管片吊装和垫木清运的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术为一种管片吊装和垫木清运的方法及装置，其中，方法包括如下步骤：根据距离检测模块反馈的当前存在的管片层数，将检测清运执行装置移动至管片卸载区域，调整检测清运执行装置以使点云采集装置移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值；点云采集装置进行信息采集，根据采集的点云信息解析出是否存在待清运垫木及垫木位姿和当前待吊装管片的位姿；若存在垫木，检测清运执行装置根据垫木位姿先对管片上垫木进行清运，否则管片吊机根据待吊装管片位姿进行吊装；重复上述步骤，直至完成第一层管片的管片吊装作业。本发明专利技术能实现对管片和垫木的高精度自动定位，并能实现管片的自动吊装及垫木的自动清运，定位精度和稳定性较高。精度和稳定性较高。精度和稳定性较高。

【技术实现步骤摘要】
管片吊装和垫木清运的方法及装置


[0001]本专利技术是关于隧道施工
，尤其涉及一种管片吊装和垫木清运的方法及装置。

技术介绍

[0002]随着城市地铁、跨江跨海隧道等地下工程施工规模的逐年扩大，盾构施工法因其高效率、高安全性以及环境友好性等特点，应用工程越来越多。盾构施工自动化水平不断提升，隧道掘进机管片吊运系统大多依靠作业人员通过无线遥控器来进行控制，在管片吊机对管片进行抓取的过程中，需要作业人员对吊机和管片的相对位置不断观察以适时的调整管片吊具的位置和姿态。管片吊运作业严重依赖作业人员的经验和现场判断，存在很大的主观性，一定程度上影响管片吊运作业的质量和效率；管片垫木(垫木也可以称为枕木)的清运在隧道施工中绝大部分采用人工去进行清运，存在对作业人员的安全造成了一定的隐患。或采用固定式3D视觉/工业相机均存在检测距离变化过大，极大的影响检测定位精度的问题，以一摞存在三层管片为例，最上层与最下层管片垂直最小距离约1000mm。
[0003]公开号为CN215057467U的技术专利公开了一种管片吊运系统。在拖车行走梁上设置有带动机械手运动的驱动装置，以对管片垫木进行清除。针对盾构复杂的施工环境常规成熟的视觉识别系统不太适用，比如隧道内的粉尘、水汽、设备振动等都不适用于现有识别系统及识别方法。
[0004]公开号为CN113443556A的专利技术专利公开了一种管片智能自动识别运输系统以及运输方法，设置有视觉识别系统安装于吊梁上，虽安装了雷达及距离传感器，但面对盾构复杂的施工环境无相应的减振装置，采集数据质量不一，且视觉识别系统为固定式安装并不能满足大跨度、多层管片高精度定位的问题。
[0005]公开号为CN111706369A的专利技术专利公开了一种垫木抓取装置及其控制方法。通过在管片卸载区域的设置轴向行走单元及垫木抓取单元。轴向行走单元前后运动并会带动抓取单元同步移动，抓取单元能够将管片卸载区域的垫木抓起，在轴向行走单元的带动下，将垫木输送至特定的位置，由站在拖车两侧的操作人员从抓取单元上将垫木取下。但该专利提及的垫木抓取方式存在以下问题，垫木由于每次放置位置不一，需要用人工借助遥控器或其他方式驱动轴向行走单元来回调节抓取单元位置；若垫木放置位置倾斜、振动造成枕木发生倾斜等状况，平衡梁两侧的双抓取手会存在无法同时牢靠抓取垫木的严重问题；因为存在双层以上的管片枕木抓取的现象，该专利是由升降绳下降带动抓取单元，完成垫木的抓取作业，未提及怎么判断升降绳是否到达垫木抓取位的问题；最重要的是垫木的清除作业需要多重人工判断参与，比如判断是否要进行垫木的清除；升降绳可能由人工加以判定是否到垫木抓取位，抓取枕木时需要人工来回调整轴向移动以保证抓取手能够准确抓取等等问题。
[0006]以上方法均不涉及一种面对大跨度、多层管片高精度定位技术，因此，面对复杂的盾都施工作业工况以及高效安全施工的作业需求，亟需设计一种适用于盾构施工用对管片
自动吊装、管片垫木自动清运特征精准定位方法。
[0007]由此，本专利技术人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种管片吊装和垫木清运的方法及装置，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种管片吊装和垫木清运的方法及装置，能实现对管片和垫木的高精度自动定位，并能实现管片的自动吊装及垫木的自动清运，定位精度和稳定性较高。
[0009]本专利技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：
[0010]本专利技术提供一种管片吊装和垫木清运的方法，包括如下步骤：
[0011]将检测清运执行装置移动至管片卸载区域，调整检测清运执行装置，以使检测清运执行装置中的点云采集装置移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值；
[0012]对点云采集装置采集的信息进行解析；
[0013]若解析结果包括当前顶层管片的位姿和当前顶层管片上垫木的位姿，则检测清运执行装置根据当前顶层管片上垫木的位姿对当前顶层管片上的垫木执行垫木清运作业，完成垫木清运作业并将检测清运执行装置移动至安全待命位置后，管片吊机根据当前顶层管片的位姿对当前顶层管片执行管片吊装作业；
[0014]若解析结果仅包括当前顶层管片的位姿，则调整检测清运执行装置并将其移动至安全待命位置后，管片吊机根据当前顶层管片的位姿对当前顶层管片执行吊装作业；
[0015]重复上述步骤，直至完成第一层管片的管片吊装作业。
[0016]在本专利技术的一较佳实施方式中，在管片卸载区域内设有距离检测模块；
[0017]将检测清运执行装置移动至管片卸载区域之前，还包括如下步骤：
[0018]根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，并记作m，第m层管片为当前顶层管片；
[0019]其中，0≤m≤N，m和N均为整数，N表示管片运输装置上一摞管片中管片的总层数。
[0020]在本专利技术的一较佳实施方式中，距离检测模块包括从上至下间隔设置的多层检测器，每层检测器包括一对传感器或者沿掘进轴线方向间隔设置的至少两对传感器，每对传感器包括关于掘进轴线方向对称设置的两个距离传感器；
[0021]根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，包括如下步骤：
[0022]根据各距离传感器检测的横向距离，计算各层检测器中各对传感器中的两个距离传感器检测的横向距离之和的平均值，各横向距离之和的平均值数值中等于第二固定值的数量为一摞管片中当前存在的管片总层数；
[0023]其中，第二固定值小于一对传感器中两个距离传感器之间的横向间距。
[0024]在本专利技术的一较佳实施方式中，将一对传感器中两个距离传感器之间的横向间距记作X；
[0025]当各层检测器中各对传感器中的两个距离传感器检测的横向距离之和的平均值由2X变至第二固定值，并维持经过预设时间后，再根据距离检测模块的检测结果判断管片
卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数。因此，利用两侧的距离传感器，根据距离检测模块可以自动判别管片已处于管片卸载区域，并处于待吊装状态。
[0026]在本专利技术的一较佳实施方式中，距离检测模块包括位于管片卸载区域顶部的一组传感器，该组传感器包括一个距离传感器或者沿掘进垂直方向间隔设置的至少两个距离传感器；
[0027]根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，包括如下步骤：
[0028]根据各距离传感器检测的垂向距离，计算该组传感器中各距离传感器检测的垂向距离的平均值，并记作h；
[0029]当h＝h
N
+ax时，则m＝a；
[0030]其中，h
N
表示该组传感器中各距离传感器到第N层管片的垂向距离之和的平均值，0≤a≤N
‑
1，且a为正数，x表示上下相邻两个管片的上表面之间的竖直高度差。
[0031]在本专利技术的一较佳实施方式中，将点云采集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，包括如下步骤：将检测清运执行装置移动至管片卸载区域，调整所述检测清运执行装置，以使所述检测清运执行装置中的点云采集装置移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值；对所述点云采集装置采集的信息进行解析；若解析结果包括当前顶层管片的位姿和当前顶层管片上垫木的位姿，则所述检测清运执行装置根据当前顶层管片上垫木的位姿对当前顶层管片上的垫木执行垫木清运作业，完成垫木清运作业并将所述检测清运执行装置移动至安全待命位置后，管片吊机根据当前顶层管片的位姿对当前顶层管片执行管片吊装作业；若解析结果仅包括当前顶层管片的位姿，则调整所述检测清运执行装置并将其移动至安全待命位置后，管片吊机根据当前顶层管片的位姿对当前顶层管片执行吊装作业；重复上述步骤，直至完成第一层管片的管片吊装作业。2.如权利要求1所述的管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，在所述管片卸载区域内设有距离检测模块；将检测清运执行装置移动至管片卸载区域之前，还包括如下步骤：根据所述距离检测模块的检测结果判断所述管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，并记作m，第m层管片为当前顶层管片；其中，0≤m≤N，m和N均为整数，N表示管片运输装置上一摞管片中管片的总层数。3.如权利要求2所述的管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，所述距离检测模块包括从上至下间隔设置的多层检测器，每层所述检测器包括一对传感器或者沿掘进轴线方向间隔设置的至少两对传感器，每对所述传感器包括关于掘进轴线方向对称设置的两个距离传感器；根据所述距离检测模块的检测结果判断所述管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，包括如下步骤：根据各所述距离传感器检测的横向距离，计算各层所述检测器中各对所述传感器中的两个所述距离传感器检测的横向距离之和的平均值，各所述横向距离之和的平均值数值中等于第二固定值的数量为一摞管片中当前存在的管片总层数；其中，第二固定值小于一对所述传感器中两个所述距离传感器之间的横向间距。4.如权利要求3所述的管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，将一对所述传感器中两个所述距离传感器之间的横向间距记作X；当各层所述检测器中各对所述传感器中的两个所述距离传感器检测的横向距离之和的平均值由2X变至所述第二固定值，并维持经过预设时间后，再根据所述距离检测模块的检测结果判断所述管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数。5.如权利要求2所述的管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，所述距离检测模块包括位于所述管片卸载区域顶部的一组传感器，该组所述传感器包括一个距离传感器或者沿掘进垂直方向间隔设置的至少两个距离传感器；根据所述距离检测模块的检测结果判断所述管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，包括如下步骤：根据各所述距离传感器检测的垂向距离，计算该组所述传感器中各所述距离传感器检
测的垂向距离的平均值，并记作h；当h＝h
N
+ax时，则m＝a；其中，h
N
表示该组所述传感器中各所述距离传感器到第N层管片的垂向距离之和的平均值，0≤a≤N
‑
1，且a为正数，x表示上下相邻两个管片的上表面之间的竖直高度差。6.如权利要求1所述的管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，将所述点云采集装置移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值后，先对当前顶层管片的表面进行清洁，然后再用所述点云采集装置进行信息采集并进行解析。7.如权利要求1所述的管片吊装和垫木清运的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴乾坤，王一新，李正道，赵远洋，杨航，钱豪，彭飞虎，姜礼杰，赵海壮，
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：