一种盾构搭载渣土智能检测机器人及其检测方法技术

本发明专利技术提供了一种盾构搭载渣土智能检测机器人及其检测方法，该智能检测机器人包括旋转电机一、电动铰接滑轨、检测盒、多自由度机械手、旋转电机二、有害气体检测仪、温度传感器、薄壁圆筒、扭矩传感器、工业相机、控制柜。可实现对螺旋输送机排出的渣土进行实时多指标检测，对渣土性状进行智能诊断，减少人为操作的干扰和滞后性，为盾构智能化施工提供支持。为盾构智能化施工提供支持。为盾构智能化施工提供支持。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构搭载渣土智能检测机器人及其检测方法


[0001]本专利技术涉及隧道掘进机领域，具体涉及一种盾构搭载渣土智能检测机器人及其检测方法。

技术介绍

[0002]土压平衡盾构施工中，切削系统切削下来的渣土进入土仓，利用渣土形成的土压力来平衡掌子面上的土、水压力，因而渣土应当具有一定的流动塑性才能满足施工要求。渣土改良技术是确保土压平衡盾构能够顺利掘进的重要辅助措施，该技术主要是向掘削的渣土中注入水、泡沫、膨润土等改良剂使土体具有良好的流塑性，才能够满足盾构掘进的要求。倘若渣土性状不良，则会造成盾构掘进速度大幅减缓、刀具磨损加剧，甚至是造成螺旋机喷涌、地层塌陷等事故。
[0003]现有传统渣土检测方案是依靠盾构操作司机或地面管理人员进行人为观察，通过设置在盾构机内的摄像系统采集到的视频对渣土的流塑性是否合格进行定性判断，该检测方法严重依靠工程师的个人经验，缺乏统一的合规性标准，无法做到定量检测，检测结果粗糙且误差大，难以满足盾构隧道掘进安全、精准控制的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种盾构搭载渣土智能检测机器人，用于解决以上问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种盾构搭载渣土智能检测机器人，包括旋转电机一、电动铰接滑轨、检测盒、多自由度机械手、旋转电机二、有害气体检测仪、温度传感器、薄壁圆筒、扭矩传感器、工业相机、控制柜；其中，旋转电机一用于在水平面内翻转电动铰接滑轨，电动铰接滑轨用于运送检测盒往返于出渣口及机械臂之下、检测盒用于盛放渣土、多自由度机械手用于将旋转电机二、有害气体检测仪、温度传感器、扭矩传感器、工业相机带到指定位置，旋转电机二用于旋转薄壁圆筒，有害气体检测仪用于检测渣土中的有害气体含量，温度传感器用于检测渣温，薄壁圆筒用于与渣土发生旋转剪切，扭矩传感器用于测量薄壁圆筒旋转所需扭矩值，工业相机用于拍摄渣土影像，并使用卷积神经网络(CNN)渣土识别算法对渣土影像进行岩土类别和流动性情况分类，控制柜用于控制各系统及对渣土数据进行处理。
[0007]优选地，旋转电机一与电动铰接滑轨相连接，检测盒与电动铰接滑轨相连接，旋转电机二、有害气体检测仪、温度传感器、扭矩传感器、工业相机均固定于多自由度机械手之上，旋转电机二与扭矩传感器之间采用联轴器连接，扭矩传感器与薄壁圆筒之间采用联轴器连接，旋转电机一、电动铰接滑轨、多自由度机械手、旋转电机二、有害气体检测仪、温度传感器、扭矩传感器、工业相机的数据传输线均接入控制柜中。
[0008]优选地，步骤1，工业相机始终保持开启状态，由工业相机自动拍摄高精度照片并使用卷积神经网络(CNN)渣土识别算法进行渣土流塑性进行分类，类别主要包括优、良、差三个等级；其中，等级优表示排出的渣土呈现连续、光滑、形如牙膏状；等级良表示轻微的间
歇性排出不聚拢、不连续的渣土；等级差表示排出的渣土松散、不成形；
[0009]步骤2，当盾构搭载渣土智能检测机器人识别到出渣时，控制电动铰接滑轨将检测盒送至出渣口下方并保持一定时间，直至渣土将其填满后，再次控制电动铰接滑轨将检测盒送回原位以待检测；
[0010]步骤3，当接满土的检测盒送回原位后，多自由度机械手将薄壁圆筒插入待测渣土中，打开旋转电机二，通过扭矩传感器得到旋转电机二带动圆筒旋转所需的扭矩的峰值及稳定值，计算公式为
[0011][0012]其中，渣土屈服强度为τ，v为旋转电机二的转速；
[0013]与此同时，有害气体检测仪、温度传感器同步开启工作，其中，有害气体检测仪用于检测渣土中的有害气体含量，温度传感器用于检测渣温；
[0014]步骤4，当检测完毕后启动旋转电机一，将电动铰接滑轨在竖直面内翻转180
°
，以将渣土倾倒至传送带上，随后再次启动旋转电机一将电动铰接滑轨在竖直面内反向翻转180
°
回到原位。
[0015]本专利技术的有益效果在于：
[0016]与现有技术相比，本专利技术提供的一种盾构搭载渣土智能检测机器人，可对螺旋输送机排出的渣土进行实时多指标检测，对渣土性状进行智能诊断，减少人为操作的干扰和滞后性，为盾构智能化施工提供支持。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例提供的一种盾构搭载渣土智能检测机器人的结构示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例提供的一种盾构搭载渣土智能检测机器人使用方法流程图。
[0019]附图标记
[0020]旋转电机一
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1，电动铰接滑轨
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2，检测盒
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3，多自由度机械手
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4，旋转电机二
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5，有害气体检测仪
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6，温度传感器
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7，薄壁圆筒
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8，扭矩传感器
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9，工业相机
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10，控制柜
‑
11。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，本专利技术的实施方式不限于此。
[0022]如图1所示，一种盾构搭载渣土智能检测机器人，包括旋转电机一1、电动铰接滑轨2、检测盒3、多自由度机械手4、旋转电机二5、有害气体检测仪6、温度传感器7、薄壁圆筒8、扭矩传感器9、工业相机10、控制柜11；其中，旋转电机一1用于在水平面内翻转电动铰接滑轨2，电动铰接滑轨2用于运送检测盒3往返于出渣口及机械臂之下、检测盒3用于盛放渣土、多自由度机械手4用于将旋转电机二5、有害气体检测仪6、温度传感器7、扭矩传感器9、工业相机10带到指定位置，旋转电机二5用于旋转薄壁圆筒8，有害气体检测仪6用于检测渣土中的有害气体含量，温度传感器7用于检测渣温，薄壁圆筒8用于与渣土发生旋转剪切，扭矩传感器9用于测量薄壁圆筒8旋转所需扭矩值，工业相机10用于拍摄渣土影像，并使用卷积神经网络CNN渣土识别算法对渣土影像进行岩土类别和流动性情况分类，控制柜11用于控制
各系统及对渣土数据进行处理。
[0023]旋转电机一1与电动铰接滑轨2相连接，检测盒3与电动铰接滑轨2相连接，旋转电机二5、有害气体检测仪6、温度传感器7、扭矩传感器9、工业相机10均固定于多自由度机械手4之上，旋转电机二5与扭矩传感器9之间采用联轴器连接，扭矩传感器9与薄壁圆筒8之间采用联轴器连接，旋转电机一1、电动铰接滑轨2、多自由度机械手4、旋转电机二5、有害气体检测仪6、温度传感器7、扭矩传感器9、工业相机10的数据传输线均接入控制柜11中。
[0024]如图2所示，一种盾构搭载渣土智能检测机器人的检测方法，包括以下步骤：
[0025]步骤1，工业相机10始终保持开启状态，由工业相机10自动拍摄高精度照片并使用卷积神经网络CNN渣土识别算法进行渣土流塑性进行分类，类别主要包括优、良、差三个等级；其中，等级优表示排出的渣土呈现连续、光滑、形如牙膏状；等级良表示轻微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构搭载渣土智能检测机器人，其特征在于，包括旋转电机一(1)、电动铰接滑轨(2)、检测盒(3)、多自由度机械手(4)、旋转电机二(5)、有害气体检测仪(6)、温度传感器(7)、薄壁圆筒(8)、扭矩传感器(9)、工业相机(10)、控制柜(11)；其中，旋转电机一(1)用于在水平面内翻转电动铰接滑轨(2)，电动铰接滑轨(2)用于运送检测盒(3)往返于出渣口及机械臂之下、检测盒(3)用于盛放渣土、多自由度机械手(4)用于将旋转电机二(5)、有害气体检测仪(6)、温度传感器(7)、扭矩传感器(9)、工业相机(10)带到指定位置，旋转电机二(5)用于旋转薄壁圆筒(8)，有害气体检测仪(6)用于检测渣土中的有害气体含量，温度传感器(7)用于检测渣温，薄壁圆筒(8)用于与渣土发生旋转剪切，扭矩传感器(9)用于测量薄壁圆筒(8)旋转所需扭矩值，工业相机(10)用于拍摄渣土影像，并使用卷积神经网络(CNN)渣土识别算法对渣土影像进行岩土类别和流动性情况分类，控制柜(11)用于控制各系统及对渣土数据进行处理。2.根据权利要求1所述的一种盾构搭载渣土智能检测机器人，其特征在于，旋转电机一(1)与电动铰接滑轨(2)相连接，检测盒(3)与电动铰接滑轨(2)相连接，旋转电机二(5)、有害气体检测仪(6)、温度传感器(7)、扭矩传感器(9)、工业相机(10)均固定于多自由度机械手(4)之上，旋转电机二(5)与扭矩传感器(9)之间采用联轴器连接，扭矩传感器(9)与薄壁圆筒(8)之间采用联轴器连接，旋转电机一(1)、电动铰接滑轨(2)、多自由度机械手(4)、旋转电机二(...

【专利技术属性】
技术研发人员：金大龙，卓政威，刘运琪，韩政业，杨皓杰，袁大军，李兴高，王将，孙毅，刘浩，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：