CN113036664B - 一种地下管廊线缆敷设方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下管廊线缆敷设方法，包括如下步骤：（1）线缆固定：将地下管廊线缆放线机器人的线缆连接件与线缆供应装置上的待敷设线缆进行连接固定；（2）线缆放线：地下管廊线缆放线机器人按设定要求在地下管廊内行进；在地下管廊线缆放线机器人行进过程中，地下管廊线缆放线机器人的放线导航避障单元时刻检测环境障碍，并传递给放线控制系统，放线控制系统控制放线支撑单元进行避障前进；（3）线缆理线：通过理线机器人将地下管廊内的待敷设线缆牵引至地下管廊设定的桥架上，完成相应线缆的敷设操作；（4）重复步骤（2）、步骤（3），至线缆敷设完成，即可。本申请的方法投入人力较少，敷设效率较高，具有较好的应用价值。

Description

一种地下管廊线缆敷设方法

技术领域

本申请涉及线缆敷设领域，具体为一种地下管廊线缆敷设方法。本申请能够实现地下管廊内线缆的快速铺设，对于提高作业效率，缩短铺设周期，具有较好的实用价值。

背景技术

在线缆布放时，线缆通常置于放线架上，由工人对线缆进行拖动，进而实现相应的布放操作。在地下管廊等环境下进行线缆布放时，其内空间狭小，工人拖拽不便，进一步增加了线缆布放的难度。另外，在部分环境中，需要将电缆成排敷设在桥架中，不能堆放，这将极大增加敷设的难度和工作人员的劳动强度。

为此，迫切需要一种装置和/或方法，以解决上述问题。

发明内容

本申请的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种地下管廊线缆敷设方法。

为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种地下管廊线缆敷设方法，包括如下步骤：

（1）线缆固定

将地下管廊线缆放线机器人的线缆连接件与线缆供应装置上的待敷设线缆进行连接固定；

（2）线缆放线

地下管廊线缆放线机器人按设定要求在地下管廊内行进；在地下管廊线缆放线机器人行进过程中，地下管廊线缆放线机器人的放线导航避障单元时刻检测环境障碍，并传递给放线控制系统，放线控制系统控制放线支撑单元进行避障前进；同时，在地下管廊线缆放线机器人行进过程中，地下管廊线缆放线机器人中牵引单元的牵引绳同步释放；

当地下管廊线缆放线机器人移动至设定位置后，其上的固定单元锚定；待地下管廊线缆放线机器人锚定后，其上牵引单元中的牵引驱动装置工作，带动与其相连的待敷设线缆沿地下管廊行进；在待敷设线缆运动过程中，地下管廊线缆放线机器人为待敷设线缆移动提供拉力，并通过其上牵引单元内的拉力传感器进行检测，避免拉力过大导致待敷设线缆损坏现象的发生；当待敷设线缆移动至设定位置后，完成放线操作；

（3）线缆理线

通过理线机器人将地下管廊内的待敷设线缆牵引至地下管廊设定的桥架上，完成相应线缆的敷设操作；

（4）重复步骤（2）、步骤（3），至线缆敷设完成，即可。

所述线缆供应装置包括线缆供应侧挡板、线缆供应中心连接轴，所述线缆供应侧挡板为一组，所述线缆供应侧挡板设置在线缆供应中心连接轴上且线缆供应中心连接轴与线缆供应侧挡板相连为一体，所述线缆供应侧挡板与线缆供应中心连接轴之间形成放置待敷设线缆的线缆盛放腔。

所述线缆供应装置还包括线缆支架、线缆驱动装置、放线支撑轴承，所述线缆驱动装置与线缆支架相连且线缆支架能为线缆驱动装置提供支撑；所述放线支撑轴承为一组，所述放线支撑轴承与线缆支架相连且线缆支架能为放线支撑轴承提供支撑，所述线缆供应中心连接轴穿过放线支撑轴承且线缆供应中心连接轴能相对放线支撑轴承转动；

所述线缆驱动装置与线缆供应中心连接轴相连且线缆驱动装置能带动线缆供应中心连接轴转动以实现线缆盛放腔内待敷设线缆的取放和固定。

所述线缆供应装置还包括放线控制系统，所述放线控制系统与线缆驱动装置相连，所述线缆驱动装置为伺服电机。

地下管廊设定的桥架上还设置有管廊连接轴、管廊导向支撑滚轮，所述管廊连接轴与桥架相连且桥架能为管廊连接轴提供支撑，所述管廊导向支撑滚轮设置在管廊连接轴上；

所述管廊导向支撑滚轮为V型滚轮且管廊导向支撑滚轮的周向上设置有V型槽，管廊导向支撑滚轮之间的V型槽构成待敷设线缆的运动通道。

所述管廊导向支撑滚轮能相对管廊连接轴转动。

所述地下管廊线缆放线机器人包括放线支撑单元、固定单元、牵引单元、导向单元、放线控制系统，所述放线支撑单元包括放线支撑底盘；

所述固定单元包括液压站、上液压伸缩缸、上液压电磁阀，所述液压站、上液压伸缩缸分别设置在放线支撑底盘的上表面上且上液压伸缩缸的伸缩杆伸出时能与管廊的顶端接触以实现放线支撑底盘相对管廊的固定，所述上液压伸缩缸与液压站相连，所述上液压电磁阀设置在上液压伸缩缸与液压站相连的管路上；

所述牵引单元包括转盘组件、牵引绳、线缆连接件、牵引驱动装置、拉力传感器，所述转盘组件包括转盘支撑壳体、转盘旋转轴，所述转盘支撑壳体设置在放线支撑底盘上且放线支撑底盘能为转盘支撑壳体提供支撑，所述转盘旋转轴与转盘支撑壳体相连且转盘旋转轴能相对转盘支撑壳体转动；

所述牵引绳的一端与转盘旋转轴相连且转盘旋转轴在旋转时能将牵引绳缠绕在转盘旋转轴上，所述牵引绳的另一端与线缆连接件相连且牵引绳通过线缆连接件能带动与线缆连接件相连的待牵引线缆移动；

所述牵引驱动装置与转盘支撑壳体相连且转盘支撑壳体能为牵引驱动装置提供支撑，所述牵引驱动装置通过拉力传感器与转盘旋转轴相连且拉力传感器能对转盘旋转轴上牵引绳所受拉力进行测定；

所述导向单元包括导向拉杆、旋转编码器、导向伸缩装置，所述导向拉杆的一端与上液压伸缩缸铰接且导向拉杆能相对上液压伸缩缸转动，所述导向拉杆的另一端设置有用于与牵引绳相配合的导向连接件；所述导向连接件上设置有用于牵引绳通过的导向通槽，所述旋转编码器设置在导向通槽内且旋转编码器能对经过旋转编码器上的牵引绳的移动距离进行测定；所述导向伸缩装置的两端分别与上液压伸缩缸、导向连接件铰接且导向伸缩装置能带动导向拉杆相对上液压伸缩缸转动；

所述液压站、牵引驱动装置、拉力传感器、上液压电磁阀、旋转编码器、导向伸缩装置分别与放线控制系统相连。

所述放线支撑单元还包括与放线控制系统相连的移动驱动装置、放线驱动轮，所述移动驱动装置设置在底盘上且底盘能为移动驱动装置提供支撑，所述放线驱动轮与移动驱动装置相连且移动驱动装置通过放线驱动轮能带动支撑底板移动。

所述放线驱动轮为麦克拉姆轮，所述移动驱动装置为电机，所述移动驱动装置与放线驱动轮的数量相同，所述放线驱动轮为至少四个。

所述放线驱动轮为四个且放线驱动轮均布于放线支撑底盘上。

所述牵引驱动装置为伺服电机。

作为一种替换方式，所述固定单元还包括设置在放线支撑底盘上的导向支撑杆，所述导向拉杆、导向伸缩装置分别与导向支撑杆铰接。

所述固定单元还包括下液压伸缩缸、下液压电磁阀，所述下液压伸缩缸设置在放线支撑底盘的下表面上且下液压伸缩缸的伸缩杆能与管廊的底端接触以实现放线支撑底盘相对管廊的固定，所述下液压伸缩缸与液压站相连，所述下液压电磁阀设置在下液压伸缩缸与液压站相连的管路上，所述下液压电磁阀与放线控制系统相连。

所述导向拉杆的一端与上液压伸缩缸的缸体铰接且导向拉杆能相对上液压伸缩缸的缸体转动。

所述导向连接件呈U型、C型或凵字型，所述导向连接件与导向拉杆固定连接。所述导向通槽为导向连接件的开口，所述导向伸缩装置的两端分别与上液压伸缩缸的缸体、导向连接件铰接且导向伸缩装置能带动导向拉杆相对上液压伸缩缸转动。

所述导向伸缩装置为伺服驱动电缸。

所述牵引绳为钢丝绳。

还包括放线移动电源，所述放线移动电源设置在固定单元上，所述放线移动电源与牵引驱动装置、拉力传感器、上液压电磁阀、旋转编码器、导向伸缩装置、放线控制系统电连接。

还包括放线导航避障单元、放线检测单元，所述放线导航避障单元、放线检测单元分别设置在固定单元上，所述放线导航避障单元、放线检测单元分别与放线控制系统相连。

还包括与放线控制系统相连的放线显示装置。优选地，所述放线显示装置为触控交互显示装置。

还包括信号接收装置、与信号接收装置相配合的信号发射装置，所述信号接收装置与放线控制系统相连。

所述理线机器人包括理线支撑单元、竖向调节单元、抓取单元、理线控制系统；

所述理线支撑单元包括理线支撑底盘、移动驱动装置、理线驱动轮，所述移动驱动装置设置在底盘上且理线支撑底盘能为移动驱动装置提供支撑，所述理线驱动轮与移动驱动装置相连且移动驱动装置通过理线驱动轮能带动理线支撑底盘移动；

所述竖向调节单元设置在理线支撑底盘上且理线支撑底盘能为竖向调节单元提供支撑，所述抓取单元与竖向调节单元相连且竖向调节单元能调节抓取单元的高度；

所述抓取单元包括连接臂、抓取支撑件、第一连接轴、第一转轮、第二连接轴、第二转轮、第三转轴、第三转轮、限位连接件，所述连接臂的一端与竖向调节单元相连，所述连接臂的另一端与抓取支撑件相连且竖向调节单元能带动连接臂及与连接臂相连的抓取支撑件运动；

所述第一连接轴、第二连接轴分别与抓取支撑件相连且抓取支撑件能分别为第一连接轴、第二连接轴提供支撑，所述第一转轮设置在第一连接轴上且第一转轮能相对第一连接轴转动，所述第二转轮设置在第二连接轴上且第二转轮能相对第二连接轴转动，所述第三转轴与抓取支撑件铰接且第三转轴能相对抓取支撑件转动，所述第三转轮设置在第三转轴上且第三转轮能相对第三转轮转动，所述限位连接件分别与第三转轴、抓取支撑件相连且限位连接件能调节第三转轴与抓取支撑件之间的相对位置；

所述第一连接轴、第二连接轴、第三转轮呈三角形分布，所述第一转轮、第二转轮、第三转轮之间形成盛放线缆的整理空间且理线机器人通过整理空间能对线缆进行整理；

所述移动驱动装置、竖向调节单元分别与理线控制系统相连。

所述连接臂与抓取支撑件采用可拆卸连接；或所述连接臂与抓取支撑件采用一体成型。

所述第一转轮、第二转轮、第三转轮分别为V型惰轮。

所述竖向调节单元为二自由度调节装置、三自由度调节装置、四自由度调节装置、五自由度调节装置、六自由度调节装置、七自由度调节装置、八自由度调节装置、九自由度调节装置中的一种或多种。

所述限位连接件为连接螺杆或连接螺钉，所述连接螺杆或连接螺钉与抓取支撑件上的螺纹孔、第三转轴上的螺纹通孔相连且通过连接螺杆或连接螺钉与抓取支撑件、第三转轴之间的螺纹紧固能实现第三转轴与抓取支撑件之间相对位置的调节；

或所述限位连接件为弹性连接件，所述弹性连接件的两端分别与抓取支撑件、第三转轴相连且弹性连接件能为第三转轴提供复位力以使第三转轴能回复到与抓取支撑件之间的相对位置；

或所述限位连接件包括第三转动驱动装置，所述第三转动驱动装置与抓取支撑件相连且抓取支撑件能为第三转动驱动装置提供支撑，所述第三转动驱动装置的转动轴与第三转轴相连且第三转动驱动装置能带动第三转轴相对抓取支撑件转动，所述第三转动驱动装置与理线控制系统相连。

所述弹性连接件为弹簧。

所述第三转动驱动装置为伺服电机。

还包括第二转动驱动装置，所述第二连接轴与抓取支撑件铰接，所述第二转动驱动装置的转动轴与第二连接轴相连且第二转动驱动装置能带动第二连接轴相对抓取支撑件转动，所述第二转动驱动装置与理线控制系统相连。

所述抓取支撑件上设置有第一通槽，所述第一转轴与第一通槽的槽壁相连，所述第一转轮设置在第一连接轴上且第一转轮能相对第一连接轴转动。

所述抓取支撑件包括第一支撑部、第二支撑部，所述第一支撑部与第二支撑部相连为一体，所述第一支撑部所在平面与第二支撑部所在平面所成的夹角为钝角。

所述第一支撑部所在平面与第二支撑部所在平面所成的夹角为105~165°。

还包括设置在抓取支撑件上的导向轮，所述导向轮为一组且导向轮对称设置在抓取支撑件的两侧。

所述理线驱动轮为麦克拉姆轮、全向轮中的一种或多种。

所述理线驱动轮为麦克拉姆轮，所述移动驱动装置为电机，所述移动驱动装置与理线驱动轮的数量相同，所述理线驱动轮为至少四个。

所述理线驱动轮为四个且理线驱动轮均布于理线支撑底盘上。

还包括理线导航避障单元、理线检测单元，所述理线导航避障单元、理线检测单元分别设置在理线支撑底盘上，所述理线导航避障单元、理线检测单元分别与理线控制系统相连。

所述理线导航避障单元为避障雷达，所述理线检测单元为激光扫描装置。

还包括理线显示装置、指示装置，所述理线显示装置、指示装置分别设置在理线支撑底盘上，所述理线显示装置、指示装置分别与理线控制系统相连。

所述理线显示装置为触控交互理线显示装置，所述指示装置为指示灯且指示灯能显示理线机器人的运行状态、起到报警功能。

还包括理线移动电源，所述理线移动电源设置在理线支撑底盘上且理线移动电源与理线支撑底盘之间采用可拆卸连接，所述理线移动电源与理线控制系统电连接。

所述理线移动电源为一组且理线移动电源对称设置在理线支撑底盘上。

针对前述问题，本申请提供一种地下管廊线缆敷设方法，其主要用于地下管廊内的线缆敷设操作。采用本申请，能有利于提高大截面动力电缆敷设的效率，缩短电缆敷设工期，减少敷设难度，降低工作人员的劳动强度。

本申请的作业流程如下：

（1）线缆固定

将地下管廊线缆放线机器人的线缆连接件与线缆供应装置上的待敷设线缆进行连接固定；

（2）线缆放线

地下管廊线缆放线机器人开机自检通过后，地下管廊线缆放线机器人接收作业任务；地下管廊线缆放线机器人按设定要求在地下管廊内行进；

在地下管廊线缆放线机器人行进过程中，地下管廊线缆放线机器人的放线导航避障单元时刻检测环境障碍，并传递给放线控制系统，放线控制系统控制放线支撑单元进行避障前进；同时，在地下管廊线缆放线机器人行进过程中，地下管廊线缆放线机器人中牵引单元的牵引绳同步释放；

当地下管廊线缆放线机器人移动至设定位置后，其上的固定单元锚定；待地下管廊线缆放线机器人锚定后，其上牵引单元中的牵引驱动装置工作，带动与其相连的待敷设线缆沿地下管廊行进；在待敷设线缆运动过程中，地下管廊线缆放线机器人为待敷设线缆移动提供拉力，并通过其上牵引单元内的拉力传感器进行检测，避免拉力过大导致待敷设线缆损坏现象的发生；当待敷设线缆移动至设定位置后，完成放线操作；

（3）线缆理线

通过理线机器人将地下管廊内的待敷设线缆牵引至地下管廊设定的桥架上，完成相应线缆的敷设操作；线缆供应装置配合地下管廊线缆放线机器人同步进行放线工作；

（4）重复步骤（2）、步骤（3），至线缆敷设完成，即可。

进一步，地下管廊线缆放线机器人中，牵引绳的一端与转盘旋转轴相连，牵引绳的另一端与线缆连接件相连，牵引驱动装置与转盘支撑壳体相连，牵引驱动装置通过拉力传感器与转盘旋转轴相连。拉力传感器是传感器中最为常见的一种传感器，主要用于测固体间的拉力和压力。该结构中，待牵引线缆经导向连接件与牵引绳相连，牵引驱动装置通过拉力传感器与转盘旋转轴相连，转盘旋转轴通过旋转将与其相连的牵引绳缠绕在转盘旋转轴上，进而实现对待牵引线缆的放线操作，而拉力传感器则能对转盘旋转轴上牵引绳所受拉力进行测定，并将测定结果传递给放线控制系统，避免因拉力过大而导致线缆损坏的问题（即拉力传感器能实时检测电缆受力情况，放线控制系统跟据拉力传感器的测定数据，进行拉力控制，防止拉坏电缆的问题）。

在管廊中，线缆大多置于线缆的支架上，而支架的高度各有不同，为此，本申请还包括导向单元。导向单元包括导向拉杆、旋转编码器、导向伸缩装置，导向拉杆的一端与上液压伸缩缸铰接，导向拉杆的另一端设置有用于与牵引绳相配合的导向连接件；导向连接件上设置有用于牵引绳通过的导向通槽，旋转编码器设置在导向通槽内；导向伸缩装置的两端分别与上液压伸缩缸、导向连接件铰接。该结构中，导向伸缩装置、导向拉杆分别与上液压伸缩缸的缸体铰接，通过上液压伸缩缸的缸体提供相应的支撑；通过导向伸缩装置提供动力，带动与导向伸缩装置铰接的导向拉杆相对上液压伸缩缸转动，进而调节与导向拉杆相连的导向连接件在竖直方向的位置，实现对待牵引线缆牵引高度的调整，更好的满足管廊内不同高度线缆牵引的需要（即通过控制导向伸缩装置的伸出和缩回长度，来控制导向拉杆的角度，从而适应不同高度的放线作业需求）；同时，旋转编码器能对经过旋转编码器上的牵引绳的移动距离进行测定，并将测定结果传递给放线控制系统。本申请中，液压站、牵引驱动装置、拉力传感器、上液压电磁阀、旋转编码器、导向伸缩装置分别与放线控制系统相连。

上述装置的工作过程如下：

（1）当地下管廊线缆放线机器人到达牵引位置后，牵引绳穿过导向连接件，并通过线缆连接件与待牵引的线缆相连；

（2）待连接完成后，放线装置迁移一段距离，到达下一个牵引点；

（3）达到牵引点后，上液压伸缩缸的伸缩杆向上伸出，与管廊的上端面接触，下端依靠固定单元与管廊的地面接触，实现对放线装置的锚定；此时，放线控制系统启动导向伸缩装置，导向伸缩装置带动导向拉杆运动，并将导向拉杆一段的导向连接件移动至设定高度；而后，放线控制系统启动牵引驱动装置工作，牵引驱动装置带动转盘旋转轴转动；转盘旋转轴转动的过程中，将牵引绳缠绕在转盘旋转轴上，并实现对线缆的拖动操作，至线缆连接件到达设定位置，完成单次牵引操作；

（4）重复前述步骤1~3，至牵引完成。

在拖动过程中，牵引绳与旋转编码器紧密接触，旋转编码器能对牵引绳的移动距离进行测定，并传递给放线控制系统；而称重拉力传感器则能对拉力进行实时测定，并传递给放线控制系统，放线控制系统根据拉力信息，进行相应的判断和操作，避免损坏线缆。

同时，导向连接件呈U型、C型或凵字型，导向连接件与导向拉杆固定连接，导向通槽为导向连接件的开口，导向伸缩装置能带动导向拉杆相对上液压伸缩缸转动，导向伸缩装置可以为伺服驱动电缸，牵引绳可以为钢丝绳。本申请中，设置导向连接件的作用有两处：1）将线缆牵引至设定高度，满足不同高度线缆的牵引需求；2）通过与旋转编码器的配合，实现对线缆移动距离的测定。本申请中，线缆连接件采用套管结构设计，通过旋转操作实现线缆与线缆连接件的连接，其能兼容不同尺寸的线缆，支持快取、快连接。具体的，线缆连接件内设置C型块，可以实现对线缆的涨紧操作。进一步，本申请还可采用螺纹锁死方式来抱紧线缆头部，防止电缆在拖拽过程中脱落，并可适用于多种直径规格的电缆。

该理线机器人中，第一连接轴、第二连接轴分别与抓取支撑件相连，第一转轮设置在第一连接轴上，第二转轮设置在第二连接轴上。第三转轴与抓取支撑件铰接，第三转轮设置在第三转轴上，限位连接件分别与第三转轴、抓取支撑件相连。第一连接轴、第二连接轴、第三转轮呈三角形分布，第一转轮、第二转轮、第三转轮之间形成盛放线缆的整理空间，移动驱动装置、竖向调节单元分别与理线控制系统相连。该结构中，第一转轮能相对第一连接轴转动，第二转轮能相对第二连接轴转动，第三转轮能相对第三转轮转动（优选地，第一转轮、第二转轮、第三转轮分别为V型惰轮；第一转轮、第二转轮、第三转轮能自由转动，以配合线缆表面，避免对线缆的损坏）。抓取支撑件分别为第一连接轴、第二连接轴提供支撑；第三转轴能相对抓取支撑件转动，且限位连接件能调节第三转轴与抓取支撑件之间的相对位置。本申请中，第三转轮能绕抓取支撑件转动，便于将待理线的线缆置于整理空间内，通过理线支撑单元的带动，进而实现对线缆的牵引、理线操作。

上述理线机器人的工作过程如下：

（1）将理线机器人置于设定位置后，待整理的线缆置于抓取单元的整理空间中；

（2）待连接完成后，理线机器人的竖向调节单元工作，调整抓取单元横向、纵向的位置，至设定的位置；

（3）理线支撑单元沿设定的轨迹移动，完成对线缆的理线操作，至线缆到达设定位置，完成线缆的单次理线操作；

（4）重复前述步骤1~3，至理线完成。

采用本申请，能简化线缆理线操作，降低人力投入，提升电缆敷设效率，具有较高的应用价值和较好的应用效果。

由于采用了上述技术方案，本申请具有如下有益效果：投入人力较少，敷设效率较高，能有效降低工人的劳动强度，具有较好的应用价值。

附图说明

图1为本发明实现机器人电缆敷设的流程示意图；

图2为地下管廊线缆放线机器人的结构示意图。

图3为线缆连接件的结构示意图。

图4为地下管廊线缆放线机器人的使用状态示意图。

图5为理线机器人的主视图。

图6为理线机器人的立体状态图。

图7为抓取单元的立体状态示意图。

图8为抓取单元的主视图。

图9为充放电示意图。

图中标记：1、放线支撑底盘，2、上液压伸缩缸，3、牵引绳，4、线缆连接件，5、牵引驱动装置，6、拉力传感器，7、转盘支撑壳体，8、导向拉杆，9、旋转编码器，10、导向伸缩装置，11、放线驱动轮，12、导向连接件，21、理线支撑单元，22、竖向调节单元，23、抓取单元，30、连接臂，31、抓取支撑件，32、第一转轮，33、第二转轮，34、第三转轮，35、第二连接轴，36、第三转轴，37、第一支撑部，38、第二支撑部，Q1、主断路器，Q2、输出保护断路器，K1、第一接触器，K2、第二接触器，K3、第三接触器。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

本实施例提供一种地下管廊线缆敷设方法，包括如下步骤：

（1）线缆固定

将地下管廊线缆放线机器人的线缆连接件4与线缆供应装置上的待敷设线缆进行连接固定；

（2）线缆放线

地下管廊线缆放线机器人按设定要求在地下管廊内行进；在地下管廊线缆放线机器人行进过程中，地下管廊线缆放线机器人的放线导航避障单元时刻检测环境障碍，并传递给放线控制系统，放线控制系统控制放线支撑单元进行避障前进；同时，在地下管廊线缆放线机器人行进过程中，地下管廊线缆放线机器人中牵引单元的牵引绳3同步释放；

当地下管廊线缆放线机器人移动至设定位置后，其上的固定单元锚定；待地下管廊线缆放线机器人锚定后，其上牵引单元中的牵引驱动装置5工作，带动与其相连的待敷设线缆沿地下管廊行进；在待敷设线缆运动过程中，地下管廊线缆放线机器人为待敷设线缆移动提供拉力，并通过其上牵引单元内的拉力传感器6进行检测，避免拉力过大导致待敷设线缆损坏现象的发生；当待敷设线缆移动至设定位置后，完成放线操作；

（3）线缆理线

通过理线机器人将地下管廊内的待敷设线缆牵引至地下管廊设定的桥架上，完成相应线缆的敷设操作；

（4）重复步骤（2）、步骤（3），至线缆敷设完成，即可。

本实施例中，线缆供应装置包括线缆供应侧挡板、线缆供应中心连接轴、线缆支架、线缆驱动装置、放线支撑轴承、放线控制系统。线缆驱动装置与线缆支架相连，且线缆支架能为线缆驱动装置提供支撑；放线支撑轴承为一组，放线支撑轴承与线缆支架相连，且线缆支架能为放线支撑轴承提供支撑。

线缆供应中心连接轴穿过放线支撑轴承，且线缆供应中心连接轴能相对放线支撑轴承转动；线缆供应侧挡板为一组，线缆供应侧挡板设置在线缆供应中心连接轴上，且线缆供应中心连接轴与线缆供应侧挡板相连为一体，线缆供应侧挡板与线缆供应中心连接轴之间形成放置待敷设线缆的线缆盛放腔。同时，线缆驱动装置与线缆供应中心连接轴相连，且线缆驱动装置能带动线缆供应中心连接轴转动以实现线缆盛放腔内待敷设线缆的取放和固定。本实施例中，放线控制系统与线缆驱动装置相连，线缆驱动装置选用伺服电机。

进一步，地下管廊设定的桥架上还设置有管廊连接轴、管廊导向支撑滚轮，管廊连接轴与桥架相连且桥架能为管廊连接轴提供支撑，管廊导向支撑滚轮设置在管廊连接轴上；管廊导向支撑滚轮为V型滚轮且管廊导向支撑滚轮的周向上设置有V型槽，管廊导向支撑滚轮之间的V型槽构成待敷设线缆的运动通道。本实施例中，管廊导向支撑滚轮能相对管廊连接轴转动。

本实施例中，根据管廊内具体环境情况，在桥架上设计安装有管廊导向支撑滚轮，防止电缆在牵引过程中造成损伤。在进行电缆牵引时，由人工在桥架侧方位置固定合理数量的管廊导向支撑滚轮，用于牵引时电缆承载，有效降低摩擦力，保护电缆外表面不被划伤。电缆牵引完成，人工把电缆转至桥架内后，再由人工拆卸导向轮。导向滚轮外形设计成凹槽形状，在电缆敷设时能有效防止电缆脱离支撑滚轮。

同时，当进行到地下管廊转角处时，在桥架转角处布置有两组竖直的电缆导向轮，通过这两组导向轮可使电缆敷设顺利通过转角处。导向滚轮外形设计成凹槽形状，在转弯时能有效防止电缆脱离支撑滚轮，理论上可以满足电缆的最小转弯半径。

本实施例中，采用的地下管廊线缆放线机器人包括放线支撑单元、固定单元、牵引单元、导向单元、放线控制系统。其中，放线支撑单元包括放线支撑底盘1、移动驱动装置、放线驱动轮11，移动驱动装置设置在底盘上，放线驱动轮11与移动驱动装置相连，移动驱动装置、放线驱动轮11分别为四个，且放线驱动轮11均布于放线支撑底盘1上。本实施例中，放线驱动轮11选用麦克拉姆轮，移动驱动装置选用电机。固定单元包括设置在放线支撑底盘1上的液压站、上液压伸缩缸2、下液压伸缩缸、上液压电磁阀、下液压电磁阀，上液压伸缩缸2设置在放线支撑底盘1的上表面上，下液压伸缩缸设置在放线支撑底盘1的下表面上，上液压伸缩缸2、下液压伸缩缸分别与液压站相连，上液压电磁阀设置在上液压伸缩缸2与液压站相连的管路上，下液压电磁阀设置在下液压伸缩缸与液压站相连的管路上。

牵引单元包括转盘组件、牵引绳3、线缆连接件4、牵引驱动装置5、拉力传感器6，转盘组件包括转盘支撑壳体7、转盘旋转轴，转盘支撑壳体7设置在放线支撑底盘1上，转盘旋转轴与转盘支撑壳体7相连。牵引绳3的一端与转盘旋转轴相连，牵引绳3的另一端与线缆连接件4相连；牵引驱动装置5与转盘支撑壳体7相连，牵引驱动装置5通过拉力传感器6与转盘旋转轴相连。本实施例中，牵引驱动装置5可以为伺服电机，牵引绳3可以为钢丝绳。

导向单元包括导向拉杆8、旋转编码器9、导向伸缩装置10，导向拉杆8的一端与上液压伸缩缸2铰接且导向拉杆8能相对上液压伸缩缸2转动，导向拉杆8的另一端设置有用于与牵引绳3相配合的导向连接件12。导向连接件12上设置有用于牵引绳3通过的导向通槽，旋转编码器9设置在导向通槽内，导向伸缩装置10的两端分别与上液压伸缩缸2、导向连接件12铰接。本实施例中，导向伸缩装置10用于带动导向拉杆8相对上液压伸缩缸2转动，旋转编码器9用于对经过旋转编码器9上的牵引绳3的移动距离进行测定。进一步，导向伸缩装置10可以为伺服驱动电缸，导向连接件12呈U型、C型或凵字型，导向连接件12与导向拉杆8固定连接。导向通槽为导向连接件12的开口，导向伸缩装置10的两端分别与上液压伸缩缸2的缸体、导向连接件12铰接且导向伸缩装置10能带动导向拉杆8相对上液压伸缩缸2转动。

本实施例中，选用麦克拉姆轮和电机相互配合，通过对麦克拉姆轮转速的不同控制，即可实现前进、后退、转向等操作。同时，本申请采用上液压伸缩缸2、下液压伸缩缸设计，上液压伸缩缸2的伸缩杆伸缩时，能与管廊的顶端接触，以实现放线支撑底盘1相对管廊的固定；下液压伸缩缸的伸缩杆伸出时，能与管廊的底端接触，以实现放线支撑底盘1相对管廊的固定；通过上液压伸缩缸2、下液压伸缩缸的配合，能实现放线装置相对管廊的有效固定，为线缆的牵引提供足够的摩擦力。转盘支撑壳体7为转盘旋转轴的转动提供支撑，并使牵引绳3能缠绕在转盘旋转轴上；牵引驱动装置5能带动转盘旋转轴转动，进而为线缆的拖拽提供动力，而拉力传感器6能对转盘旋转轴上牵引绳3所受拉力进行测定；牵引绳3与线缆连接件4相连，线缆连接件4与待牵引线缆可拆卸连接，牵引驱动装置5带动转盘旋转轴转动时，能将牵引绳3缠绕在转盘旋转轴上，进而拖动与线缆连接件4相连的待牵引线缆移动，实现相应的放线操作。本申请中，通过控制导向伸缩装置10的伸出和缩回长度，来控制导向拉杆8的角度，从而适应不同高度的放线作业需求；导向连接件12可采用凵字型设计，旋转编码器9设置在导向通槽内（即旋转编码器9设置在导向连接件12的开口内，使得在牵引过程中，牵引绳3能更好地作用在旋转编码器9上，进而便于获取线缆的移动距离）。同时，移动驱动装置、液压站、上液压电磁阀、下液压电磁阀、牵引驱动装置5、拉力传感器6、旋转编码器9、导向伸缩装置10分别与放线控制系统相连，能够实现放线装置的自动控制操作。

进一步，本实施例还包括放线移动电源、放线导航避障单元、放线检测单元、放线显示装置，放线移动电源、放线导航避障单元、放线检测单元分别设置在固定单元上，放线移动电源与牵引驱动装置5、拉力传感器6、上液压电磁阀、下液压电磁阀、旋转编码器9、导向伸缩装置10、放线控制系统、放线导航避障单元、放线检测单元、放线显示装置电连接，放线导航避障单元、放线检测单元、放线显示装置分别与放线控制系统相连。本实施例中，放线显示装置可以为触控交互显示装置。本实施例的放线装置还包括信号接收装置、与信号接收装置相配合的信号发射装置，信号接收装置与放线控制系统相连。

本实施例的理线机器人包括理线支撑单元21、与理线控制系统相连的竖向调节单元22、抓取单元23、理线控制系统。其中，理线支撑单元21包括理线支撑底盘、与理线控制系统相连的移动驱动装置、理线驱动轮，移动驱动装置设置在底盘上，理线驱动轮与移动驱动装置相连。本实施例中，理线驱动轮为麦克拉姆轮，移动驱动装置为电机，移动驱动装置与理线驱动轮的数量相同，理线驱动轮为四个且理线驱动轮均布于理线支撑底盘上。理线支撑单元21还包括理线导航避障单元、理线检测单元，理线导航避障单元、理线检测单元分别设置在理线支撑底盘上，理线导航避障单元、理线检测单元分别与理线控制系统相连。理线导航避障单元可以为避障雷达，理线检测单元可以为激光扫描装置。该结构中，理线支撑底盘能用于其他部件提供支撑，移动驱动装置通过理线驱动轮能带动理线支撑底盘移动。在理线机器人行进过程中，避障雷达能进行实时监测，避免理线机器人发生碰撞；而激光扫描装置能进行三维扫描，对行进途径进行实时建模。

竖向调节单元22设置在理线支撑底盘上，抓取单元23与竖向调节单元22相连。如图所示，本实施例的竖向调节单元22可选用六自由度调节装置。

抓取单元23包括连接臂30、抓取支撑件31、第一连接轴、第一转轮32、第二连接轴35、第二转轮33、第三转轴36、第三转轮34、限位连接件，连接臂30的一端与竖向调节单元22相连，连接臂30的另一端与抓取支撑件31相连且竖向调节单元22能带动连接臂30及与连接臂30相连的抓取支撑件31运动。第一连接轴、第二连接轴35分别与抓取支撑件31相连，第一转轮32设置在第一连接轴上，第二转轮33设置在第二连接轴35上，第三转轴36与抓取支撑件31铰接，第三转轮34设置在第三转轴36上，限位连接件分别与第三转轴36、抓取支撑件31相连且限位连接件能调节第三转轴36与抓取支撑件31之间的相对位置。同时，第一连接轴、第二连接轴35、第三转轮34呈三角形分布，第一转轮32、第二转轮33、第三转轮34之间形成盛放线缆的整理空间。本实施例中，第一转轮32、第二转轮33、第三转轮34分别为V型惰轮。

本实施例中，限位连接件包括第三转动驱动装置，第三转动驱动装置与抓取支撑件31相连，第三转动驱动装置的转动轴与第三转轴36相连，第三转动驱动装置与理线控制系统相连，第三转动驱动装置优选为伺服电机。本实施例中，抓取支撑件31上设置有第一通槽，第一转轴与第一通槽的槽壁相连，第一转轮32设置在第一连接轴上；抓取支撑件31包括第一支撑部37、第二支撑部38，第一支撑部37与第二支撑部38相连为一体，第一支撑部37所在平面与第二支撑部38所在平面所成的夹角为钝角；优选地，夹角为150°。本实施例中，抓取支撑件31能为第三转动驱动装置提供支撑，第三转动驱动装置能带动第三转轴36相对抓取支撑件31转动，进而实现线缆的取放操作。本实施例的理线机器人还包括设置在抓取支撑件31上的导向轮，导向轮为一组且导向轮对称设置在抓取支撑件31的两侧。

本实施例的理线机器人还包括理线显示装置、指示装置，理线显示装置、指示装置分别设置在理线支撑底盘上，理线显示装置、指示装置分别与理线控制系统相连。理线显示装置可以为触控交互理线显示装置，指示装置可以为指示灯。该结构中，触控交互理线显示装置能够显示理线机器人的运行状态，而指示灯能显示理线机器人的运行状态、起到报警功能。

本实施例还包括信号接收装置、与信号接收装置相配合的信号发射装置，信号接收装置与理线控制系统相连。通过信号接收装置、信号发射装置的配合，能够实现理线机器人的远程操作。本实施例还包括理线移动电源，理线移动电源为一组，且理线移动电源对称设置在理线支撑底盘上，理线移动电源与理线支撑底盘之间采用可拆卸连接，理线移动电源与理线控制系统电连接。

前述装置的工作过程如下：

（1）将理线机器人置于设定位置后，待整理的线缆置于抓取单元23的整理空间中；

（2）待连接完成后，理线机器人的竖向调节单元22工作，调整抓取单元23横向、纵向的位置，至设定的位置；

（3）理线支撑单元21沿设定的轨迹移动，完成对线缆的理线操作，至线缆到达设定位置，完成线缆的单次理线操作；

（4）重复前述步骤（1）~（3），至理线完成。

为提供有效作业续航时间，本实施例采用放线移动电源、理线移动电源设置，其在满负荷工作下可连续运行4小时。当系统监测到电量过低时，提示用户进行充电或电池更换。同时，在现场具备支持有线供电的情况下，支持有线供电作业。本实施例的供电方案分为两种：

1）在线供电：指电池无须取下，直接对电缆敷设机器人进行供电；

2）离线充电：指将电池组从电缆敷设机器人上拆卸下用配套充电器充电。

充放电原理（充放电示意图如图9所示，其中以）：电气系统采用220V AC供电，经过主断路器（Q1）、智能充电器、输出保护断路器（Q2）、接触器，最后连接电池充电，设计两级开关（接触器K1、K2，K3；主断路器Q1），充/放电过程可灵活切换；同时设计逻辑互锁电路，避雷器、熔断器、过电压、欠电压、急停装置等保护电路。各级电路设计电压、电流、温度检测及主要设备运行状态检测反馈，可通过软件分析判断运行情况。

在一个具体的实际产品中，本申请的电缆外径适用范围为36.2-58mm，电缆桥架宽度的适用范围为300-600mm，地下管廊线缆放线机器人、理线机器人的最大行走速度：1m/s，地下管廊线缆放线机器人最大牵引速度：0.1m/s，地下管廊线缆放线机器人最大牵引力：15000N，地下管廊线缆放线机器人的最大拉力不大于电缆最大拉力的80%；同时，电缆敷设过程不损伤电缆的外观和本质质量。

相较于人工电缆敷设，采用本申请后，作业人员减少80%以上，并且操作人员不直接参与拖拉电缆的体力劳动，有效的保证安全；同时，大幅提高电缆敷设效率、降低电缆敷设成本。本申请对于实现电缆的自动化移动敷设，减少人力，具有重要的经济价值。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种地下管廊线缆敷设方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）线缆固定

将地下管廊线缆放线机器人的线缆连接件与线缆供应装置上的待敷设线缆进行连接固定；

（2）线缆放线

地下管廊线缆放线机器人按设定要求在地下管廊内行进；在地下管廊线缆放线机器人行进过程中，地下管廊线缆放线机器人的放线导航避障单元时刻检测环境障碍，并传递给放线控制系统，放线控制系统控制放线支撑单元进行避障前进；同时，在地下管廊线缆放线机器人行进过程中，地下管廊线缆放线机器人中牵引单元的牵引绳同步释放；

当地下管廊线缆放线机器人移动至设定位置后，其上的固定单元锚定；待地下管廊线缆放线机器人锚定后，其上牵引单元中的牵引驱动装置工作，带动与其相连的待敷设线缆沿地下管廊行进；在待敷设线缆运动过程中，地下管廊线缆放线机器人为待敷设线缆移动提供拉力，并通过其上牵引单元内的拉力传感器进行检测，避免拉力过大导致待敷设线缆损坏现象的发生；当待敷设线缆移动至设定位置后，完成放线操作；

（3）线缆理线

通过理线机器人将地下管廊内的待敷设线缆牵引至地下管廊设定的桥架上，完成相应线缆的敷设操作；

（4）重复步骤（2）、步骤（3），至线缆敷设完成，即可；

所述地下管廊线缆放线机器人包括放线支撑单元、固定单元、牵引单元、导向单元、放线控制系统，所述放线支撑单元包括放线支撑底盘；

所述固定单元包括液压站、上液压伸缩缸、上液压电磁阀，所述液压站、上液压伸缩缸分别设置在放线支撑底盘的上表面上且上液压伸缩缸的伸缩杆伸出时能与管廊的顶端接触以实现放线支撑底盘相对管廊的固定，所述上液压伸缩缸与液压站相连，所述上液压电磁阀设置在上液压伸缩缸与液压站相连的管路上；

所述牵引单元包括转盘组件、牵引绳、线缆连接件、牵引驱动装置、拉力传感器，所述转盘组件包括转盘支撑壳体、转盘旋转轴，所述转盘支撑壳体设置在放线支撑底盘上且放线支撑底盘能为转盘支撑壳体提供支撑，所述转盘旋转轴与转盘支撑壳体相连且转盘旋转轴能相对转盘支撑壳体转动；

所述牵引绳的一端与转盘旋转轴相连且转盘旋转轴在旋转时能将牵引绳缠绕在转盘旋转轴上，所述牵引绳的另一端与线缆连接件相连且牵引绳通过线缆连接件能带动与线缆连接件相连的待牵引线缆移动；

所述牵引驱动装置与转盘支撑壳体相连且转盘支撑壳体能为牵引驱动装置提供支撑，所述牵引驱动装置通过拉力传感器与转盘旋转轴相连且拉力传感器能对转盘旋转轴上牵引绳所受拉力进行测定；

所述导向单元包括导向拉杆、旋转编码器、导向伸缩装置，所述导向拉杆的一端与上液压伸缩缸铰接且导向拉杆能相对上液压伸缩缸转动，所述导向拉杆的另一端设置有用于与牵引绳相配合的导向连接件；所述导向连接件上设置有用于牵引绳通过的导向通槽，所述旋转编码器设置在导向通槽内且旋转编码器能对经过旋转编码器上的牵引绳的移动距离进行测定；所述导向伸缩装置的两端分别与上液压伸缩缸、导向连接件铰接且导向伸缩装置能带动导向拉杆相对上液压伸缩缸转动；

所述液压站、牵引驱动装置、拉力传感器、上液压电磁阀、旋转编码器、导向伸缩装置分别与放线控制系统相连；

所述放线支撑单元还包括与放线控制系统相连的移动驱动装置、放线驱动轮，所述移动驱动装置设置在底盘上且底盘能为移动驱动装置提供支撑，所述放线驱动轮与移动驱动装置相连且移动驱动装置通过放线驱动轮能带动支撑底板移动；

所述导向单元中，导向伸缩装置、导向拉杆分别与上液压伸缩缸的缸体铰接，通过上液压伸缩缸的缸体提供相应的支撑；通过导向伸缩装置提供动力，带动与导向伸缩装置铰接的导向拉杆相对上液压伸缩缸转动，进而调节与导向拉杆相连的导向连接件在竖直方向的位置，实现对待牵引线缆牵引高度的调整；旋转编码器能对经过旋转编码器上的牵引绳的移动距离进行测定，并将测定结果传递给放线控制系统。

2.根据权利要求1所述的地下管廊线缆敷设方法，其特征在于，所述线缆供应装置包括线缆供应侧挡板、线缆供应中心连接轴，所述线缆供应侧挡板为一组，所述线缆供应侧挡板设置在线缆供应中心连接轴上且线缆供应中心连接轴与线缆供应侧挡板相连为一体，所述线缆供应侧挡板与线缆供应中心连接轴之间形成放置待敷设线缆的线缆盛放腔。

3.根据权利要求2所述的地下管廊线缆敷设方法，其特征在于，所述线缆供应装置还包括线缆支架、线缆驱动装置、放线支撑轴承，所述线缆驱动装置与线缆支架相连且线缆支架能为线缆驱动装置提供支撑；所述放线支撑轴承为一组，所述放线支撑轴承与线缆支架相连且线缆支架能为放线支撑轴承提供支撑，所述线缆供应中心连接轴穿过放线支撑轴承且线缆供应中心连接轴能相对放线支撑轴承转动；

所述线缆驱动装置与线缆供应中心连接轴相连且线缆驱动装置能带动线缆供应中心连接轴转动以实现线缆盛放腔内待敷设线缆的取放和固定。

4.根据权利要求3所述的地下管廊线缆敷设方法，其特征在于，所述线缆供应装置还包括放线控制系统，所述放线控制系统与线缆驱动装置相连，所述线缆驱动装置为伺服电机。

5.根据权利要求1所述的地下管廊线缆敷设方法，其特征在于，地下管廊设定的桥架上还设置有管廊连接轴、管廊导向支撑滚轮，所述管廊连接轴与桥架相连且桥架能为管廊连接轴提供支撑，所述管廊导向支撑滚轮设置在管廊连接轴上；

所述管廊导向支撑滚轮为V型滚轮且管廊导向支撑滚轮的周向上设置有V型槽，管廊导向支撑滚轮之间的V型槽构成待敷设线缆的运动通道。

6.根据权利要求5所述的地下管廊线缆敷设方法，其特征在于，所述管廊导向支撑滚轮能相对管廊连接轴转动。

7.根据权利要求1~6任一项所述的地下管廊线缆敷设方法，其特征在于，所述固定单元还包括下液压伸缩缸、下液压电磁阀，所述下液压伸缩缸设置在放线支撑底盘的下表面上且下液压伸缩缸的伸缩杆能与管廊的底端接触以实现放线支撑底盘相对管廊的固定，所述下液压伸缩缸与液压站相连，所述下液压电磁阀设置在下液压伸缩缸与液压站相连的管路上，所述下液压电磁阀与放线控制系统相连。

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