CN111559411A - 一种可移动式的重载搬运机器人装置、系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可移动式的重载搬运机器人装置、系统及使用方法，涉及地铁隧道运输技术领域，解决了现有的设备自动化程度低，导致耗时较长、效率较低，且现场需要大量人工在机械手配合容易出现机械伤人事故、安全风险大和使用区域受限等问题,其技术要点包括由上至下依次设置的重载搬运机器人、底座和平板车，所述底座上表面固定连接重载搬运机器人，所述底座活动连接平板车，所述重载搬运机器人配置有吸附并抓取钢板的磁力抓手，视觉识别系统识别钢板位置与判断钢板安装的情况来减少人工监测数目，调平系统使得平板车表面和机器人安装面始终可保持水平状态，让重载搬运机器人处于最佳工作状态。

Description

一种可移动式的重载搬运机器人装置、系统及使用方法

技术领域

本发明涉及地铁隧道运输技术领域，具体涉及一种可移动式的重载搬运机器人装置、系统及使用方法。

背景技术

我国城市地铁隧道结构形式多为盾构隧道，盾构隧道结构整体呈柔性，纵向柔性更为明显，能够适应地层土体不均匀变化的情况，但这种结构形式的受力形式比较复杂，在荷载作用下很容易出现结构大变形病害，并诱发盾构管片开裂、渗漏水、错台等其他病害，严重影响了隧道的结构安全以及行车安全。内贴钢板加固法是目前针对盾构隧道结构大变形病害的有效处理手段之一，通过在盾构隧道的管片内部锚固、粘贴钢板对管片结构进行后期补强，从而提高隧道的整体承载能力，保障隧道的结构安全与行车安全。

内贴钢板加固法所用钢板具有重量大、体积大的特点，无法完全依靠人工完成安装，目前行业内所采用安装设备为搭载有悬臂梁起重机和液压机械手的轨道平板车，安装钢板时首先采用悬臂梁起重机将钢板吊起，然后将钢板固定到液压机械手前端，再通过技术员操作液压机械手将钢板搬运、安装到预定位置。

然而在安装过程中，由于该液压机械手必须使用悬臂梁起重机与之配合才能顺利抓取钢板，导致整个工序耗时较长、效率较低，由于全部由人工目测控制，导致搬运、安装定位精度低，机械手与钢板之间采用插销机械固定，为点接触，且存在较大缝隙，在搬运过程中，钢板晃动幅度大，极易碰撞到隧道内壁或隧道中的管线等其他设施，安全风险大，由于整套设备自动化程度低，现场需要大量人工在机械手及起重机旁边配合，容易出现机械伤人事故，安全风险大，且整体施工装置移动不方便，使用时需要耗费过长的安装时间，因此如何设计一种装置来解决上述问题是我们迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种可移动式的重载搬运机器人装置及系统，解决目前钢板搬运安装设备效率低、自动化程度低、精度低、安全风险大、移动不方便等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种可移动式的重载搬运机器人装置，包括由上至下依次设置的重载搬运机器人、底座和平板车，所述底座上表面和所述重载搬运机器人之间采用螺栓连接固定，所述底座上表面和重载搬运机器人预设有相应尺寸的螺栓孔，待重载搬运机器人移动至固定位置后，用螺栓将重载搬运机器人固定于平板车上表面。所述底座活动连接平板车，所述重载搬运机器人根据施工需求配置为相应的多轴机器人且配置有吸附并抓取钢板的磁力抓手，磁力抓手可抓取钢板并搬运至相应区域并安装。

采用上述方案：重载搬运机器人的设置避免了现有搬运过程采用液压机械手，通过人工目测控制，导致搬运、安装定位精度低，且现场需要大量人员在起重机旁操控机械手，容易导致机械伤人的问题。平板车可用于运输和存放钢板等物料平台，平板车方便移动不仅可以在地铁隧道内使用，也可在大铁、高铁隧道内或隧道外以及公路上使用，结合特制平板车也可在室内或其它地方使用，使装置能适应多种环境使用。

进一步地，所述平板车开设有方形孔，所述底座设置于方形孔内，所述方形孔内水平方向设有贯穿底座的旋转轴，所述底座转动一端固定连接有调节油缸，所述底座在调节油缸带动下通过旋转轴按一定角度转动，所述旋转轴平行车身直行方向，油缸的伸缩驱动底座绕旋转轴进行旋转。

采用上述方案：在平板车因轨道超高或纵向坡度而出现倾斜时，为保证重载搬运机器人处于最佳工作状态，在平板车上引入了调平功能，通过调节油缸带动底座使旋转轴按一定角度转动，使得底座表面保持水平状态。

进一步地，所述平板车车架下方设置有调平支腿和稳定支腿，所述调平支腿设置于平板车的车架下方的四角，所述调平支腿沿垂直于平板车方向调整长度直到车身与隧道平行；所述稳定支腿设置于车架中部，所述稳定支腿沿平行于平板车方向调整长度，稳定支腿调整伸长后支撑在隧道内的钢轨或道床上。

采用上述方案：车体位于隧道内，将稳定支腿支撑在钢轨或者道床上稳定车体，当车体处于倾斜处时，通过分别控制四个调平支腿的行程，可对整车实现多个方向调平，使平板车表面保持水平状态，保证了重载搬运机器人的正常工作。

优选的，所述重载搬运机器人配置有监测钢板位置和隧道内壁的3D视觉相机。

采用上述方案：在重载搬运机器人对钢板搬运安装过程中，3D视觉相机可实时监测钢板的位置及其与隧道内物品的距离，并判断钢板的安装是否到位，且由于隧道内物品的可识别度较低，可于重载搬运机器人内配置激光扫描仪进一步提高监测的精度与安全性。

可选的，所述重载搬运机器人的磁力抓手可替换为不同的隧道施工装置。

该方案中：对重载搬运机器人的抓手改进来抓取不同类型的钢板，将抓手改为其他装置可让机器人实现钻孔、焊接和植筋等多种功能。

可选的，所述底座至少固定安装一个重载搬运机器人。

该方案中：可在底座上设置多个重载机器人提高整体装置的工作效率。

可选的，所述重载搬运机器人根据施工需求适配为相应精度的多轴机器人。

该方案中：对于不同施工需求匹配不同的多轴机器人，可使隧道施工更规范化，减低施工成本。

一种可移动式的重载搬运机器人系统包括：

激光定位标线系统用于监测平板车是否移动到指定位置；

视觉识别系统用于识别钢板位置以及钢板的安装位置并对后续钢板安装情况做判定；

调平系统用于监测重载搬运机器人是否处于水平面，并将重载搬运机器人调整至水平面；

抓取系统用于抓取、搬运并安装钢板；

防撞报警系统用于监测钢板搬运过程，并对钢板即将触碰隧道内壁或管线等其他设备时，生成预警，并将预警发送给重载搬运机器人。

采用上述方案：激光定位标线识别平板车移动至指定的工作区域，重载搬运机器人的视觉识别系统识别钢板的位置，调平系统将重载机器人调整至水平面保证正常工作，抓取系统启动，重载搬运机器人开始工作并抓取相应区域的钢板并安装，视觉识别系统判定对安装情况做判定，在重载搬运机器人移动过程中，防撞报警系统用于检测钢板搬运过程中与隧道内壁或管线等其他设备的距离，防撞报警系统内设置有预警，在距离到达预警范围时，生成预警信号并传输给重载搬运机器人使自动停止工作并修正行进路线，以保证整个搬运过程处于安全状态。

一种可移动式的重载搬运机器人使用方法，包括以下步骤：

(a)平板车(3)驶向至指定的工作区域，平板车(3)内的激光定位标线系统提示并引导平板车(3)移动至指定区域；

(b)调平系统监测重载搬运机器人(1)与水平面的角度，并通过控制调节油缸(6)或调平支腿(7)将重载搬运机器人(1)调至与水平面平齐；

(c)重载搬运机器人(1)视觉识别系统内的3D视觉相机启动，监测钢板的位置与隧道内钢板的安装位置并存储记录为数据A；

(d)重载搬运机器人(1)内预设有安装程序，安装程序读取数据A后，重载搬运机器人(1)启动并抓取平板车内的钢板并搬运至隧道内钢板的安装位置，并自动将钢板装设于安装位置；

(e)防撞报警系统监测钢板与隧道内壁和管线等其他设备之间的距离，并对构成危险距离的生成警示信号发送给重载搬运机器人(1)，使重载搬运机器人(1)停止工作并修正运行路线；

(f)重载搬运机器人(1)视觉识别系统判定钢板的安装情况。

还包括以下步骤：

(e1)视觉识别系统采集钢板与道内壁和管线等其他设备之间的安全距离设置为报警距离A，并将报警距离A添加至防撞报警系统；

(e2)视觉识别系统采集钢板与道内壁和管线等其他设备之间的距离设置为实测距离B，并将实测距离B添加至防撞报警系统；

(e3)防撞报警系统设有报警列表，将报警距离A与实测距离B添加于报警列表

(e4)判定报警距离A与实测距离B的数值大小，将数值大于等于报警距离A的实测距离B生成报警信号。

采用上述方案：整套设备自动化程度更高，不需要大量的人工检测，安装和搬运，减少了机械故障时伤人事故的发生，减低了事故风险。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种可移动式的重载搬运机器人装置，通过重载搬运机器人的设置避免了现有搬运过程采用液压机械手，人工目测控制，导致搬运、安装定位精度低，且现场需要大量人员在起重机旁操控机械手，容易导致机械伤人的问题。且平板车可用于运输和存放钢板等物料平台，平板车与重载搬运机器人使其适用范围更广，平板车方便移动不仅可以在地铁隧道内使用，也可在大铁、高铁隧道内或隧道外以及公路上使用，结合特制平板车也可在室内或其它地方使用，使装置能适应多种环境使用；

2、本发明一种可移动式的重载搬运机器人装置，在平板车因轨道超高或纵向坡度而出现倾斜时，为保证重载搬运机器人处于最佳工作状态，在平板车上引入了调平功能。通过调节油缸带动底座使旋转轴按一定角度转动，使得底座表面保持水平状态，通过将稳定支腿支撑在钢轨或者道床上稳定车体，当车体处于倾斜处时，通过分别控制四个调平支腿的行程，来实现对整车调平功能，使平板车表面保持水平状态，保证了重载机器人的正常工作；

3、本发明一种可移动式的重载搬运机器人系统，通过激光定位标线识别平板车移动至指定的工作区域，重载搬运机器人的视觉识别系统识别钢板的位置，调平系统将重载机器人调整至水平面保证正常工作，抓取系统启动，重载机器人开始工作并抓取相应区域的钢板并安装，视觉识别系统判定对安装情况做判定，在重载机器人移动过程中，防撞报警系统用于检测钢板搬运过程中与隧道内壁或管线等其他设备的距离，防撞报警系统内设置有预警，在距离到达预警范围时，生成预警信号并传输给重载搬运机器人使自动停止工作并修正运行路线，以保证整个搬运过程处于安全状态；

4、本发明一种可移动式的重载搬运机器人使用方法，通过搬运、安装、检测的智能化设置使整套设备自动化程度提高，减少了施工现场需要大量工作人员，减少了机械伤人事故和事故风险。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明底座与调节油缸的连接关系示意图；

图3为本发明平板车内底座与调节油缸的剖视图；

图4为本发明车架与调平支腿和稳定支腿连接关系示意图；

图5为本发明防撞报警系统工作原理图。

附图标记及对应的零部件名称：

1-重载搬运机器人，2-底座，3-平板车，31-车架，4-方形孔，5-旋转轴，6-调节油缸，7-调平支腿，8-稳定支腿。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”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保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，本发明一种可移动式的重载搬运机器人装置，包括由上至下依次设置的重载搬运机器人1、底座2和平板车3，平板车3可根据实际的施工需求安装多个底座2来设置多个重载搬运机器人1提高施工效率，底座2上表面固定连接重载搬运机器人1，底座2活动连接平板车3，重载搬运机器人1配置有吸附并抓取钢板的磁力抓手，可根据现场施工来将磁力抓手替换为其他装置用于钻孔、焊接、植筋等装置。底座2上表面和所述重载搬运机器人1之间采用螺栓连接固定，所述底座2上表面和重载搬运机器人1预设有相应尺寸的螺栓孔，待重载搬运机器人1移动至固定位置后，用螺栓将重载搬运机器人1固定于平板车3上表面，所述重载搬运机器人1根据施工需求配置为相应的多轴搬运机器人来提高装置的抓取精准度。平板车3设有激光定位标线系统用于监测平板车3是否移动到指定位置，实现更准确的施工。

如图2与图3所示，平板车3开设有方形孔4，底座2设置于方形孔4内，方形孔4内水平方向设有贯穿底座2的旋转轴5，底座2转动一端固定连接有调节油缸6，底座2在调节油缸6带动下通过旋转轴5按一定角度转动，旋转轴5平行车身直行方向，调节油缸6的设置对于装置在局部调平效果较好。可根据现场应用的需求平板车3可开设多个方形孔4，安装多个底座2。平板车3内设置有用于检测重载搬运机器人1是否处于水平面的调平系统，在检测到重载搬运机器人1处于调平状态时，调平系统通过控制调节油缸6带动底座2旋转实现调平。

如图4所示，平板车3车架31下方设置有调平支腿7和稳定支腿8，调平支腿7设置于平板车3的车架31下方的四角，调平支腿7沿垂直于平板车3方向调整长度，在位于坡度变化较大的隧道或其他施工环境时，调平支腿7的能更快速的实现整个平板车3的调平；稳定支腿8设置于车架31下方的四角，稳定支腿8沿平行于平板车3方向调整长度，稳定支腿8可与隧道内壁贴合来固定平板车3，防止平板车3在调整过程中重心不稳定偏倒。稳定支腿8可通过人工或调平系统实现调平。

如图5所示，可移动式的重载搬运机器人1中防撞报警系统的使用方法包括以下步骤：

(e1)视觉识别系统采集钢板与道内壁和管线等其他设备之间的安全距离设置为报警距离A，并将报警距离A添加至防撞报警系统；

(e2)视觉识别系统采集钢板与道内壁和管线等其他设备之间的距离设置为实测距离B，并将实测距离B添加至防撞报警系统；

(e3)防撞报警系统设有报警列表，将报警距离A与实测距离B添加于报警列表

(e4)判定报警距离A与实测距离B的数值大小，将数值大于等于报警距离A的实测距离B生成报警信号。

重载搬运机器人1的视觉识别系统在识别钢板位置以及钢板的安装位置并对后续钢板安装情况做判定，在重载搬运机器人1的抓取系统对钢板搬运时，防撞报警系统工作，并对钢板即将触碰隧道内壁或管线等其他设备时，生成预警，并将预警发送给重载搬运机器人1，重载搬运机器人1停止其工作，并修正其行进路线。

工作过程：搭载重载搬运机器人1的平板车3启动，并驶向指定的工作位置，平板车3内的激光定位标线系统监测平板车3是否移动到指定位置，待移动至指定位置后，平板车3的调平系统识别重载搬运机器人1是否处于水平面。在一般铁路上，曲线段的超高引起的横向坡度比上下坡的纵向坡度更大，对重载搬运机器人1采用局部调平，调平系统控制调平油缸来控制底座2旋转实现对重载搬运机器人1调平，平板车3位于隧道内时，通过调节设置于平板车3车架31下方的四角的四个调平支腿7的高度来实现对平板车3的各个方向实现整车调平，使重载搬运机器人1处于水平面上。待调平结束后，重载搬运机器人1内的视觉识别系统启动，监测钢板的位置与隧道内钢板的安装位置并存储记录为数据A，重载搬运机器人(1)内设有安装程序，安装程序读取数据A后，重载搬运机器人1启动并抓取平板车内的钢板并搬运至隧道内钢板的安装位置，并自动将钢板装设于安装位置。重载搬运机器人1内的3D视觉相机工作监测钢板的具体位置，抓取系统驱动重载搬运机器人1对钢板等材料实施精准抓取并移动至相应的区域，在对磁力抓手对钢板等材料实施搬运时，视觉识别系统内的3D视觉相机采集钢板与道内壁和管线等其他设备之间的距离，并将采集到的信息发生至防撞报警系统中，防撞报警系统对采集到的信息进行进一步的判定，并生成相应的报警信号，重载搬运机器人1接收到报警信号后，停止工作并修正其行驶路线，将钢板等材料安装与相应的施工位置，识别系统的3D视觉相机扫描并确认安装结果。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可移动式的重载搬运机器人装置，其特征在于：包括由上至下依次设置的重载搬运机器人(1)、底座(2)和平板车(3)，所述底座(2)上表面固定连接重载搬运机器人(1)，所述底座(2)活动连接平板车(3)，所述重载搬运机器人(1)配置有吸附并抓取钢板的磁力抓手，所述可移动式的重载搬运机器人装置应用于隧道施工。

2.根据权利要求1所述的一种可移动式的重载搬运机器人装置，其特征在于，所述平板车(3)开设有方形孔(4)，所述底座(2)设置于方形孔(4)内，所述方形孔(4)内水平方向设有贯穿底座(2)的旋转轴(5)，所述底座(2)转动一端固定连接有调节油缸(6)，所述底座(2)在调节油缸(6)带动下通过旋转轴(5)按一定角度转动，所述旋转轴(5)平行车身直行方向。

3.根据权利要求1所述的一种可移动式的重载搬运机器人装置，其特征在于，所述平板车(3)的车架(31)下方设置有调平支腿(7)和稳定支腿(8)，所述调平支腿(7)和所述稳定支腿(8)设置于平板车(3)的车架(31)下方的四角，所述调平支腿(7)沿垂直于平板车(3)方向调整长度，所述稳定支腿(8)沿平行于平板车(3)方向调整长度。

4.根据权利要求1所述的一种可移动式的重载搬运机器人装置，其特征在于，所述重载搬运机器人(1)配置有监测钢板位置和隧道内壁的3D视觉相机。

5.根据权利要求1所述的一种可移动式的重载搬运机器人装置，其特征在于，所述重载搬运机器人(1)的磁力抓手可替换为不同的隧道施工装置。

6.根据权利要求1所述的一种可移动式的重载搬运机器人(1)装置，其特征在于，所述底座(2)至少固定安装一个重载搬运机器人(1)。

7.根据权利要求6所述的一种可移动式的重载搬运机器人(1)装置，其特征在于，所述重载搬运机器人(1)根据施工需求适配为相应精度的多轴机器人。

8.一种可移动式的重载搬运机器人系统，其特征在于，使用权利要求1-6任一项所述的一种可移动式的重载搬运机器人(1)装置，所述可移动式的重载搬运机器人(1)系统包括：

激光定位标线系统用于监测平板车(3)是否移动到指定位置；

视觉识别系统用于识别钢板位置以及钢板的安装位置并对后续钢板安装情况做判定；

调平系统用于监测重载搬运机器人(1)是否处于水平面，并将未调平的重载搬运机器人(1)调整至水平面；

抓取系统用于抓取、搬运并安装钢板；

防撞报警系统用于监测钢板搬运过程，并对钢板即将触碰隧道内壁或管线等其他设备时，生成预警，并将预警发送给重载搬运机器人(1)。

9.一种可移动式的重载搬运机器人使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)平板车(3)驶向至指定的工作区域，平板车(3)内的激光定位标线系统提示并引导平板车(3)移动至指定区域；

(b)调平系统监测重载搬运机器人(1)与水平面的角度，并通过控制调节油缸(6)或调平支腿(7)将重载搬运机器人(1)调至与水平面平齐；

(c)重载搬运机器人(1)视觉识别系统内的3D视觉相机启动，监测钢板的位置与隧道内钢板的安装位置并存储记录为数据A；

(d)重载搬运机器人(1)内预设有安装程序，安装程序读取数据A后，重载搬运机器人(1)启动并抓取平板车内的钢板并搬运至隧道内钢板的安装位置，并自动将钢板装设于安装位置；

(e)防撞报警系统监测钢板与隧道内壁和管线等其他设备之间的距离，并对构成危险距离的生成警示信号发送给重载搬运机器人(1)，使重载搬运机器人(1)停止工作并修正行驶路线；

(f)重载搬运机器人(1)视觉识别系统判定钢板的安装情况。

10.根据权利要求8所述的一种可移动式的重载搬运机器人使用方法，其特征在于，还包括以下步骤：

(e1)视觉识别系统采集钢板与道内壁和管线等其他设备之间的安全距离设置为报警距离A，并将报警距离A添加至防撞报警系统；

(e2)视觉识别系统采集钢板与道内壁和管线等其他设备之间的距离设置为实测距离B，并将实测距离B添加至防撞报警系统；

(e3)防撞报警系统设有报警列表，将报警距离A与实测距离B添加于报警列表；

(e4)判定报警距离A与实测距离B的数值大小，将数值大于等于报警距离A的实测距离B生成报警信号。

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