一种适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统及其启动方法技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统及其启动方法，方案包括用于实现清渣机器人动作控制的清渣机控制器，包括视觉系统和用于实现清渣机器人紧急停止的急停系统；所述视觉系统包括朝向清渣作业区域的图像采集装置和图像识别算法模块，所述图像识别算法模块根据图像采集装置采集的清渣作业区域的图像，判断清渣作业区域是否有人；若有人，则通过所述清渣机控制器禁止清渣机器人启动和/或通过急停系统停止正在作业的清渣机器人。本发明专利技术提供了一种合理完整的自动清渣控制系统和作业流程，构建出一个完整的掘进机清渣系统架构及其软硬件系统的组成，通过基于图像识别的环境感知系统的搭建，保证了自动清渣作业的安全性。安全性。安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统及其启动方法


[0001]本专利技术涉及一种适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统及其启动方法，属于隧道施工
；尤其涉及隧道施工过程隧道底部积渣机械化清理


技术介绍

[0002]隧道施工中的清渣环节对隧道成型、掘进方向准确性的影响极大。当前已经实现了设备部分的自动化，但是在整体环节的效率和安全性上还有待提升。
[0003]公布号为CN108952748A和CN115306423A的中国专利申请公布文本，以及公告号为CN207538835U的中国专利授权文本均涉及自动清渣机构，并提出了清渣设备机械部分的作业方法。虽然以上公开方案的设计能实现具体清渣工作的机械化，但是复杂环境中各方面信息缺乏成体系的统一整合，导致依然在使用人力控制进行自动化设备的操作，相当于只是更换了工具。整体环节上最大的制约就是缺少行之有效的信息整合和人机交互模块的设计，环境感知能力不足，导致自动化清渣存在安全隐患且影响自动化机械设备清渣效率的提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统及其启动方法，用以解决自动化清渣存在安全隐患且效率受限的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的方案包括：
[0006]本专利技术的一种适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统的技术方案，包括用于实现清渣机器人动作控制的清渣机控制器，包括视觉系统和用于实现清渣机器人紧急停止的急停系统；所述视觉系统包括朝向清渣作业区域的图像采集装置和图像识别算法模块，所述图像识别算法模块根据图像采集装置采集的清渣作业区域的图像，判断清渣作业区域是否有人；若有人，则通过所述清渣机控制器禁止清渣机器人启动和/或通过急停系统停止正在作业的清渣机器人。
[0007]本专利技术提供了一种合理完整的自动清渣控制系统和作业流程，构建出一个完整的掘进机清渣系统架构及其软硬件系统的组成，通过基于图像识别的环境感知系统的搭建，保证了自动清渣作业的安全性。
[0008]进一步地，将人员工作服颜色和人员作业时的各种体型作为特征训练所述图像识别算法模块的算法模型，通过人员工作服颜色和人员作业时的体型识别清渣作业区域是否有人。
[0009]根据隧道施工现场施工人员的制服颜色特点和施工动作的特殊之处搭建和训练人工智能模型，极大提高了施工现场复杂环境下人体识别的准确性，降低漏报和误报的可能。
[0010]所述清渣机控制器包括路径求解器和预设有不同清渣机器人作业速度下的清渣路径的自动控制器；清渣机器人遥控器与所述路径求解器连接，所述路径求解器基于当前
运动模型和推导出的逆解公式，实现清渣机器人遥控器直接对清渣机器人末端的位姿进行控制；自动控制模式下，通过自动控制器按照预设的不同速度下的清渣路径，控制清渣机器人末端执行清渣动作。
[0011]本专利技术的清渣机器人设置遥控控制模式和自动控制模式，遥控控制模式通过路径求解器基于多自由度机器人的运动模型和逆解公式，使遥控控制仅需控制机器人机械臂末端工器具位置，路径求解器自动根据针对末端工器具的控制指令逆向求解出机器人各关节的动作方向和动作量，完成末端工器具的到位控制。对于清渣工作来说，对于机械臂的控制主要关心机械臂末端位置，例如控制末端铲斗贴近隧道内壁做弧线运动即可实现积渣铲除，或者使用末端破碎锤击碎大块孤石，也仅需控制破碎锤击打孤石，因此仅通过遥控器控制末端工器具的位姿，然后通过控制器的路径求解器自动计算其他关节的动作量，大大简化了机器人的人工遥控控制难度。
[0012]同时，自动模式预设多种不同速度的清渣控制指令，每种配合清渣速度设置匹配的清渣路线；自动模式下清渣机器人根据预设清渣路线和对应清渣速度控制机器人各关节动作，完成清渣。不同速度的自动清渣模式，满足了不同工况和环境下清渣施工需要，兼顾了自动清渣机器人安全性和效率。
[0013]进一步地，所述急停系统通过切断清渣机控制器传输向清渣机器人的控制信号，并锁死清渣机器人各动作关节的动作，实现清渣机器人的紧急停止。
[0014]从控制源头切断控制信号的发出，保证紧急情况下清渣机器人紧急停止的可靠性。
[0015]进一步地，还包括设置在清渣机器人附近的主梁上、主控室以及清渣机器人遥控器上的急停按钮，所述急停按钮被按下时向急停控制器发送急停指令；清渣区域没有人且没有收到急停指令时，允许所述控制信号发往清渣机器人。
[0016]在清渣现场和主控室及遥控器上分别设置急停按钮，保证紧急情况下能够尽快执行急停控制。
[0017]进一步地，还包括语音系统，所述语音系统包括语音识别器和语音识别算法模块，所述语音识别算法模块根据语音识别器采集到的语音信息判断清渣作业区域是否有人。
[0018]还通过语音识别实现急停控制，避免因环境因素图像识别受限、人体受到遮挡导致图像识别漏报，导致无法及时启动急停控制。
[0019]进一步地，所述语音识别器通过识别自然语言和/或带有一定情感特征的喊叫来判断清渣作业区域是否有人。
[0020]通过“停止”、“离开”等自然语言实现急停控制，同时还在发生例如人员受伤等极端情况下，在语音识别算法模块的语音识别算法中加入D
‑
S证据理论模块，结合基音、共振峰、MFCC系数、频谱能量系数等系数，对语音的情感特征也进行分析和判定，识别带有情感的喊叫等来进行急停控制，避免事故和极端情况进一步恶化。
[0021]进一步地，所述语音识别器包括麦克风阵列，通过所述麦克风阵列增强有效信号的对应方位的声音信号强度，降低其他方向的噪音信号强度。
[0022]在隧道施工这种声音嘈杂环境下，通过麦克风阵列实现指向性拾音，避免施工噪音干扰语音识别。
[0023]进一步地，还包括设置于清渣机作业区域的警示灯，当清渣机工作时所述警示灯
点亮特定颜色，不工作时不点亮或者点亮另一种颜色。
[0024]清渣机工作过程中，通过警示灯提醒当前区域在执行自动清渣，避免人员误入，提高了施工安全性。
[0025]本专利技术的一种适用于TBM施工的隧道底部积渣清理启动方法的技术方案，当接收到积渣清理启动信号时，首先通过朝向清渣作业区域的图像采集装置采集清渣作业区域的图像，根据所述清渣作业区域的图像判断清渣作业区域是否有人，若无人则启动清渣机器人执行清渣动作。
[0026]本专利技术还提出了一种基于图像识别的清渣工作启动方法，启动清渣机器人前首先运行图像识别，在通过图像识别发现施工区有人时，禁止清渣机启动，保证作业安全。
[0027]进一步地，在判断清渣作业区域无人时，延时设定时间后启动清渣机器人，在延时时间内，通过语音播报器播放警示语音，提醒不要进入清渣作业区域。
[0028]在清渣执行前进行延时启动，同时通过语音提醒，避免人员在清渣机器人动作前误入施工区域，进一步保证了安全性。
[0029]进一步地，所述清渣机器人执行清渣动作过程中，若通过所述清渣作业区域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统，其特征在于，包括用于实现清渣机器人动作控制的清渣机控制器，包括视觉系统和用于实现清渣机器人紧急停止的急停系统；所述视觉系统包括朝向清渣作业区域的图像采集装置和图像识别算法模块，所述图像识别算法模块根据图像采集装置采集的清渣作业区域的图像，判断清渣作业区域是否有人；若有人，则通过所述清渣机控制器禁止清渣机器人启动和/或通过急停系统停止正在作业的清渣机器人。2.根据权利要求1所述的适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统，其特征在于，将人员工作服颜色和人员作业时的各种体型作为特征训练所述图像识别算法模块的算法模型，通过人员工作服颜色和人员作业时的体型识别清渣作业区域是否有人。3.根据权利要求1所述的适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统，其特征在于，所述清渣机控制器包括路径求解器和预设有不同清渣机器人作业速度下的清渣路径的自动控制器；清渣机器人遥控器与所述路径求解器连接，所述路径求解器基于当前运动模型和推导出的逆解公式，实现清渣机器人遥控器直接对清渣机器人末端的位姿进行控制；自动控制模式下，通过自动控制器按照预设的不同速度下的清渣路径，控制清渣机器人末端执行清渣动作。4.根据权利要求1所述的适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统，其特征在于，所述急停系统通过切断清渣机控制器传输向清渣机器人的控制信号，并锁死清渣机器人各动作关节的动作，实现清渣机器人的紧急停止。5.根据权利要求4所述的适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统，其特征在于，还包括设置在清渣机器人附近的主梁上、主控室以及清渣机器人遥控器上的急停按钮，所述急停按钮被按下时向急停控制器发送急停指令；清渣区域没有人且没有收到急停指令时，允许所述控制信号发往清渣机器人。6.根据权利要求1所述的适用于TBM施工的隧道底部积渣清理系统，其特征在于，还包括语音系统，所述语音系统包括语音识别器和语音识别算法模块，所述语音识别算法模块根据语音识别器采集到的语音信息判断清渣作业区域是否有人。7.根据权利要求6所述的适用于TB...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾连辉，姜礼杰，文勇亮，李梓良，原晓伟，王珩，李明泽，
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：