基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法技术

一种基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法，包括移动车体、检测作业平台、地质雷达检测系统和机器人自动追踪系统；检测作业平台安装在移动车体上，包括检测舱及作业机构、发电机组、液压系统等设备和系统。可同时检测隧道上部衬砌和底部仰拱多条测线。作业时通过升降机构抬升、机器人展开、延长杆伸出，可将雷达天线送到隧道衬砌任意测点位置；收车时升降机构降落、机器人收回、延长杆缩回状态，可放置在检测舱作业区内。机器人自动追踪系统结合轮廓扫描仪和测距传感器采集数据，可实时调整雷达天线与隧道壁间距，保证探测的准确性和连续性。

Tunnel Lining Detection Method Based on Robot Automatic Tracking Technology and Radar Detection Technology

【技术实现步骤摘要】
基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法
本专利技术涉及一种基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法。
技术介绍
目前，铁路隧道建设过程采用目视、破检或人工无损检测方法（地质雷达等）。人工地质雷达检测每次只能检测一条测线，雷达检测覆盖范围有限，检测速度慢、效率低，安全性不高，检测条件、时机不统一，检测人员的技术水平参差不齐，造成有些隧道在多次检测情况下还存在一些较大的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法，适用于铁路隧道贯通、衬砌与填充层施工作业完成后，挂网作业前的隧道衬砌质量快速检测。本专利技术的技术方案是：包括移动车体、检测作业平台、地质雷达检测系统和机器人自动追踪系统；检测作业平台安装在移动车体上，包括检测舱，安装在检测舱内的检测作业机构、发电机组、液压系统等附属设备和系统。检测舱（2）通过标准集装箱角座与移动车体（1）连接，检测作业机构（3）通过螺栓连接安装于检测舱内（2），衬砌检测雷达天线（4.1）安装于检测作业机构（3）末端，仰拱检测雷达天线（4.2）悬挂于移动车体（1）尾部；可以同时检测隧道上部衬砌多条测线和隧道底部仰拱多条测线；检测作业机构（3）在检测作业时，通过升降机构（3.1）抬升、机器人（3.2）展开、机器人延长杆（3.3）伸出等方式，可将雷达天线（4.1）送到隧道（10）上部衬砌结构任意检测点位置；收车运输时，升降机构（3.1）降落、机器人（3.2）收回、机器人延长杆（3.3）缩回状态，可放置在检测舱作业区（2.2）内。机器人自动追踪系统用于控制检测作业机构托举雷达天线到指定测线位置，结合轮廓扫描仪（1.1）和激光测距传感器（3.8）采集数据，可实时调整雷达天线与隧道壁的间距，以保证雷达探测的准确性和连续性。附图说明图1是本专利技术所述的收车位示意图。图2是本专利技术所述的作业位示意图。图3是本专利技术所述的隧道拱顶检测作业示意图。图4是本专利技术所述的隧道拱腰和边墙检测作业示意图。图5是本专利技术所述的机器人自动追踪原理示意图。图6是本专利技术所述的检测方法说明书摘要附图。具体实施方式如图1、图2所示，一种基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法，包括移动车体、检测作业平台、地质雷达检测系统和机器人自动追踪系统；检测作业平台安装在移动车体上，包括检测舱，安装在检测舱内的检测作业机构、发电机组、液压系统等附属设备和系统。本专利技术所述的地质雷达检测系统包括地质雷达主机、雷达天线、数据采集及处理硬件和软件，用于隧道上部衬砌结构和下部仰拱结构质量的探测；机器人自动追踪系统用于控制检测作业机构托举雷达天线到指定测线，并实时调整雷达天线与隧道壁的间距，以保证雷达探测的准确性和连续性。本专利技术所述的移动车体前端安装有轮廓扫描仪（1.1），实时扫描隧道轮廓，用于判断并调整车体行驶位置；在车体轮轴端安装有测速传感器（1.2），用于实时计算检测走行里程。本专利技术所述的检测作业平台通过标准集装箱角座安装于移动车体上，作为一个独立体可吊装；检测舱（2）分为动力间（2.1）、作业区（2.2）和控制室（2.3）三个区域；动力间（2.1）布置有发电机组（6）和液压泵站（7）；作业区（2.2）上部安装对开式移动门（2.4）、（2.5），可通过手动或自动操作，在作业和收车时，将作业区打开或合闭，内部交错布置检测作业机构（3）；控制室（2.3）布置作业控制台（5.1）、地质雷达操作台（5.2），并在端墙安装有侧置式空调（8）；作业区（2.2）、控制室（2.3）顶部和侧墙分别设置玻璃窗（2.6）、（2.7），便于作业观察。本专利技术所述的检测作业机构（3）由升降机构（3.1）、机器人（3.2）、机器人延长杆（3.3）、雷达天线安装框（3.4）等结构组成，升降机构可采用液压驱动或电力驱动方式实现升降动作。本专利技术所述的机器人（3.2）采用工业机器人，机器人延长杆（3.3）安装于机器人第六轴上，具有伸缩功能，雷达天线安装框（3.4）通过法兰安装于机器人延长杆末端，安装框（3.4）两侧面安装对称安装有4个激光测距传感器（3.8）；机器人和机器人延长杆均采用伺服电机驱动方式，托举雷达天线（4.1）到达隧道衬砌检测点位置，并可实时调整雷达天线（4.1）与隧道壁的间距，以保证雷达探测的准确性和连续性。本专利技术所述的检测作业机构（3）在检测作业时，通过升降机构（3.1）抬升、机器人（3.2）展开、机器人延长杆（3.3）伸出等方式，可将雷达天线（4.1）送到隧道（10）上部衬砌结构任意检测点位置；收车运输时，升降机构（3.1）降落、机器人（3.2）收回、机器人延长杆（3.3）缩回状态，可放置在检测舱作业区（2.2）内。本专利技术所述的发电机组（6）用于给检测舱（2）内各系统和设备提供动力，在检测舱控制室（2.3）配备发电机组远程智能控制面板，可实现发电机组启停、加油、主参数和油位显示等远程控制操作。本专利技术所述的液压泵站（7）采用电动驱动方式，在检测舱控制室（2.3）配备远程控制箱，可独立或同时控制1套或多套检测作业机构的升降动作。液压系统设置各种必要的油液滤清器、回路保护及故障报警功能；并设有防止过载、液压冲击以及液压锁等安全装置。本专利技术所述的作业控制台（5.1）应能对升降机构（3.1）抬升、降落进行控制，对机器人（3.2）展开、收回、姿态调整以及动态跟踪检测进行控制，对机器人延长杆（3.3）的伸出、缩回进行控制，对发电机组（6）的启动、急停进行控制和保护，对空调机组（8）、照明等附属电器进行控制；地质雷达操作台（5.2）应能对衬砌检测雷达天线（4.1）、仰拱检测雷达天线（4.2）数据采集、存储、传输、分析等进行控制。如图3所示，在进行隧道拱顶衬砌质量检测时，检测车行驶在隧道（10）中线位置，3套检测作业机构（3）分别将雷达天线（4.1）托举至隧道拱顶区域进行检测。如图4所示，在进行隧道拱腰和边墙衬砌质量检测时，检测车行驶在隧道（10）一侧位置，3套检测作业机构（3）分别将雷达天线（4.1）托举至隧道拱腰和边墙测线进行检测。如图5所示，本专利技术所述的机器人自动追踪系统作业过程：1）控制移动车体在隧道走行，各套检测作业机构分别托举雷达天线到达隧道各检测点位置；2）轮廓传感器实时扫描采集隧道轮廓偏移数据，倾角传感器实时采集移动车体的姿态角，激光测距传感器实时采集雷达天线与隧道衬砌测点的距离；3）所采集的数据反映出的移动车体位置和机器人姿态的变化及雷达天线与隧道壁间距的变化数据，实时反馈到机器人自动追踪系统，系统通过大地坐标系、机器人基坐标系和机器人工具坐标系的转换和调节，调整机器人托举雷达天线的姿态和位置，从而实现雷达天线与隧道测点间距的稳定性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法，其特征在于：该检测方法包括移动车体、检测作业平台、地质雷达检测系统和机器人自动追踪系统，检测作业平台安装在移动车体上；所述的移动车体可以是轮胎式卡车底盘或者是由轨道车牵引的轨道平车；所述的检测作业平台包括检测舱，安装在检测舱内的检测作业机构、发电机组、液压系统等附属设备和系统；所述的地质雷达检测系统包括地质雷达主机、雷达天线、数据采集及处理硬件和软件，用于隧道上部衬砌结构和下部仰拱结构质量的探测；所述的机器人自动追踪系统用于控制检测作业机构托举雷达天线到指定测线，并实时调整雷达天线与隧道壁的间距，以保证雷达探测的准确性和连续性。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法，其特征在于：该检测方法包括移动车体、检测作业平台、地质雷达检测系统和机器人自动追踪系统，检测作业平台安装在移动车体上；所述的移动车体可以是轮胎式卡车底盘或者是由轨道车牵引的轨道平车；所述的检测作业平台包括检测舱，安装在检测舱内的检测作业机构、发电机组、液压系统等附属设备和系统；所述的地质雷达检测系统包括地质雷达主机、雷达天线、数据采集及处理硬件和软件，用于隧道上部衬砌结构和下部仰拱结构质量的探测；所述的机器人自动追踪系统用于控制检测作业机构托举雷达天线到指定测线，并实时调整雷达天线与隧道壁的间距，以保证雷达探测的准确性和连续性。2.如权利1所述的基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法，其特征在于移动车体前端安装有轮廓扫描仪（1.1），实时扫描隧道轮廓，用于判断并调整车体行驶位置；在车体轮轴端安装有测速传感器（1.2），用于实时计算检测走行里程。3.如权利要求1所述的基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法，其特征在于检测作业平台通过标准集装箱角座安装于移动车体上，作为一个独立体可吊装。4.如权利要求1所述的基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法，其特征在于检测舱（2）分为动力间（2.1）、作业区（2.2）和控制室（2.3）三个区域；动力间（2.1）布置有发电机组（6）和液压泵站（7）；作业区（2.2）上部安装对开式移动门（2.4）、（2.5），可通过手动或自动操作，在作业和收车时，将作业区打开或合闭，内部交错布置检测作业机构（3）；控制室（2.3）布置作业控制台（5.1）、地质雷达操作台（5.2），并在端墙安装有侧置式空调（8）；作业区（2.2）、控制室（2.3）顶部和侧墙分别设置玻璃窗（2.6）、（2.7），便于作业观察。5.如权利要求1所述的基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法，其特征在于检测作业机构（3）可以是1套、2套、..或5套，每套由升降机构（3.1）、机器人（3.2）、机器人延长杆（3.3）、雷达天线安装框（3.4）等结构组成，是雷达天线（4.1）的安装和作业平台；升降机构可采用液压驱动或电力驱动方式实现升降动作。6.如权利要求1所述的基于机器人自动追踪技术和雷达检测技术的隧道衬砌检测方法，其特征在于机器人（3.2）采用工业机器人，机器人延长杆（3.3）安装于机器人第六轴上，具有伸缩功能，雷达天线安装框（3.4）通过法兰安装于机器人延长杆末端，安装框（3.4）两侧面安装对称安装有4个激光测距传感器（3.8）；机...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩自力，高春雷，徐济松，王鹏，张世红，冯仲伟，王发灯，何国华，刘杰，张锐，马伟斌，吴和山，周佳亮，宋晓阳，杜翠，高忠军，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，中国铁道科学研究院集团有限公司，中国铁路总公司，
类型：发明
国别省市：北京,11