本发明专利技术提出一种锚杆台车自动化控制系统及锚杆台车，属于隧道施工技术领域。上位机下发目标位置给臂架控制单元，臂架控制单元根据机械臂各关节处传感器采集到的数据，计算得出机械臂各关节在目标位置的长度和角度，采用位置环PID和速度环PID构成的双PID环控制液压阀门实现机械臂自动定位；在机械臂自动定位后，依据机头传感器采集到的数据，控制钻孔组件、注浆组件和锚杆组件实现自动钻孔、自动注浆和自动锚杆。本发明专利技术通过把机械臂传感器数据和机头传感器数据直接上传给臂架控制单元进行运算，得到计算结果直接下发给阀控制单元实现机械臂的自动定位，机头的自动钻孔、自动注浆和自动锚杆，提升了定位精度，提高了工作效率，降低现场工人的劳动强度。低现场工人的劳动强度。低现场工人的劳动强度。
【技术实现步骤摘要】
一种锚杆台车自动化控制系统及锚杆台车
[0001]本专利技术提出一种锚杆台车自动化控制系统及锚杆台车，属于隧道施工
技术介绍
[0002]锚杆台车作为用于锚杆注浆支护的一体化可移动设备，被广泛用在隧道的加固支护中。现有锚杆台车均带有操作臂，通过控制操作臂实现钻孔、注浆和锚杆，以达到隧道支护目的，目前锚杆台车基本已能实现钻孔、注浆、锚杆一体化，但在施工过程中普遍需要人工手动操作，这种人工操作方式，不仅作业时间长，也不能保障工作人员安全。因此，如何解决目前的锚杆机构在实际操作过程中，存在施工效率低和工作人员安全风险高的问题已成为需解决的技术难题。在申请号CN112943323A名为“锚杆台车控制系统”的专利中，为了提高锚杆台车的自动化程度和安全性能公开了一种锚杆台车控制系统，虽然从远程遥控方面叙述了锚杆台车远程控制系统的组成及功能实现，但对锚杆台车自身的控制系统及系统架构组成方式并未提及，同时也没有说明具体的控制策略来实现锚杆台车自动化。此外，目前锚杆台车在实现各关节自动化控制时主要采用单级的PID控制方法，因锚杆台车所处施工环境，可能会受到环境中不同信号的干扰，且锚杆台车自身设备产生的电、磁也会造成信号干扰，使得锚杆台车自动化性能降低，难以保证工作效率。
技术实现思路
[0003]本专利技术提出一种锚杆台车自动化控制系统及锚杆台车，目的是实现机械臂的自动控制，提升工作效率，提高目标对准精度。
[0004]本专利技术提出一种锚杆台车自动化控制系统，包括上位机和臂架控制单元，所述臂架控制单元连接有机械臂传感器单元和阀控制单元；
[0005]所述机械臂传感器单元包括用于安装在大臂左右摆动关节处的大臂左右摆动角度编码器13，用于安装在大臂上下俯仰关节处的大臂上下俯仰角度编码器14，用于安装在大臂伸缩关节处的大臂伸缩长度编码器15，用于安装在小臂上下俯仰关节处的小臂上下俯仰角度编码器16，用于安装在小臂左右摆动关节处的小臂左右摆动编码器，用于安装在机头翻转关节11处的机头翻转角度编码器18，用于安装在机头摆动关节处的机头摆动角度编码器19；
[0006]所述阀控制单元包括分别用于安装在大臂油缸组7、小臂油缸组10、机头摆动油缸12上对应的液压阀门；
[0007]所述臂架控制单元用于根据上位机发送的目标位置解算出机械臂各关节目标伸缩长度和/或旋转角度，采用位置环PID和速度环PID构成的双PID环进行控制，将关节的目标伸缩长度和/或旋转角度与该关节实际的伸缩长度和/或旋转角度做差，将该差值作为位置环PID的输入量，经位置环PID处理后生成关节目标速度，将目标速度与关节实际速度做差，将该差值作为速度环PID的输入量，再经过速度环PID处理后生成对应液压阀门的开度，并根据得到的开度控制各个液压阀门实现机械臂各个关节动作，使机械臂各个关节达到对
应的目标伸缩长度和/或旋转角度。
[0008]本专利技术还提出一种锚杆台车，包括车体1、驾驶室2、机械臂安装架3、服务臂4、机械臂大臂5和机头6，还包括锚杆台车自动化控制系统，用来实现锚杆台车自动化控制。
[0009]本专利技术提出的锚杆台车自动化控制系统，通过安装在机械臂各个关节处的角度编码器或长度编码器，根据上位机发送的目标位置，计算得到机械臂各个关节的目标伸缩长度和目标旋转角度，基于解算结果根据机械臂传感器单元采集的结果控制各个液压阀门实现机械臂各个关节伸缩和旋转，使机械臂末端到达目标位置，实现机械臂的自动定位，不需要人工操作机械臂，提高了工作效率，同时通过计算结果来实现机械臂的自动定位，也提高了目标对准精度。
[0010]进一步地，为了实现自动钻孔以提高工作效率，所述臂架控制单元还连接有机头传感器单元，所述机头传感器单元包括用于安装在工位摆动架31上的工位转换角度编码器27，用于安装在钻孔组件22上的钻孔长度编码器，用于安装在机架顶尖油缸29上的顶尖油缸压力传感器30；所述阀控制单元还包括分别用于安装在机架顶尖油缸29、工位转换油缸28处的液压阀门；
[0011]所述臂架控制单元还控制连接钻孔组件22，通过工位转换角度编码器27的角度数据控制工位转换油缸28使工位摆动架31摆动到目标钻孔位置，并通过钻孔长度编码器25的长度数据控制钻孔组件22自动钻孔。
[0012]进一步地，为了实现自动注浆以提高工作效率，所述臂架控制单元还控制连接注浆组件23，所述臂架控制单元用于在钻孔结束后，通过工位转换角度编码器27的角度数据控制工位转换油缸28使工位摆动架31摆动到注浆工位，并通过控制注浆组件23实现自动注浆。
[0013]进一步地，为了实现自动锚杆以提高工作效率，所述臂架控制单元还控制连接锚杆组件21，所述机头传感器单元还包括用于安装在锚杆组件21上的锚杆长度编码器26，所述臂架控制单元控制用于在注浆结束后，通过工位转换角度编码器27的角度数据控制工位转换油缸28使工位摆动架31摆动到锚杆工位，并通过锚杆长度编码器26的长度数据控制锚杆组件21实现自动锚杆。
[0014]进一步地，为了提高各关节自动化控制时的抗干扰能力，所述钻孔组件22、注浆组件23和锚杆组件21中的各关节均采用位置环PID和速度环PID构成的双PID环进行控制，将关节的目标伸缩长度和/或旋转角度与该关节实际的伸缩长度和/或旋转角度做差，将该差值作为位置环PID的输入量，经位置环PID处理后生成关节目标速度，将目标速度与关节实际速度做差，将该差值作为速度环PID的输入量，再经过速度环PID处理后生成对应液压阀门的开度，并根据得到的开度控制各个液压阀门实现机械臂各个关节动作，使机械臂各个关节达到对应的目标伸缩长度和/或旋转角度。
[0015]进一步地，为了实现锚杆台车的底盘控制，所述上位机还连接有底盘控制单元，所述底盘控制单元包括底盘传感器单元、用于安装在锚杆台车底盘上用于驱动底盘的支腿升降、台车行走、转向的液压泵和对应的液压阀，底盘传感器单元包括用于安装在底盘升降组件上的高度传感器、用于安装在台车行走组件上的长度传感器和用于安装在台车转向组件上的角度传感器，底盘控制单元用于根据上位机的指令、底盘传感器单元采集的数据控制底盘进行升降、行走和转向。
[0016]进一步地，为了实现锚杆台车的手动控制，所述上位机还与操作单元相连，所述操作单元包括手柄组件和按键组件。
[0017]进一步地，为了识别隧道内拱架特征，所述上位机还通过交换机连接到三维扫描单元，所述三维扫描单元用于扫描隧道内环境数据并通过交换机上传至上位机。
附图说明
[0018]图1是本专利技术锚杆台车自动化控制系统架构图；
[0019]图2是本专利技术锚杆台车结构图；
[0020]图3是本专利技术锚杆台车机械臂和小臂结构图；
[0021]图4是本专利技术锚杆台车机头俯视图；
[0022]图5是本专利技术锚杆台车机头仰视图；
[0023]图6是本专利技术机械臂传感器单元架构图；
[0024]图7是本专利技术机头传感器单元控制图；
[0025本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种锚杆台车自动化控制系统，其特征在于，包括上位机和臂架控制单元，所述臂架控制单元连接有机械臂传感器单元和阀控制单元；所述机械臂传感器单元包括用于安装在大臂左右摆动关节处的大臂左右摆动角度编码器(13)，用于安装在大臂上下俯仰关节处的大臂上下俯仰角度编码器(14)，用于安装在大臂伸缩关节处的大臂伸缩长度编码器(15)，用于安装在小臂上下俯仰关节处的小臂上下俯仰角度编码器(16)，用于安装在小臂左右摆动关节处的小臂左右摆动编码器，用于安装在机头翻转关节(11)处的机头翻转角度编码器(18)，用于安装在机头摆动关节处的机头摆动角度编码器(19)；所述阀控制单元包括分别用于安装在大臂油缸组(7)、小臂油缸组(10)、机头摆动油缸(12)上对应的液压阀门；所述臂架控制单元用于根据上位机发送的目标位置解算出机械臂各关节目标伸缩长度和/或旋转角度，采用位置环PID和速度环PID构成的双PID环进行控制，将关节的目标伸缩长度和/或旋转角度与该关节实际的伸缩长度和/或旋转角度做差，将该差值作为位置环PID的输入量，经位置环PID处理后生成关节目标速度，将目标速度与关节实际速度做差，将该差值作为速度环PID的输入量，再经过速度环PID处理后生成对应液压阀门的开度，并根据得到的开度控制各个液压阀门实现机械臂各个关节动作，使机械臂各个关节达到对应的目标伸缩长度和/或旋转角度。2.根据权利要求1所述的锚杆台车自动化控制系统，其特征在于，所述臂架控制单元还连接有机头传感器单元，所述机头传感器单元包括用于安装在工位摆动架(31)上的工位转换角度编码器(27)，用于安装在钻孔组件(22)上的钻孔长度编码器，用于安装在机架顶尖油缸(29)上的顶尖油缸压力传感器(30)；所述阀控制单元还包括分别用于安装在机架顶尖油缸(29)、工位转换油缸(28)处的液压阀门；所述臂架控制单元还控制连接钻孔组件(22)，通过工位转换角度编码器(27)的角度数据控制工位转换油缸(28)使工位摆动架(31)摆动到目标钻孔位置，并通过钻孔长度编码器(25)的长度数据控制钻孔组件(22)自动钻孔。3.根据权利要求2所述的锚杆台车自动化控制系统，其特征在于，所述臂架控制单元还控制连接注浆组件(23)，所述臂架控制单元用于在钻孔结束后，通过工位转换角度编码器(27)的角度数据控制工位转换油缸(28)使工位摆动架(31)摆动到...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，贾连辉，徐受天，徐剑安，荆留杰，陈帅，贾正文，游宇嵩，赵严振，时洋，岳鹏闯，李开放，骆光炬，周宇，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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