CN115014730A - 一种隧道掘进机刀盘刀具检测机器人及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道掘进机刀盘刀具检测机器人及其检测方法，本发明针对盾构机土仓内空间狭小、管路等其他结构件密布导致的检测装置运动路径受限、易发生碰撞的问题，设计了串联型刀具冲洗测量机器人系统的轨迹规划及控制计算方法，可以实现盾构机狭小空间下检测机器人的灵活运动，达到全刀盘刀具检测、冲洗的目的。本发明的方案由6+1自由度机械臂、可替换末端(包括喷嘴与相机)、传感系统、计算方法及工作流程、控制系统组成。本发明的刀盘刀具检测机器人可以取代工人在土仓内进行操作，实现舱内冲洗泥饼、检测等操作的全自动化，实现节省工时、降低成本、提高效率以及智能化的目标。

Description

一种隧道掘进机刀盘刀具检测机器人及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进机刀盘刀具检测机器人及其检测方法，属于程控机器人技术领域，尤其涉及一种用于盾构机刀盘清洗的多自由度机械臂及其控制方法。

背景技术

全断面隧道掘进机施工过程中，刀具损耗大，更换频繁，刀具换刀作业时间占据隧道施工周期的10％以上，若不能及时发现失效的刀具(磨损量超出设计值的道具)并将其换下，则会造成刀盘本体的磨损，项目将面临停工维修的风险，严重制约项目工期。

隧道掘进机机刀盘是一个直立的平面机械结构，检测作业空间狭小、高压、潮湿、黑暗，刀盘表面结构复杂。目前检测作业主要是在开挖仓内液面降至合适液位之后，由人工头戴矿灯爬入开挖仓内使用高压水冲洗干净刀盘之后，再对刀具挨个检查磨损情况并记录，效率低且危险性较大。存在一些机械臂检测方案，也都只能人工辅助操作。

例如公布号为CN108145718A和CN110053060A的中国专利公布文本均公开了一种用于盾构机刀盘的清洗机械臂。上述两个方案均需要操作人员通过相机观察刀盘结泥饼情况，手动控制机械臂移动和对准泥饼进行刀盘冲洗。即便是采用机器学习图像识别的智能算法替代人工，而当刀座被泥饼覆盖时，相机识别将失去作用。

此外，公布号为CN108145718A的文件公开的冲洗机械臂具有三个关节，虽然活动范围能覆盖整个刀盘，但其有限的自由度和灵活性也无法实现自动控制和轨迹规划。公布号为CN110053060A的文件公开的冲洗观察机械臂能实现对冲洗喷嘴本身的位置做出预测。但无法更细致地控制角度。原因是其对于末端的位姿控制仍然缺少一个自由度。针对刀盘随机位置的轨迹规划仍然很难实现。如果要增大冲洗覆盖面，只有拉远距离或者调整整个机械臂两种办法。而这都提高了自动化控制的难度。不但计算量剧增。还会在一定程度上增加工作时长，增加物料消耗，难以实现全流程自动。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道掘进机刀盘刀具检测机器人及其检测方法，用以解决现有技术中刀具磨损检测前通过机械臂实现刀盘冲洗时，需要人工辅助控制机械臂导致自动化程度低的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，包括控制器和设置在刀盘后部的冲洗检测机械臂，所述冲洗检测机械臂的机械臂末端设置有冲洗喷头；所述控制器执行指令以如下步骤实现刀盘刀具冲洗检测方法：

1)根据刀盘和冲洗检测机械臂之间的位置关系以及刀盘当前的转动角度，确定刀盘上距离冲洗检测机械臂最近的最近刀具列的位置，再结合刀盘上刀具分布位置，进一步确定待冲洗刀具在机械臂坐标系中的位置信息；所述刀具列为刀盘上沿径向排列的一列刀具；

2)控制机械臂末端按照所述位置信息到达朝向最近刀具列中设定刀具的位置，并与对应刀具相距设定距离；

3)打开冲洗喷头，控制机械臂末端按照程序预设路径，沿对应刀具刀座边框开始冲洗；或者沿逐渐缩小的螺旋形轨迹冲洗；完成冲洗后进行刀具检测；

4)按照刀具列中刀具间隔，控制机械臂末端进位到下一刀具位置，重复步骤3)完成对应刀具冲洗和检测。

本发明的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，根据刀盘的布置和当前角度获取待冲洗刀具位置信息，自动运行到位，同时根据程序控制按照预先设定的冲洗轨迹，对刀具刀座处进行冲洗，过程不依赖人员操作，不需要图像识别，不受刀座被泥饼覆盖的影响，冲洗效率高。同时代替施工人员作业，土仓内环境较差，并且有一定危险，本设备提高了施工的安全性。

本发明采用自动化控制的设计理念，通过数学计算来进行轨迹规划，指导机械臂关节运动。提供了一种全流程自动化、无人化的刀盘冲洗方案。

进一步地，所述冲洗检测机械臂包括出仓关节和冲洗关节，所述冲洗关节包括使机械臂末端绕末端轴线回转的末端回转关节，和使机械臂末端摆动的末端摆动关节；步骤2)中，通过出仓关节控制机械臂末端到达朝向设定刀具的位置；步骤3)中，首先控制末端回转关节转动，使刀具刀座相对于机械臂末端长边竖直、短边水平，再打开冲洗喷头。

冲洗前将刀座转至统一固定的长边竖直、短边水平的位置，然后按照程序设计路线自动冲洗，保证冲洗效果。

进一步地，步骤3)中，沿对应刀具刀座边框冲洗的方法为，保持出仓关节固定，控制末端回转关节匀速回转，末端摆动关节的控制遵循如下末端摆动关节的值q₆与时间t的函数关系：

当

n＝0，1，2...时，

当t不满足

且t-nt_z＜t_z/2，n＝0，1，2...时，

当t不满足

且t-nt_z＞t_z/2，n＝0，1，2...时，

其中，

为末端回转关节回转角速度，w为刀具刀座的宽，h为刀具刀座的高，d为冲洗喷头到刀具的距离。

进一步地，刀具刀座边框一圈冲洗完毕后，末端摆动关节的值q₆每经过时间

就减小固定值，直到q₆等于0，完成对应刀具冲洗。

本发明的冲洗检测机械臂控制的运算逻辑以最多三连杆的几何关系计算为基础，相比于通用的串联机械臂反解，其运算量大幅减小，速度可以得到提升，提高了作业的效率和智能性。

进一步地，步骤3)中，末端回转关节匀速回转过程中，每达到设定周数后反向回转。

回转关节的转动在设定周数后回转，防止损坏线缆。

进一步地，所述冲洗检测机械臂包括伸缩臂、大臂和小臂，所述机械臂末端设置在小臂的端部；出仓关节包括伸缩臂伸长关节、伸缩臂回转关节、连接伸缩臂和大臂的大臂摆动关节、连接大臂和小臂的小臂摆动关节；步骤2)中，控制机械臂末端到达朝向设定刀具的位置的方法为，根据所述位置信息，求解伸缩臂伸长关节、伸缩臂回转关节和大臂摆动关节的值，使小臂摆动关节到达对应设定刀具前方位置，控制伸缩臂伸长关节、伸缩臂回转关节和大臂摆动关节按照求解出的值动作，控制小臂摆动关节按照大臂摆动关节的值大小相同方向相反动作。

进一步地，步骤2)中，伸缩臂伸长关节的值q₁、伸缩臂回转关节的值q₂和大臂摆动关节的值q₃为：

q₁＝x_E-l₃cosq₃-l₂

其中，(x_E，y_E，Z_E)^T为小臂摆动关节的目标位置坐标，l₂为伸缩臂回转关节和大臂摆动关节之间的杆长，l₃为大臂摆动关节和小臂摆动关节之间的杆长。

本发明所涉及的机械臂采用非典型的6轴机械臂结构，使之在轴向伸出后，在径向上具有较大的工作空间，同时完全收回时呈线形，适应狭小的安装空间。

进一步地，步骤2)中，最近刀具列中最先进行清洗的所述设定刀具为最靠近刀盘边缘的最外侧刀具；步骤4)中，完成一个刀具的冲洗后，控制机械臂末端沿刀盘径向前往所述最近刀具列中刀盘中心方向相邻的刀具进行冲洗。

机械臂设置于靠近刀盘轴线的位置，按照从刀盘边缘到刀盘中心的顺序，内侧刀具距离机械臂距离逐渐缩短，移动关节需不断缩回，防止冲洗过程中机械臂与刀盘干涉。

进一步地，所述冲洗检测机械臂末端还设置有视觉系统，步骤3)中，通过视觉系统获取刀具刀座图像信息，根据图像信息调整使刀具刀座长边竖直、短边水平。

进一步地，对刀具冲洗完成后还通过视觉系统识别对应刀具当前尺寸，并与参考刀具尺寸对比判断磨损量，当磨损量超过设定阈值时，标记该刀具。

冲洗完毕后通过图像识别实现对刀具磨损量的检查，能够提醒及时换刀。

进一步地，所述冲洗检测机械臂设置于移动平台上，所述移动平台滑动设置在固定于盾体的地轨上。

这样进一步增加了机械臂的工作范围，可通过地轨将机械臂收入盾体上的仓室内，在工作时将机械臂尽可能的送入土仓。

本发明的一种隧道掘进机刀盘刀具检测方法，包括如上所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人中的刀盘刀具冲洗检测方法。

本发明的方法针对一种6+1自由度且具有照明及高压冲洗功能的刀具冲洗及磨损状态检测机械臂，设计出其相应的自动化检测流程，尤其是在定位冲洗过程中的冲洗轨迹计算，实现了无人化智能化的方案。

附图说明

图1是本发明隧道掘进机刀盘刀具检测机器人冲洗检测机械臂结构示意图；

图2是本发明隧道掘进机刀盘刀具检测机器人地轨结构示意图；

图3是本发明冲洗检测机械臂移动平台结构示意图；

图4是本发明冲洗检测机械臂末端监测机械臂结构示意图；

图5是本发明冲洗检测机械臂冲洗检测系统结构示意图；

图6是本发明隧道掘进机刀盘刀具检测方法流程图；

图7是本发明隧道掘进机刀盘刀具检测机器人冲洗检测机械臂机构简图；

图8是本发明隧道掘进机刀盘刀具检测机器人冲洗检测机械臂伸出状态机构简图；

图9是本发明隧道掘进机刀盘刀具检测机器人冲洗检测机械臂检测刀盘磨损量示意图一；

图10是本发明隧道掘进机刀盘刀具检测机器人冲洗检测机械臂检测刀盘磨损量示意图二。

图中包括：1、地轨；2、移动平台；3、末端监测机械臂；4、刀具；101、支架；102、第一导轨滑块；103、防尘罩；104、调整垫块；105、齿条；106、接近开关；107、防撞块；108、齿条防尘罩；201、末端监测机械臂安装板；202、第一摆动关节；203、第一回转关节；204、回转驱动；205、伸缩臂；206、第二导轨滑块；207、滑台；208、驱动电机；301、大臂；302、小臂；303、转接臂；304、转接板；305、监测安装板；306、冲洗检测系统；307、第二摆动关节；308、第二回转关节；309、第三摆动关节；3061、微型相机；3062、直冲喷嘴；3063、自清洗喷嘴；3064、灯圈；3065、外壳；3066、玻璃封板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细地说明。

机器人实施例：

本发明的一种隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，包括一个设置在刀盘后部的冲洗检测机械臂，冲洗检测机械臂可以设置在土仓后盾体上靠近轴线位置的专门设置的仓室内。平时冲洗检测机械臂安全存放于仓室内，需要进行刀盘冲洗时送出仓室，进入土仓。为了方便冲洗检测机械臂进出仓，本实施例中将冲洗检测机械臂设置在仓室内的地轨上，可沿地轨前后移动。

如图1所示，冲洗检测机械臂包括移动平台2和设置在移动平台2上的末端监测机械臂3，移动平台2移动设置在地轨1上。如图2所示，地轨1由支架101、第一导轨滑块102、防尘罩103、调整垫块104、齿条105、接近开关106、防撞块107、齿条防尘罩108组成。地轨1由支架101通过调整垫块104固定于仓室内盾体上，移动平台2通过第一导轨滑块102与地轨1导向配合，通过防撞块107和接近开关106实现对冲洗检测机械臂的限位和防脱保护；移动平台2通过齿轮和匹配的齿条105实现在地轨1上的驱动。移动平台2沿地轨1朝向刀盘移动，能将末端监测机械臂3送出仓门，送入土仓，从而进行冲洗作业。

移动平台2如图3所示，包括用于驱动移动平台2沿地轨1移动的驱动电机208、滑台207、第二导轨滑块206、伸缩臂205、末端监测机械臂安装板201、第一摆动关节202、第一回转关节203、回转驱动204。伸缩臂205通过第二导轨滑块206实现在滑台207内伸缩，伸缩臂205前端通过第一回转关节203设置有第一摆动关节202，第一摆动关节202上设置末端监测机械臂安装板201。伸缩臂205的伸缩构成冲洗检测机械臂的第一自由度(第一关节q1)。第一回转关节203实现第一摆动关节202和末端监测机械臂3的回转运动，构成冲洗检测机械臂的第二自由度(第二关节q2)；第一摆动关节202实现末端监测机械臂3的摆动动作，构成冲洗检测机械臂的第三自由度(第三关节q3)。

末端监测机械臂3如图4所示，包括大臂301、小臂302、转接臂303、转接板304、监测安装板305、冲洗检测系统306、第二摆动关节307、第二回转关节308、第三摆动关节309。大臂301通过转接板304设置在驱动移动平台2的末端监测机械臂安装板201上；大臂301的另一个端部通过第二摆动关节307连接小臂302，小臂302另一个端部通过第二回转关节308连接转接臂303，转接臂303另一个端部通过第三摆动关节309连接监测安装板305，监测安装板305上设置有冲洗检测系统306。第二摆动关节307带动小臂302及后续的冲洗检测系统306摆动，构成冲洗检测机械臂的第四自由度(第四关节q4)；第二回转关节308带动第三摆动关节309及冲洗检测系统306回转，构成冲洗检测机械臂的第五自由度(第五关节q5)；第三摆动关节309带动冲洗检测系统306摆动，构成冲洗检测机械臂的第六自由度(第六关节q6)。加上移动平台2在地轨1上的前后移动，形成6+1自由度的冲洗检测机械臂。

冲洗检测系统306如图5所示，包括微型相机3061、直冲喷嘴3062、自清洗喷嘴3063、灯圈3064、外壳3065、玻璃封板3066。微型相机3061构成视觉系统，直冲喷嘴3062用于冲洗刀盘，冲洗过程中玻璃封板3066上会溅上泥浆，影响视觉系统的图像采集，可通过自清洗喷嘴3063冲洗玻璃封板3066。微型相机3061在工作时，通过灯圈3064补光。冲洗检测系统306为相机和喷头设计集成了特别的封装和固定结构，保证相机完全不受复杂环境的影响，具有极高的可靠性。

本实施例中6+1自由度的冲洗检测机械臂在完全收回时六个轴轴线汇聚在同一直线上，安装尺寸小，占据空间小，有效减小了安装仓室的体积。其中，设置+1的移动关节通过地轨滑块102安装在地轨1上。冲洗检测机械臂的第一个移动关节的第二导轨滑块206通过滑台207与地轨1相连，这两个关节共同提供了冲洗检测机械臂在轴线方向上极大的工作空间，在后续计算中可视为一个关节。移动关节伸缩臂205与大臂301通过第一回转关节203和第一摆动关节202连接，带动大臂301两个角度的运动。小臂302与大臂301通过第二摆动关节307连接，调整小臂302角度。监测安装板305与小臂302通过第二回转关节308和第三摆动关节309连接传动，调整机械臂末端朝向。作为监测相机保护及清洗结构的冲洗检测系统306与监测安装板305螺栓固定连接，其内部包裹微型相机3061本体和采用LED灯带的灯圈3064。其外部固定一个直冲喷嘴3062和一对自清洗喷嘴3063，自清洗喷嘴用于对玻璃盖上附着的泥浆的清理。相机置于机械手轴线位置，用来观察冲洗情况。

为了满足自动化冲洗检测的要求，机器人的控制系统对机构末端位姿动作进行了轨迹规划和运动合成。将多自由度机器人的动作分解成三个主要步骤：1)根据刀盘角度确定距离机械臂最近的一列径向刀具中任一个刀具相对于冲洗检测机械臂基准坐标系的位置，调整前四个自由度(关节q1～q4)，将末端监测机械臂3伸出到轴向距离一定的对应位置；根据设定的喷嘴和刀具之间的距离，设定后两个关节(q5、q6)的运动关系，使其轨迹覆盖刀座边框，以提高喷射效率，并且节能减排；计算从当前刀具到下一刀具相对坐标运动，控制前四关节和地轨平台(移动平台2)直接到位，并保持与刀盘距离的大致恒定，使运动轨迹更流畅，减少走位时间，提高效率。

如图6所示，使用本发明的一种隧道掘进机刀盘刀具检测机器人对盾构机刀具清洗的方法步骤如下：

1、确定刀具位置：如图7所示，设定机械臂坐标系(KS)_R在机械臂地轨上。刀盘坐标系(KS)₀在刀盘中心，两坐标系相对位置固定，根据机械臂和刀盘的结构位置关系，获得刀盘坐标系到机械臂坐标系确定的转换矩阵₀T^R。随后根据当前刀盘的角度信息，获得距离机器人最近的一列径向刀具的位置，进而根据刀盘刀具位置分布情况获取该刀具列中某一刀具(例如最外侧刀具)在刀盘坐标系中位置₍₀₎ri(4阶齐次向量)。刀具相对机器人的位置_(R)r_i由上述已知量通过₍₀₎r_i·₀T^R＝_(R)r_i求得，随后开启相机。本实施例设定每列刀具从最外侧开始冲洗，作为其他实施例，也可以从其他刀具开始，例如最近的一列刀具除中心刀外最内侧的刀具开始作业。

图7中，l₁～l₆表示机械臂关节之间各杆的长度，EE为机械臂末端(喷头)。

2、机器人出仓到位：如图8所示，步骤1中得到的向量_(R)r_i的前三项(x_i，y_i，z_i)^T即为最先冲洗的刀具的位置信息。小臂端部(即第二摆动关节307，也即第四关节q4)到位后与刀具之间存在其他机构，应预留距离。设定该距离为定值z₀。小臂端部目标位置(x_E，y_E，z_E)^T。其中z_E＝z_i-z₀。根据几何关系，对前三关节的目标值进行求解：

q₁＝x_E-l₃cos q₃-l₂。另外设定的第四关节(第二摆动关节307)的值q₄与第三关节(第一摆动关节202)的值q₄大小相同方向相反。将这四个关节值输入运动控制器中控制相应关节对应的驱动电机、液压缸的阀等驱动机构到位，此时末端相机和喷嘴均到位并朝向待冲洗的刀具的中心位置。

各关节的值q₁～q₆代表对应关节相对零位角度(摆动关节和回转关节)或位移(伸缩关节)。

3、开启自喷嘴冲洗镜头：在冲洗刀具前，先对镜头上可能附着的泥浆进行清理，以获得作业时更加清楚的图像信息。

4、开启喷嘴：从相机获得的刀具刀座相对于末端的偏转角度。通过第五关节(即第二回转关节308)的回转，即值q₅的调整，使相机图像中的刀具刀座长边竖直，短边水平，以便于下一步自动冲洗扫掠轨迹的计算。

5、第五关节匀速回转：此时前四关节(q1～q4)和地轨平台保持固定。设定第五关节匀速回转，速度为

每一周之后反向旋转，避免损坏线路。刀座的宽高分别为w和h，此时喷头到刀座中心的距离为d＝z₀-l₄-l₅-l₆。

6、设定沿刀具刀座边框冲洗的近似方形轨迹。计算第六关节随时间变化公式：

情况一：设定喷嘴扫掠短边时用圆弧近似，扫掠长边时直线运动。第六关节的值q₆与时间t的函数关系可由以下公式计算得出：

当

时，

当t∈其他，且

时，

当t∈其他，且

时，

其中

为末端回转一圈的时间。

情况二：如果泥饼不结实，不需要沿刀具刀座边框冲洗，难度不大的话，本步骤也可简化为沿逐渐缩小的圆形轨迹来冲洗，减少计算量。

7、冲洗完整个刀具(情况一)：在冲洗第一圈，即最外圈刀座冲洗完毕后，沿刀座轮廓，逐渐缩小方形轨迹，完成整个刀座的冲洗。具体地，第六关节摆动电机的角度随时间每经过

就减小固定值，直到第六关节的值q₆减为0，此时一个刀具刀座的冲洗完成。

8、相机初步检测刀具磨损情况：如图9、图10所示，移动机械臂末端，使冲洗检测系统306的微型相机3061采集完成冲洗的刀具4的图像，通过简单的图像处理，将刀具4上下边缘勾勒出来。通过计算当前尺寸，并于参考刀具尺寸对比，来判断大概的磨损量。当磨损量超出了设定的某预期值时，标记这个刀具的位置或者编号。为后续的换刀操作提供参考。

9、进位到下一刀具位置：按步骤1的方法获取当前刀具内侧的下一个刀具的位置。之后按步骤2的公式计算出前四个关节(q1～q4)的值。直接控制各关节驱动器从上一位置进位到当前位置。由于内侧刀具距离机械臂距离逐渐缩短，移动关节需不断缩回。可使地轨平台先运动到位，保证机械臂不会与刀盘干涉。

10、重复步骤3，直到该列最内侧刀具冲洗、检测完毕。

11、机器人回位：当一列所有刀具冲洗检测完成后，所有关节值复零位，回仓。之后转动刀盘进行下一列刀具的冲洗和检测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。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。

方法实施例：

本发明的一种隧道掘进机刀盘刀具检测方法，具体方法步骤已在机器人实施例中介绍得足够清楚，此处不再赘述。

Claims (12)

1.一种隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，其特征在于，包括控制器和设置在刀盘后部的冲洗检测机械臂，所述冲洗检测机械臂的机械臂末端设置有冲洗喷头；所述控制器执行指令以如下步骤实现刀盘刀具冲洗检测方法：

1)根据刀盘和冲洗检测机械臂之间的位置关系以及刀盘当前的转动角度，确定刀盘上距离冲洗检测机械臂最近的最近刀具列的位置，再结合刀盘上刀具分布位置，进一步确定待冲洗刀具在机械臂坐标系中的位置信息；所述刀具列为刀盘上沿径向排列的一列刀具；

2)控制机械臂末端按照所述位置信息到达朝向最近刀具列中设定刀具的位置，并与该刀具相隔设定距离；

3)打开冲洗喷头，控制机械臂末端按照程序预设路径，沿对应刀具刀座边框开始冲洗；或者沿逐渐缩小的螺旋形轨迹冲洗；完成冲洗后进行刀具检测；

4)按照刀具列中刀具间隔，控制机械臂末端进位到下一刀具位置，重复步骤3)完成对应刀具冲洗和检测。

2.根据权利要求1所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，其特征在于，所述冲洗检测机械臂包括出仓关节和冲洗关节，所述冲洗关节包括使机械臂末端绕末端轴线回转的末端回转关节，和使机械臂末端摆动的末端摆动关节；步骤2)中，通过出仓关节控制机械臂末端到达朝向设定刀具的位置；步骤3)中，首先控制末端回转关节转动，使刀具刀座相对于机械臂末端长边竖直、短边水平，再打开冲洗喷头。

3.根据权利要求2所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，其特征在于，步骤3)中，沿对应刀具刀座边框冲洗的方法为，保持出仓关节固定，控制末端回转关节匀速回转，末端摆动关节的控制遵循如下末端摆动关节的值q₆与时间t的函数关系：

当

时，

当t不满足

且t-nt_z＜t_z/2，n＝0，1，2...时，

当t不满足

且t-nt_z＞t_z/2，n＝0，1，2...时，

其中，

为末端回转关节回转角速度，w为刀具刀座的宽，h为刀具刀座的高，d为冲洗喷头到刀具的距离。

4.根据权利要求3所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，其特征在于，刀具刀座边框一圈冲洗完毕后，末端摆动关节的值q6每经过时间

就减小固定值，直到q6等于0，完成对应刀具冲洗。

5.根据权利要求3所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，其特征在于，步骤3)中，末端回转关节匀速回转过程中，每设定周数后反向回转。

6.根据权利要求2所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，其特征在于，所述冲洗检测机械臂包括伸缩臂、大臂和小臂，所述机械臂末端设置在小臂的端部；出仓关节包括伸缩臂伸长关节、伸缩臂回转关节、连接伸缩臂和大臂的大臂摆动关节、连接大臂和小臂的小臂摆动关节；步骤2)中，控制机械臂末端到达朝向设定刀具的位置的方法为，根据所述位置信息，求解伸缩臂伸长关节、伸缩臂回转关节和大臂摆动关节的值，使小臂摆动关节到达对应设定刀具前方位置，控制伸缩臂伸长关节、伸缩臂回转关节和大臂摆动关节按照求解出的值动作，控制小臂摆动关节按照大臂摆动关节的值大小相同方向相反动作。

7.根据权利要求6所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，其特征在于，步骤2)中，伸缩臂伸长关节的值q₁、伸缩臂回转关节的值q₂和大臂摆动关节的值q₃为：

q₁＝x_E-l₃cos q₃-l₂

其中，(x_E，y_E，z_E)^T为小臂摆动关节的目标位置坐标，l₂为伸缩臂回转关节和大臂摆动关节之间的杆长，l₃为大臂摆动关节和小臂摆动关节之间的杆长。

8.根据权利要求1所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，其特征在于，步骤2)中，最近刀具列中最先进行清洗的所述设定刀具为最靠近刀盘边缘的最外侧刀具；步骤4)中，完成一个刀具的冲洗后，控制机械臂末端沿刀盘径向前往所述最近刀具列中刀盘中心方向相邻的刀具进行冲洗。

9.根据权利要求2所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，其特征在于，所述机械臂末端还设置有视觉系统，步骤3)中，通过视觉系统获取刀具刀座图像信息，根据图像信息调整使刀具刀座长边竖直、短边水平。

10.根据权利要求9所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，其特征在于，所述刀具检测为：通过视觉系统识别对应刀具当前尺寸，并与参考刀具尺寸对比判断磨损量，当磨损量超过设定阈值时，标记该刀具。

11.根据权利要求1所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人，其特征在于，所述冲洗检测机械臂设置于移动平台上，所述移动平台滑动设置在固定于盾体的地轨上。

12.一种隧道掘进机刀盘刀具检测方法，其特征在于，包括如权利要求1～11任一项所述的隧道掘进机刀盘刀具检测机器人中的刀盘刀具冲洗检测方法。

Images