CN113443556A - 管片智能自动识别运输系统以及运输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管片智能自动识别运输系统以及运输方法，运输系统包括：吊梁；行走机构，包括滑动于吊梁上的第一连接件，第一连接件联接第一驱动电机，第一驱动电机控制第一连接件沿吊梁行走；起升机构，连接于第一连接件的底部，起升机构包括从上至下依次连接的一对吊臂、旋转吊具以及真空吸盘，每个吊臂联接一第二驱动电机，旋转吊具联接第三驱动电机；主控装置，包括滑动于吊梁上的第二连接件，第二连接件联接第一驱动电机，第二连接件上设有主控制系统以及子控制系统，主控制系统与第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机以及真空吸盘信号连接，子控制系统包括视觉识别系统以及状态监控系统。本发明能够实现管片吊运的精准定位和实时监控。

Description

管片智能自动识别运输系统以及运输方法

技术领域

本发明涉及盾构施工管片运输技术领域，尤指一种管片智能自动识别运输系统以及运输方法。

背景技术

目前，传统盾构掘进机管片吊机需要现场专业操作人员进行操控才能实现管片准确稳定的安全吊运，管片在狭小的运行空间存在定位精度低下的问题，且全程通过专业操作人员进行操控，工作效率低下，严重制约着盾构机的掘进进程。

因此，亟需提出一种能够具有视觉识别和状态监控功能的管片智能自动识别运输系统以及运输方法，能够精确定位管片位置并自动化智能控制管片的抓取、旋转、转运和松放，实现管片吊运的精准定位和实时监控，进而提高管片吊运的效率与质量，加快盾构机的掘进进程。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种管片智能自动识别运输系统以及运输方法，能够精确定位管片位置并自动化智能控制管片的抓取、旋转、转运和松放，实现管片吊运的精准定位和实时监控，进而提高管片吊运的生产效率与质量，加快盾构机的掘进进程。

本发明实现上述目的的技术方案是：

本发明提供一种管片智能自动识别运输系统，包括：

吊梁；

行走机构，包括滑动于所述吊梁上的第一连接件，所述第一连接件联接第一驱动电机，所述第一驱动电机控制所述第一连接件沿所述吊梁行走；

起升机构，连接于所述第一连接件的底部，所述起升机构包括从上至下依次连接的一对吊臂、旋转吊具以及真空吸盘，每个所述吊臂联接一第二驱动电机，所述第二驱动电机控制所述吊臂上下移动，所述旋转吊具联接第三驱动电机，所述第三驱动电机控制所述旋转吊具自转；

主控装置，包括滑动于所述吊梁上的第二连接件，所述第二连接件联接所述第一驱动电机，所述第二连接件上设有主控制系统以及与所述主控制系统信号连接的子控制系统，所述主控制系统与所述第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机以及所述真空吸盘信号连接，所述子控制系统包括视觉识别系统以及状态监控系统。

本发明管片智能自动识别运输系统的进一步改进在于，所述主控制系统包括PLC控制系统以及与所述PLC控制系统信号连接的信号反馈系统，所述信号反馈系统对应接收记录所述第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机以及所述真空吸盘发出的实时信号，并将所述实时信号发送至所述PLC控制系统，所述PLC控制系统处理所述实时信号并向所述第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机以及所述真空吸盘发送对应的命令信号。

本发明管片智能自动识别运输系统的进一步改进在于，所述视觉识别系统包括雷达传感器以及激光测距仪，所述雷达传感器以及所述激光测距仪与所述信号反馈系统信号连接。

本发明管片智能自动识别运输系统的进一步改进在于，所述视觉识别系统还包括LED照明系统。

本发明管片智能自动识别运输系统的进一步改进在于，所述状态监控系统包括起升机构监控器以及读码器，所述起升机构监控器以及所述读码器与所述信号反馈系统信号连接。

本发明管片智能自动识别运输系统的进一步改进在于，还包括工业平板触控电脑，所述工业平板触控电脑设于远离管片的控制室内，所述工业平板触控电脑与所述主控装置信号连接。

本发明还提供一种管片智能自动识别运输方法，包括步骤：

提供所述管片智能自动识别运输系统；

利用第一驱动电机控制起升机构的第一连接件以及主控装置的第二连接件沿吊梁移动至管片起始吊运位置上方；

利用所述第二连接件上的视觉识别系统识别管片所在位置；

起升机构根据所述视觉识别系统的识别信息，利用所述第二驱动电机和所述第三驱动电机自动调整真空吸盘的位置，使所述真空吸盘对准并下放至所述管片，利用所述真空吸盘吸取所述管片；

利用所述第二驱动电机控制所述吊臂带着所述真空吸盘上的所述管片进行提升，在提升过程中，利用所述状态监控系统监控所述管片的水平度；

利用所述第一驱动电机控制所述起升机构带着所述管片沿所述吊梁移动至到达指定位置上方放下管片。

本发明管片智能自动识别运输系统以及运输方法的有益效果：

通过由PLC控制系统以及与PLC控制系统信号连接的信号反馈系统组成的主控制系统控制子控制系统中的视觉识别系统以及状态监控系统的运行，对管片的位置进行精准定位和实时监控，并通过PLC控制系统向行走机构以及起升机构发送信号自动化智能控制管片的抓取、旋转、转运和松放，从而实现管片吊机对管片的智能自动识别以及运输。

进一步地，将工业平板触控电脑设于远离管片的控制室内并与主控装置信号连接，主控装置可将吊机的运行数据状态实时反应在工业平板触控电脑上，通过操控工业平板触控电脑即可以实现一键操作，即只要操作人员确认管片可以运输后，按下操控工业平板触控电脑的启动按钮，主控装置收到信号后自动控制各个系统运行，把管片运输至指定区域，可有效解决管片运输准确、稳定、安全、可靠问题，大幅降低现场专业操作人员劳动强度。

附图说明

图1为本发明管片智能自动识别运输系统的结构示意图。

图2为本发明管片智能自动识别运输方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见图1，本发明是在管片运输装置现有的结构基础上，将由PLC控制系统、信号反馈系统组成的主控制系统以及由视觉识别系统、状态监控系统组成的子控制系统整合成一个整体的主控装置，并安装到管片运输装置中通过信号连接控制从而形成管片智能自动识别运输系统，另外，为了主控装置能够对起升机构以及行走机构在吊梁上的运行过程进行控制，对应控制起升机构以及行走机构安装的驱动电机与主控装置信号连接，具体的，本实施例的管片智能自动识别运输系统包括：

吊梁10；

行走机构1，包括滑动于所述吊梁上的第一连接件11，第一连接件11联接第一驱动电机12，第一驱动电机12控制第一连接件11沿吊梁10行走；

起升机构2，连接于第一连接件11的底部，起升机构2包括从上至下依次连接的一对吊臂21、旋转吊具22以及真空吸盘23，每个吊臂21联接一第二驱动电机25，第二驱动电机25控制吊臂21上下移动，旋转吊具22联接第三驱动电机26，第三驱动电机26控制旋转吊具22自转；

主控装置3，包括滑动于所述吊梁上的第二连接件31，第二连接件31联接所述第一驱动电机12，第二连接件31上设有主控制系统33以及与主控制系统33信号连接的子控制系统34，主控制系统33与第一驱动电机12、第二驱动电机25、第三驱动电机26以及真空吸盘23信号连接，子控制系统34包括视觉识别系统341以及状态监控系统342。

作为本发明管片智能自动识别运输系统的一较佳实施方式，主控制系统31包括PLC控制系统331以及与PLC控制系统331信号连接的信号反馈系统332，信号反馈系统332对应接收记录第一驱动电机12、第二驱动电机25、第三驱动电机26以及真空吸盘23发出的实时信号，并将实时信号发送至PLC控制系统331，PLC控制系统331处理实时信号并向第一驱动电机12、第二驱动电机25、第三驱动电机26以及真空吸盘23发送对应的命令信号。

本实施例中，PLC控制系统331以及与PLC控制系统331信号连接的信号反馈系统332均为现有的系统，具体的，PLC控制系统331选用PLC(S7-1500)，其中，信号反馈系统32用于对整个管片运输装置发出和反馈的信号进行记录和采集，并实时反馈给PLC控制系统331，PLC控制系统331用于对整个管片运输装置的发出和反馈信号进行运算处理，进而PLC控制系统331处理信号后发出对应的命令信号从而控制整个管片运输装置实现智能化自动识别运输。

具体的，请继续参考图1，本实施例中，行走机构1为管片运输装置中现有的结构，吊梁10的底部具有供行走机构1行走的轨道，第一连接件11包括设于吊梁10的左右两个部分，左右两个部分通过连接件连接，并通过齿轮啮合于吊梁10的轨道的齿轮，第一驱动电机12分为主机和从机，具体的，主机采用变频电机，适合高工作负荷工况下使用，配备制动器、加热电阻和过热保护，从机采用行走减速器，能够在跟随主机行走的同时进行减速制动。请继续参考图1，主机设于右侧的第一连接件11的空间内，从机设于左侧的第一连接件11的空间内，第一驱动电机12与主控制系统33信号连接，具体的，第一驱动电机12与PLC控制系统331以及信号反馈系统332信号连接，实际操作过程中，PLC控制系统331向第一驱动电机12发送行走信号，第一驱动电机12接收到信号后，启动主机带动从机，控制第一连接件11沿吊梁10行走，第一连接件11上的起升机构2移动至管片起始吊运位置上方，当要达到指定位置时，PLC控制系统31向第一驱动电机12发送停止信号，同样的，第一驱动电机12接收到信号后，主机关闭，从机的行走减速器启动进行制动，控制整个行走机构1停止。

本实施例中，起升机构2连接于第一连接件11的底部，具体的，连接于从机的底部，起升机构2包括从上至下依次连接的一对吊臂21、旋转吊具22以及真空吸盘23，每个吊臂21联接一第二驱动电机25，第二驱动电机25控制吊臂21上下移动，旋转吊具22联接第三驱动电机26，第三驱动电机26控制旋转吊具22自转，请继续参考图1，具体的，吊臂21成对对称设置，分别包括左右两个吊臂，左右两个吊臂分别对应连接旋转吊具22的两端，以稳定的起吊旋转吊具22，每个吊臂21联接一第二驱动电机25，第二驱动电机25具备卷扬或者释放吊臂21的功能，对应的，吊臂21采用钢丝绳等可卷扬的材质，通过卷扬收缩吊臂21或者释放伸长吊臂21能够起到控制吊臂21上升或下降的功能，旋转吊具22联接第三驱动电机，第三驱动电机26驱动吊具自转以带动真空吸盘23对准管片的位置，真空吸盘23具备吸取或释放管片的功能，本实施例中，第二驱动电机25、第三驱动电机26以及真空吸盘23与主控制系统33信号连接，具体的，第二驱动电机25、第三驱动电机26以及真空吸盘23与PLC控制系统331以及信号反馈系统332信号连接，实际操作过程中，当从运输小车上吸取管片时，PLC控制系统331向第二驱动电机25、第三驱动电机26以及真空吸盘23发送信号，第二驱动电机25、第三驱动电机26以及真空吸盘23接收到信号后，开始自动吸取管片，其中，第二驱动电机25驱动吊臂21释放伸长，带动下放真空吸盘23，第三驱动电机26控制吊具自转带动真空吸盘23对准管片的位置，真空吸盘、3收到信号并吸取管片，待真空度大于80％之后，PLC控制系统331向第二驱动电机25发送信号，第二驱动电机25收到信号后卷扬吊臂21，从而提升真空吸盘23至一定高度，当需要下放管片至指定的储运位置时，对应的，第二驱动电机25收到PLC控制系统发送的信号后释放钢丝绳22，PLC控制系统继续向真空吸盘25发送释放信号，真空吸盘25收到信号后松开管片，从而下放管片至储运位置，需要说明的是，由于管片运至储运位置时需要对管片进行旋转，因此，在下放管片至管片储运位置之前，PLC控制系统会向第三驱动电机26发送信号，控制旋转吊具22旋转一定度数，之后在控制吊臂21下放真空吸盘23吸取的管片至指定位置。另外，在行走以及起升过程中，信号反馈系统332不断采集行走主机11以及行走从机12的速度信号，以及对应的正反扭矩信号，并反馈给PLC控制系统，PLC控制系统根据信号对应的进行微调。

请继续参考图1，本实施例中，子控制系统34包括视觉识别系统341以及状态监控系统342。

作为本发明管片智能自动识别运输系统的一较佳实施方式，视觉识别系统341包括雷达传感器(图未示)以及激光测距仪(图未示)，雷达传感器以及激光测距仪与信号反馈系统332信号连接。其中，雷达传感器以及激光测距仪均为现有的装置，具体的型号为，雷达传感器(LMC13X-3)，激光测距仪(VDM280-50-R)，通过雷达传感器(LMC13X-3)以及激光测距仪(VDM280-50-R)实时扫描管片位置距离和与管片运输系统的高度，并将反馈给信号反馈系统332，信号反馈系统332采集和记录相关的信号后，将信号传输给PLC控制系统331，通过PLC控制系统331内设置的程序进行计算，达到视觉识别的目的。较佳的，视觉识别系统34还包括LED照明系统343(图未示)，LED照明系统343能够照亮管片位置，以方便更好的识别管片。

实际操作过程中，雷达传感器(LMC13X-3)和激光测距仪(VDM280-50-R)对待识别的管片发送信号，管片反馈信号被接收后转成对应的数据，数据通过信号传输至信号反馈系统332得到记录，再通过信号反馈系统332传给PLC控制系统331，经PLC控制系统331计算处理后发送信号行走机构1以及起升机构2，进而进行上述吸取运输管片的步骤。

另外，状态监控系统342包括起升机构监控器(图未示)以及读码器(图未示)，起升机构监控器以及读码器与信号反馈系统332信号连接，其中，起升机构监控器以及读码器均为现有的装置，具体的型号为，起升机构监控器(CID-48V)，读码器(PXV100)，通过起升机构监控器(CID-48V)能够在管片运输系统运行过程中实时监控反馈起升机构2所在高度，以及行走机构1在吊梁10上所在位置，另外，读码器(PXV100)能够实时提供系统电压，工况等信息，并不断反馈给信号反馈系统332，信号反馈系统332，信号传输给PLC控制系统331，通过PLC控制系统331内设置的程序进行计算，达到状态监控的目的。

实际操作过程中，起升机构监控器(CID-48V)以及读码器(PXV100)能够实时监控控制一对吊臂21的运行，保持一对吊臂21速度精确同步，调整吊臂21水平位置，使一对吊臂21的相对位置不变，确保上升和下降过程中管片保持水平，不会倾斜。

另外，本实施例中，状态监控系统342还设有监控摄像以及报警装置等装置，在整个管片运输装置运行前，状态监控系统342通过设有的监控摄像等设备对作业现场的图像进行数据采集，并将图像数据传给信号反馈系统332以及PLC控制系统331进行计算处理，以确认现场是否有人员闯入作业现场，保证作业现场的安全，实际操作过程中，状态监控系统342通过设有的监控摄像等设备对施工现场进行监控，对突发的安全状况也会进行对应的处理，比如当人员意外闯入作业现场时，状态监控系统42会立刻发出信号至信号反馈系统332以及PLC控制系统331，信号反馈系统332以及PLC控制系统331收到信号后，发送信号控制报警装置发出警报，并向起升机构2以及行走机构1立即发送停止运行信号，快速警示操作人员引起注意，并及时保证整个管片运输装置停止运行，避免安全隐患，当然，状态监控系统42还能够对其他诸多的情况进行实时监控，通过不断发送实时信号至信号反馈系统332以及PLC控制系统331进行对应的处理，此处不赘述。

需要说明的是，在管片运输装置启动使用前，主控装置3中的主控制系统33以及子控制系统34会进行自检。具体的，主控制系统33向子控制系统34发出问询信号，子控制系统34向主控制系统33返回各个器件的状态信号，以确定信号传输是否正常以及各个器件是否工作正常，另外，主控制系统33还会向第一驱动电机12、第二驱动电机25、第三驱动电机26以及真空吸盘23发出问询信号，以确认各部件是否能够正常反馈信号，需确定所有返回信号均在正常范围内，才允许之后进行正常工作。

作为本发明管片智能自动识别运输系统的一较佳实施方式，还包括工业平板触控电脑(图未示)，工业平板触控电脑设于远离管片的控制室内，并与主控装置3信号连接，工业平板触控电脑为现有装置，具体型号为，工业平板触控电脑(X2 PR015)，工业平板触控电脑与主控装置3的PLC控制系统331以及信号反馈系统332信号连接，能够在管片运输系统运行过程中将各项数据状态信息实时反应在触控电脑上。操作人员仅需通过操控工业平板触控电脑即可以实现一键操作，即只要操作人员确认管片可以运输后，按下操控工业平板触控电脑的启动按钮，主控装置3收到信号后自动控制各个系统运行，把管片运输至指定区域，遇到突发状况时，工业平板触控电脑也会有实时显示，操作人员仅需按下停止按钮即可立刻应对突发状况。有效解决管片运输准确、稳定、安全、可靠问题，大幅降低现场专业操作人员劳动强度。

请继续参考图1并结合图2，发明还提供一种管片智能自动识别运输方法，包括步骤：

步骤S1：利用第一驱动电机12控制起升机构2的第一连接件11以及主控装置3的第二连接件31沿吊梁10移动至管片起始吊运位置上方；

步骤S2：利用第二连接件31上的视觉识别系统341识别管片所在位置；

步骤S3：起升机构2根据视觉识别系统341的识别信息，利用第二驱动电机25和所述第三驱动电机26自动调整真空吸盘23的位置，使真空吸盘23对准并下放至管片，利用真空吸盘23吸取管片；

步骤S4：利用第二驱动电机25控制吊臂21带着真空吸盘23上的管片进行提升，在提升过程中，利用状态监控系统342监控管片的水平度；

步骤S5：利用第一驱动电机12控制起升机构2带着管片沿吊梁10移动至到达指定位置上方放下管片。

综上所述，本发明通过由PLC控制系统331以及与PLC控制系统331信号连接的信号反馈系统332组成主控制系统33控制子控制系统34中的视觉识别系统341以及状态监控系统342的运行，对管片的位置进行精准定位和实时监控，并通过PLC控制系统331向行走机构1以及起升机构2发送信号自动化智能控制管片的抓取、旋转、转运和松放，从而实现管片吊机对管片的智能自动识别以及运输。

进一步地，将工业平板触控电脑设于远离管片的控制室内并与主控装置3信号连接，主控装置3可将吊机的运行数据状态实时反应在工业平板触控电脑上，通过操控工业平板触控电脑即可以实现一键操作，即只要操作人员确认管片可以运输后，按下操控工业平板触控电脑的启动按钮，主控装置收到信号后自动控制各个系统运行，把管片运输至指定区域，可有效解决管片运输准确、稳定、安全、可靠问题，大幅降低现场专业操作人员劳动强度。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种管片智能自动识别运输系统，其特征在于，包括：

吊梁；

行走机构，包括滑动于所述吊梁上的第一连接件，所述第一连接件联接第一驱动电机，所述第一驱动电机控制所述第一连接件沿所述吊梁行走；

起升机构，连接于所述第一连接件的底部，所述起升机构包括从上至下依次连接的一对吊臂、旋转吊具以及真空吸盘，每个所述吊臂联接一第二驱动电机，所述第二驱动电机控制所述吊臂上下移动，所述旋转吊具联接第三驱动电机，所述第三驱动电机控制所述旋转吊具自转；

主控装置，包括滑动于所述吊梁上的第二连接件，所述第二连接件联接所述第一驱动电机，所述第二连接件上设有主控制系统以及与所述主控制系统信号连接的子控制系统，所述主控制系统与所述第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机以及所述真空吸盘信号连接，所述子控制系统包括视觉识别系统以及状态监控系统。

2.根据权利要求1所述管片智能自动识别运输系统，其特征在于，所述主控制系统包括PLC控制系统以及与所述PLC控制系统信号连接的信号反馈系统，所述信号反馈系统对应接收记录所述第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机以及所述真空吸盘发出的实时信号，并将所述实时信号发送至所述PLC控制系统，所述PLC控制系统处理所述实时信号并向所述第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机以及所述真空吸盘发送对应的命令信号。

3.根据权利要求2所述管片智能自动识别运输系统，其特征在于，所述视觉识别系统包括雷达传感器以及激光测距仪，所述雷达传感器以及所述激光测距仪与所述信号反馈系统信号连接。

4.根据权利要求3所述管片智能自动识别运输系统，其特征在于，所述视觉识别系统还包括LED照明系统。

5.根据权利要求2所述管片智能自动识别运输系统，其特征在于，所述状态监控系统包括起升机构监控器以及读码器，所述起升机构监控器以及所述读码器与所述信号反馈系统信号连接。

6.根据权利要求5所述管片智能自动识别运输系统，其特征在于，还包括工业平板触控电脑，所述工业平板触控电脑设于远离管片的控制室内，所述工业平板触控电脑与所述主控装置信号连接。

7.一种管片智能自动识别运输方法，其特征在于，包括步骤：

提供如权利要求1～6中任一项所述管片智能自动识别运输系统；

利用第一驱动电机控制起升机构的第一连接件以及主控装置的第二连接件沿吊梁移动至管片起始吊运位置上方；

利用所述第二连接件上的视觉识别系统识别管片所在位置；

起升机构根据所述视觉识别系统的识别信息，利用所述第二驱动电机和所述第三驱动电机自动调整真空吸盘的位置，使所述真空吸盘对准并下放至所述管片，利用所述真空吸盘吸取所述管片；

利用所述第二驱动电机控制所述吊臂带着所述真空吸盘上的所述管片进行提升，在提升过程中，利用所述状态监控系统监控所述管片的水平度；

利用所述第一驱动电机控制所述起升机构带着所述管片沿所述吊梁移动至到达指定位置上方放下管片。

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