CN206972220U - 一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统 - Google Patents

Abstract

一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统，包括BIM隧道钻孔模型、CPIII轨道控制网和工程机器人，其中，所述CPIII轨道控制网包括控制点定位柱；所述工程机器人包括轨道移动平台，所述轨道移动平台上安装有动力电源系统、工业计算机、六轴机械手、PLC控制系统、定位系统、摄像系统、钢筋探测仪、实时激光孔深检测仪、电锤及集尘系统。本实用新型的目的是提供一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统，其钻孔质量高且一致性好，高效可靠，安全快速，又节省人力成本，相同作业时间下，隧道钻孔作业距离可达到人工钻孔的数倍。

Description

一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统

技术领域

本实用新型涉及铁路隧道钻孔领域，特别是一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统。

背景技术

随着中国经济的高速发展，城镇化进程不断加快，人民生活水平不断提高，人们出行方式也发生了重大改变，轨道交通成了人们出行的重要选择之一，由于它的快捷而经济，国家为了满足人们的这种需求不断加大投入，越来越多的轨道等待建设。为了更快更好的完成施工，轨道交通的从业者们不断的想方设法提高工作效率，按期完成施工任务，但作为轨道施工的一部分，隧道施工中钻孔施工工艺还是比较落后的人工作业方式。

而人工作业存在很多缺点：劳动强度大作业人员容易疲劳，不能持继的以同样的速度钻孔，导致效率低；人作作业由于每次钻孔手持电锤的角度、推进速度、钻孔深度不一致，打孔质量没有保证，重复性差。人工作业用人多成本高；人工作业由于人的一时疏忽或多人协作不一致，容易出安全事故安全，作业不安全；燧道中空气流通不够、光线照明不足、钻孔时产生灰尘导致作业环境差。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点，本实用新型的目的是提供一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统，其钻孔质量高且一致性好，高效可靠，安全快速，又节省人力成本，相同作业时间下，隧道钻孔作业距离可达到人工钻孔的数倍。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统，包括BIM隧道钻孔模型、CPIII轨道控制网和工程机器人；

其中，BIM的英文全称是Building Information Modeling，国内较为一致的中文翻译为建筑信息模型，建筑信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。其具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。

BIM隧道钻孔模型：设计出各个孔的位置，并通过Revit二次发程序导出孔参数，所述孔参数包括坐标、孔角度、孔径、孔深、CPIII孔位坐标、CPIII孔位编号；

高速铁路工程测量平面控制网分三级布设：CPI为基础平面控制网，主要勘测、施工、运营维护提供坐标基准；CPII为线路平面控制网，主要勘测和施工提供控制基准；CPIII为轨道控制网，控制点沿轨道方向每隔40-60米成对铺设，主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。其中，CP为control points的缩写。

CPIII轨道控制网：BIM隧道钻孔模型中，包含有CPIII控制点的位置参数，包括CPIII孔位坐标、CPIII孔位编号；所述CPIII轨道控制网包括控制点定位柱；

所述工程机器人包括轨道移动平台，所述轨道移动平台上安装有动力电源系统、工业计算机、六轴机械手、PLC控制系统、定位系统、摄像系统、钢筋探测仪、实时激光孔深检测仪、电锤及集尘系统；所述轨道移动平台由伺服电机驱动，所述轨道移动平台在轨道上移动，移动最快速度30KM/H；

所述动力电源为整个工程机器人提供动力和电源，所述动力电源系统连接工业计算机；所述工业计算机分别连接六轴机械手、PLC控制系统、定位系统及摄像系统；所述工业计算机负责处理定位数据和钻孔数据，给PLC控制系统和六轴机械手下发指令，监控它们的运行状态；所述六轴机械手的末端连接有电锤，所述电锤可配不同钻具，可以钻不同孔径的孔；

其中，PLC为可编程逻辑控制器，英文全称是Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

所述PLC控制系统分别连接钢筋探测仪、实时激光孔深检测仪、电锤及集尘系统，所述PLC控制系统控制轨道移动平台的移动、钢筋探测仪、实时激光孔深检测设备、电锤的启停、集尘系统。

作为本实用新型的进一步改进：所述定位系统包括激光雷达、RFID、CPIII轨道控制网的控制点定位柱，用于给所述轨道移动平台定位。

其中，RFID的英文全称是Radio Frequency Identification，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触；射频一般是1-100GHz的微波，适用于短距离识别通信。

作为本实用新型的进一步改进：所述摄像系统包括摄像头；所述集尘系统包括吸尘机，用于防止钻孔时产生的灰尘四处飘散，污染环境。

所述系统的钻孔方法步骤如下：

1） 将BIM隧道钻孔模型的钻孔参数和CPIII轨道控制网的网点数据，导入工业计算机的基础数据库；

2） 工业计算机里的工程机器人钻孔专用软件对钻孔参数进行处理，按要求对孔进行分类、分组、分区段，确定工程机器人的目标作业点；

3） 启动工程机器人，工程机器人启动后在轨道上运行，定位系统对工程机器人进行定位，使工程机器人准确到达目标作业点，停稳后启动六轴机械手，移动到钻孔位置；

4） 通过钢筋探测仪和摄像系统对同一作业点的所有孔位进行障碍物检测，有障碍物时，则重新选择钻孔位置；无障碍物时，启动电锤开始钻孔；所述障碍物包括钢筋、隧道伸缩缝、隧道连接缝、盾构区间管片连接缝及明显渗水漏水区；

其中，钢筋探测仪检测钻孔位置是否有钢筋，有钢筋时需要重新选择钻孔位置；摄像系统获取钻孔位置图像，判断是否否有隧道伸缩缝、隧道连接缝、盾构区间管片连接缝及明显渗水漏水区等，有时需要重新选择钻孔位置。

5） 钻孔过程中，吸尘装置收集钻孔产生的灰尘，实时激光孔深检测仪实时检测钻孔的深度，到达目标孔深时，六轴机械手带着电锤移动到下一孔位钻孔，并记录钻孔参数；

6） 本作业点所有孔钻完，六轴机械手回到原位，工程机器人移动到下一作业点继续钻孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统，其中，机器人可连续作业，钻孔效率高；机器人作业时动作重复性高度一致，钻孔质量高且一致性好；作业所需人员减少，既节省人力成本，又减少了人为因素影响，可靠性更高，作业更安全快速。

附图说明

图1为本实用新型的系统框图。

图2为本实用新型的钻孔流程图。

图3为工程机器人的设备图。

具体实施方式

现结合附图说明与实施例对本实用新型进一步说明：

实施案例一：参考图1至图3，一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统，包括BIM隧道钻孔模型、CPIII轨道控制网和工程机器人1；

其中，BIM的英文全称是Building Information Modeling，国内较为一致的中文翻译为建筑信息模型，建筑信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。其具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。

BIM隧道钻孔模型：设计出各个孔的位置，并通过Revit二次发程序导出孔参数，所述孔参数包括坐标、孔角度、孔径、孔深、CPIII孔位坐标、CPIII孔位编号；

高速铁路工程测量平面控制网分三级布设：CPI为基础平面控制网，主要勘测、施工、运营维护提供坐标基准；CPII为线路平面控制网，主要勘测和施工提供控制基准；CPIII为轨道控制网，控制点沿轨道方向每隔40-60米成对铺设，主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。其中，CP为control points的缩写。

CPIII轨道控制网：BIM隧道钻孔模型中，包含有CPIII控制点的位置参数，包括CPIII孔位坐标、CPIII孔位编号；所述CPIII轨道控制网包括控制点定位柱；

所述工程机器人1包括轨道移动平台11，所述轨道移动平台11上安装有动力电源系统、工业计算机、六轴机械手12、PLC控制系统、定位系统、摄像系统、钢筋探测仪、实时激光孔深检测仪、电锤及集尘系统13；所述轨道移动平台由伺服电机驱动，所述轨道移动平台在轨道上移动，移动最快速度30KM/H；

所述动力电源为整个工程机器人提供动力和电源，所述动力电源系统连接工业计算机；所述工业计算机分别连接六轴机械手、PLC控制系统、定位系统及摄像系统；所述工业计算机安装有工程机器人钻孔专用软件，工业计算机负责处理定位数据和钻孔数据，给PLC控制系统和六轴机械手下发指令，监控它们的运行状态；所述六轴机械手的末端连接有电锤，所述电锤可配不同钻具，可以钻不同孔径的孔；

其中，PLC为可编程逻辑控制器，英文全称是Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

所述PLC控制系统分别连接钢筋探测仪、实时激光孔深检测仪、电锤及集尘系统，所述PLC控制系统控制轨道移动平台的移动、钢筋探测仪、实时激光孔深检测设备、电锤的启停、集尘系统；

所述定位系统包括激光雷达、RFID、CPIII轨道控制网的控制点定位柱，用于给所述轨道移动平台定位。

其中，RFID的英文全称是Radio Frequency Identification，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触；射频一般是1-100GHz的微波，适用于短距离识别通信。

所述摄像系统包括摄像头；所述集尘系统包括吸尘机，用于防止钻孔时产生的灰尘四处飘散，污染环境。

所述系统的钻孔方法步骤如下：

1） 将BIM隧道钻孔模型的钻孔参数和CPIII轨道控制网的网点数据，导入工业计算机的基础数据库；

2） 工业计算机里的工程机器人钻孔专用软件对钻孔参数进行处理，按要求对孔进行分类、分组、分区段，确定工程机器人的目标作业点；

3） 启动工程机器人，工程机器人启动后在轨道上运行，定位系统对工程机器人进行定位，使工程机器人准确到达目标作业点，停稳后启动六轴机械手，移动到钻孔位置；

4） 通过钢筋探测仪和摄像系统对同一作业点的所有孔位进行障碍物检测，有障碍物时，则重新选择钻孔位置；无障碍物时，启动电锤开始钻孔；所述障碍物包括钢筋、隧道伸缩缝、隧道连接缝、盾构区间管片连接缝及明显渗水漏水区；

其中，钢筋探测仪检测钻孔位置是否有钢筋，有钢筋时需要重新选择钻孔位置；摄像系统获取钻孔位置图像，判断是否否有隧道伸缩缝、隧道连接缝、盾构区间管片连接缝及明显渗水漏水区等，有时需要重新选择钻孔位置。

5） 钻孔过程中，吸尘装置收集钻孔产生的灰尘，实时激光孔深检测仪实时检测钻孔的深度，到达目标孔深时，六轴机械手带着电锤移动到下一孔位钻孔，并记录钻孔参数，以后反馈给BIM隧道钻孔模型；

6） 本作业点所有孔钻完，六轴机械手回到原位，工程机器人移动到下一作业点继续钻孔。

本实用新型的主要功能：提供一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统，其中，机器人可连续作业，钻孔效率高；机器人作业时动作重复性高度一致，钻孔质量高且一致性好；作业所需人员减少，既节省人力成本，又减少了人为因素影响，可靠性更高，作业更安全快速。

综上所述，本领域的普通技术人员阅读本实用新型文件后，根据本实用新型的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本实用新型所保护的范围。

Claims (3)

1.一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统，包括BIM隧道钻孔模型、CPIII轨道控制网和工程机器人，其特征在于：所述CPIII轨道控制网包括控制点定位柱；所述工程机器人包括轨道移动平台，所述轨道移动平台上安装有动力电源系统、工业计算机、六轴机械手、PLC控制系统、定位系统、摄像系统、钢筋探测仪、实时激光孔深检测仪、电锤及集尘系统；所述动力电源系统连接工业计算机，所述工业计算机分别连接六轴机械手、PLC控制系统、定位系统及摄像系统，所述六轴机械手的末端连接有电锤；所述PLC控制系统分别连接钢筋探测仪、实时激光孔深检测仪、电锤及集尘系统。

2.根据权利要求1所述的一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统，其特征在于：所述定位系统包括激光雷达、RFID、CPIII轨道控制网的控制点定位柱。

3.根据权利要求1所述的一种采用移动工程机器人进行隧道钻孔的系统，其特征在于：所述摄像系统包括摄像头；所述集尘系统包括吸尘机。