一种拱架积渣清理方法及掘进机技术

本发明专利技术涉及一种拱架积渣清理方法及掘进机，方法包括如下步骤：沿隧道延伸方向使用射频识别扫描器扫描拱架区域，根据扫描到的预设在拱架上的射频识别标签确定拱架轮廓；至少对隧道下半部分进行轮廓扫描，同时结合所述拱架轮廓得到积渣轮廓，根据所述积渣轮廓执行积渣清理。本发明专利技术基于射频识别例如RFID定位技术定位清渣边界，有效解决现有隧道清渣设备和清渣方法适用性差、效率低下和可靠性低的问题。效率低下和可靠性低的问题。效率低下和可靠性低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种拱架积渣清理方法及掘进机


[0001]本专利技术涉及一种拱架积渣清理方法及掘进机，属于隧道施工
，尤其涉及隧道施工积渣清理


技术介绍

[0002]全断面硬岩隧道掘进机(TBM)已经成为隧道工程施工的重要装备，被广泛应用于水利隧洞、城市轨道、市政交通和铁路隧道等领域。TBM掘进过程中，常常伴有岩爆、顶部坍塌掉块等现象，导致隧道底部积渣严重。
[0003]由于钢拱架拼装机位于TBM前部，其前方尚未支护，该区域积渣尤为严重，钢拱架拼装成环后，两环钢拱架之间将存在大量积渣，若不及时清理，将导致洞壁喷浆、仰拱块铺设和轨道铺设滞后，制约施工进度，同时影响支护质量。
[0004]近年来行业内针对隧道掘进机的清渣问题进行了大量研究，为了实现自动化清渣，多采用机械装置结合识别装置实现隧道底部积渣的清理。但目前较少研究考虑拼装成环的钢拱架对自动清渣装置的影响，同时也未考虑大块孤石对于积渣自动清理的影响；显然，拼装成环的钢拱架和大块孤石都会对清渣装置的作业存在限制，若不考虑两者的影响直接使用自动清渣机进行清渣，极易对拼装完成的钢拱架及清渣装置造成破坏，导致安全事故发生。
[0005]公布号为CN115306423A的中国专利申请文件公开了一种可用于钢拱架成环区积渣清理的方法及装置。该方法基于采用线激光扫描仪识别钢拱架和渣石深度，针对超过一定深度的渣石执行末端铲斗弧形动作进行挖渣清理，但线激光扫描仪价格昂贵，且施工现场高温高湿及振动都对精密的线激光扫描仪的可靠性带来挑战，机械臂挖渣过程尘土飞扬也对激光带来一定干扰和阻挡，导致识别精确性降低，依然存在钢拱架位置识别不准确导致机械臂与拱架干涉导致事故的发生；且该方案仅对积渣深度进行识别，并不能分辨出是堆积的大量渣石还是大块孤石，也没有针对不同体积渣石的针对性清渣手段，仅执行挖斗弧形动作挖渣导致难以有效清除大块孤石甚至损坏清渣机械臂。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种拱架积渣清理方法及掘进机，用以解决现有拱架区自动清渣可靠性差且设备成本高的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的方案包括：
[0008]本专利技术的一种拱架积渣清理方法的技术方案，包括如下步骤：沿隧道延伸方向使用射频识别扫描器扫描拱架区域，根据扫描到的预设在拱架上的射频识别标签确定拱架轮廓；至少对隧道下半部分进行轮廓扫描，同时结合所述拱架轮廓得到积渣轮廓，根据所述积渣轮廓执行积渣清理。
[0009]本专利技术提出了一种基于射频通信技术识别拱架轮廓的拱架区域自动清渣方法，与现有技术相比，采用这种方法，解决了现有技术中采用相机或激光扫描仪识别钢拱架受隧
道环境影响较大的问题，具有可靠性高以及成本低的有益效果。
[0010]进一步地，扫描到所述射频识别标签时记录当前扫描位置坐标，同时根据拱架三维特征和隧道洞壁直径信息确定对应拱架在隧道中的拱架轮廓。
[0011]利用扫描器扫描到拱架预埋标签时的位置，结合拱架自身尺寸轮廓以及标签在拱架中的预埋位置，能够简单可靠的确定对应拱架在隧道内的轮廓。
[0012]进一步地，所述射频识别标签为RFID标签，所述射频识别扫描器为RFID扫描器。
[0013]进一步地，所述轮廓扫描得到隧道下半部分轮廓后，将隧道下半部分轮廓减去所有拱架轮廓的集合，得到积渣轮廓。
[0014]对隧道下半部分进行轮廓扫描，以获得积渣特征，例如可以采用线激光扫描仪对隧道下半部分外轮廓进行扫描。虽然线激光扫描仪易受环境影响，但最为关键的拱架的识别采用了射频识别，拱架的识别出现错误或误差将导致较为严重的后果，清渣机器人与拱架发生碰撞，可能导致机器人和拱架损坏，但积渣特征的识别出现偏差最多出现积渣清理不干净，不会导致过于严重的后果。同时采用线激光扫描仪识别渣石，不易受隧道内复杂光线环境、钢拱架表面反光和地面积水的影响，实用性强。
[0015]进一步地，根据所述积渣轮廓执行积渣清理包括，根据积渣轮廓提取反映单个渣石体积的轮廓数据，根据轮廓数据至少将单个渣石区分为大块孤石和其他，对大块孤石采用对应工具击碎后再进行转运。
[0016]根据积渣特征分辨出大块孤石，大块孤石直接采用挖斗可能导致挖斗损坏，因此本专利技术的积渣清理方法针对大块孤石先行破碎再做清理，避免清渣机器人损坏。
[0017]进一步地，还根据轮廓数据将单个渣石区分为中型孤石，所述中型孤石为尺寸小于夹爪口径的单个渣石，对于中型孤石使用夹爪夹取后放置在转运工具上转运出去。
[0018]针对中等尺寸的孤石，能够用夹爪抓取的话直接抓取转运，进一步提高了清渣效率，延长了挖斗工具的使用寿命。
[0019]进一步地，所述积渣轮廓通过隧道内的空间直角坐标系表示，将对应位置轮廓的纵轴坐标作为所述轮廓数据；若纵轴坐标大于第一设定值，则认为该位置存在所述大块孤石；若纵轴坐标小于第一设定值且大于第二设定值，则认为该位置存在所述中型孤石。
[0020]通过积渣轮廓特征的纵向坐标数据判断孤石大小，考虑的细碎的渣石会均匀散落平摊在隧道底部，不会有较大隆起，因此纵向尺寸数据大于一定值即可判断为大块孤石，方案简单易行。
[0021]进一步地，对于积渣轮廓内的其他位置，首先使用铣挖头铣挖以松动固结的渣土，再使用挖斗工具沿隧道内周面下半部分做弧线运动，将积渣铲起放入转运工具然后进行转运。
[0022]本专利技术有针对性的对不同特点的渣石进行分类处理，有效提高了清渣工作的质量，延长设备寿命，有较高自动化智能化程度。
[0023]本专利技术的一种掘进机的技术方案，包括沿主梁方向运动的清渣机器人，还包括用于扫描预设在拱架上的射频识别标签的射频识别扫描器，所述射频识别扫描器用于根据识别标签确定拱架轮廓。
[0024]进一步地，所述射频识别标签为RFID标签，所述射频识别扫描器为RFID扫描器。
[0025]进一步地，还包括用于隧道底部积渣轮廓识别的轮廓扫描器；所述清渣机器人包
括作为执行器的破碎锤末端工具，所述破碎锤末端工具用于将根据积渣轮廓判断出的大块孤石进行破碎。
[0026]进一步地，所述清渣机器人还包括作为执行器的夹爪末端工具，所述夹爪末端工具用于将根据积渣轮廓判断出的尺寸小于夹爪口径的中型孤石夹入转运装置进行转运。
[0027]进一步地，所述清渣机器人还包括作为执行器的铣挖头末端工具，所述铣挖头末端工具用于将非大块孤石和非中型孤石的积渣位置进行铣挖。
[0028]进一步地，所述清渣机器人还包括作为执行器的挖斗末端工具，所述挖斗末端工具用于将铣挖后的渣石铲起并运送到转运装置转运出隧道。
[0029]本专利技术提出了一种能够全面清理隧道底部拱架区域积渣的掘进机，除了清理隧道底部空旷处的渣石，也能清理多环钢拱架之间的渣石，提高隧道施工效率和支护质量；通过射频识别技术识别隧道中拱架轮廓，有较高可靠性；同时根据积渣类型采取不同的清渣方式，清渣效率高有利于清渣机器人的寿命且清渣更干净；最终实现通过自动清渣装置代本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拱架积渣清理方法，其特征在于，包括如下步骤：沿隧道延伸方向使用射频识别扫描器扫描拱架区域，根据扫描到的预设在拱架上的射频识别标签确定拱架轮廓；至少对隧道下半部分进行轮廓扫描，同时结合所述拱架轮廓得到积渣轮廓，根据所述积渣轮廓执行积渣清理。2.根据权利要求1所述的拱架积渣清理方法，其特征在于，扫描到所述射频识别标签时记录当前扫描位置坐标，同时根据拱架三维特征和隧道洞壁直径信息确定对应拱架在隧道中的拱架轮廓。3.根据权利要求1或2所述的拱架积渣清理方法，其特征在于，所述射频识别标签为RFID标签，所述射频识别扫描器为RFID扫描器。4.根据权利要求3所述的拱架积渣清理方法，其特征在于，所述轮廓扫描得到隧道下半部分轮廓后，将隧道下半部分轮廓减去所有拱架轮廓的集合，得到积渣轮廓。5.根据权利要求1所述的拱架积渣清理方法，其特征在于，根据所述积渣轮廓执行积渣清理包括，根据积渣轮廓提取反映单个渣石体积的轮廓数据，根据轮廓数据至少将单个渣石区分为大块孤石和其他，对大块孤石采用对应工具击碎后再进行转运。6.根据权利要求5所述的拱架积渣清理方法，其特征在于，还根据轮廓数据将单个渣石区分为中型孤石，所述中型孤石为尺寸小于夹爪口径的单个渣石，对于中型孤石使用夹爪夹取后放置在转运工具上转运出去。7.根据权利要求6所述的拱架积渣清理方法，其特征在于，所述积渣轮廓通过隧道内的空间直角坐标系表示，将对应位置轮廓的纵轴坐标作为所述轮廓数据；若纵轴坐标大于第一设定值，则认为该位置存在所述大块...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜礼杰，王一新，原晓伟，钱豪，彭飞虎，王若愚，文勇亮，孙颜明，吴乾坤，李正道，李梓良，
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：