取点定位，钢拱架自动运输系统通过钢拱架定位后快速实现钢拱架运输并放置到拱架抓取的定位点；
所述钢拱架抓取系统包括机器人动作初始化、拱架抓取信号控制单元、钢拱架抓取；
所述钢拱架拼接系统包括拱架拼接、拱架撑紧、环口封闭；钢拱架微调系统包括位置微调、旋转及限位点检测、封口定位检测；
所述钢拱架微调系统包括位置微调、旋转及限位点检测、封口定位检测；
所述钢拱架监控系统包括拼接信息反馈、撑紧压力监测、围岩压力监测；
所述清渣排水系统包括岩渣清理和污水排放。
2.根据权利要求1所述的基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统，其特征在于，所述钢拱架拼接系统将机器人抓取的每块钢拱架进行拼接，经过微调系统实现每块钢拱架位置的微调以及旋转及限位点的检测并实现对围岩的撑紧，通过微调系统对钢拱架封口定位检测后拼接系统实现钢拱架的最后环口封闭。
3.根据权利要求1所述的基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统，其特征在于，所述钢拱架拼接监控系统对钢拱架拼接中进行实时信息监控传递到微调系统进行位置及拼接的判别，对撑紧压力及围岩压力的监测。
实施例1中的基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统的控制方法，包括下列步骤：
（1）所述隧道快速清渣排水系统快速实现钢拱架支护范围内岩渣清理及污水排放为机器人支护提供支护环境条件；
（2）所述钢拱架自动运输系统通过将钢拱架定位后快速实现钢拱架运输并放置到拱架抓取的定位点，此时钢拱架抓取系统开启机器人实现程序初始化，由拱架抓取信号控制单元传递拱架抓取信号给机器人实现拱架抓取动作；
（3）所述钢拱架拼接系统控制机器人抓取手臂实现钢拱架抓取，然后机器人抓取的每块钢拱架进行钢拱架拼接，然后通过机器人微调系统实现每块钢拱架位置的定位状态微动调节，并经过控制系统中的旋转及限位点检测单元来检测分析拱架的拼接状态情况，实时反馈拼接定位状态，当检测合格后，由机械臂的撑紧单元实现对围岩的撑紧；
（4）经过微调系统对钢拱架封口定位检测后，机器人的拼接系统实现对钢拱架的始尾端口的最后环口封闭，同时由钢拱架拼接监控系统对钢拱架拼接中进行实时信息监控，并传递到微调系统进行钢拱架位置及拼接状态的实时判别，通过对机械臂上的油缸撑紧压力及围岩释放压力的监测，确保支护的及时性与有效性，并保障支护的安全性，最终实现钢拱架安全、快速、高质量的拼接及时支护。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
Claims (4)
1.一种基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统，其特征在于，包括钢拱架自动运输系统、钢拱架抓取系统、钢拱架拼接系统、钢拱架微调系统、钢拱架监测系统和清渣排水系统；
所述钢拱架自动运输系统包括钢拱架运输安装定位、钢拱架运输、钢拱架抓取点定位，钢拱架自动运输系统通过钢拱架定位后快速实现钢拱架运输并放置到拱架抓取的定位点；
所述钢拱架抓取系统包括机器人动作初始化、拱架抓取信号控制单元、钢拱架抓取；
所述钢拱架拼接系统包括拱架拼接、拱架撑紧、环口封闭；钢拱架微调系统包括位置微调、旋转及限位点检测、封口定位检测；
所述钢拱架微调系统包括位置微调、旋转及限位点检测、封口定位检测；
所述钢拱架监控系统包括拼接信息反馈、撑紧压力监测、围岩压力监测；
所述清渣排水系统包括岩渣清理和污水排放。
2.根据权利要求1所述的基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统，其特征在于，所述钢拱架拼接系统将机器人抓取的每块钢拱架进行拼接，经过微调系统实现每块钢拱架位置的微调以及旋转及限位点的检测并实现对围岩的撑紧，通过微调系统对钢拱架封口定位检测后拼接系统实现钢拱架的最后环口封闭。
3.根据权利要求1所述的基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统，其特征在于，所述钢拱架拼接监控系统对钢拱架拼接中进行实时信息监控传递到微调系统进行位置及拼接的判别，对撑紧压力及围岩压力的监测。
4.权利要求1所述的基于TBM智能机器人的钢拱架支护系统的控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
（1）所述隧道快速清渣排水系统快速实现钢拱架支护范围内岩渣清理及污水排放为机器人支护提供支护环境条件；
（2）所述钢拱架自动运输系统通过将钢拱架定位后快速实现钢拱架运输并放置到拱架抓取的定位点，此时钢拱架抓取系统开启机器人实现程序初始化，由拱架抓取信号控制单元传递拱架抓取信号给机器人实现拱架抓取动作；
（3）所述钢拱架拼接系统控制机器人抓取手臂实现钢拱架抓取，然后机器人抓取的每块钢拱架进行钢拱架拼接，然后通过机器人微调系统实现每块钢拱架位置的定位状态微动调节，并经过控制系统中的旋转及限位点检测单元来检测分析拱架的拼接状态情况，实时反馈拼接定位状态，当检测合格后，由机械臂的撑紧单元实现对围岩的撑紧；
（4）经过微调系统对钢拱架封口定位检测后，机器人的拼接系统实现对钢拱架的始尾端口的最后环口封闭，同时由钢拱架拼接监控系统对钢拱架拼接中进行实时信息监控，并传递到微调系统进行钢拱架位置及拼接状态的实时判别，通过对机械臂上的油缸撑紧压力及围岩释放压力的监测，确保支护的及时性与有效性，并保障支护的安全性，最终实现钢拱架安全、快速、高质量的拼接及时支护。
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2019
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