隧道智能钢筋铺设台车、控制系统及方法与流程

本发明涉及隧道施工设备，具体为隧道智能钢筋铺设台车、控制系统及方法。

背景技术：

1、在隧道二次衬砌施工中，钢筋铺设是关键的工序之一。传统钢筋铺设主要依靠人工或半机械化的方式，存在以下问题：一是施工效率低，工人劳动强度大；二是隧道环向钢筋和纵向钢筋重量较大，铺设干扰大，影响铺设及绑扎效率。近年来出现了一些钢筋铺设台车，但大多仅能实现简单的机械辅助，缺乏智能化的协同控制能力，无法实时调整铺设参数，也难以适应不同隧道断面的变化。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本申请提供了一种隧道智能钢筋铺设台车，包括：

2、门架系统，包括门架和弧形轨道，所述弧形轨道至少包括两组且按预设间隔设置，并连接至所述门架；

3、行走系统， 用于带动所述门架系统沿第一方向、第二方向和第三方向移动；

4、铺设小车，用于沿所述弧形轨道的轨迹做往返运动；

5、其特征在于，所述隧道智能钢筋铺设台车还包括：

6、钢筋夹持系统，包括连接至所述铺设小车的横梁，所述横梁上均布多个环向钢筋夹持件以及多个纵向钢筋夹持件；

7、钢筋定位系统，包括沿所述铺设小车运动方向上布设的多个定位油缸，所述定位油缸连接至所述门架，定位油缸的输出端设置推杆。

8、进一步的，所述钢筋夹持系统还包括：

9、安装板，沿所述横梁长度方向设置，所述安装板上按预设间隔开设多个避让槽；

10、多个导向件，设置在所述避让槽的槽底，用于导向第一层环向钢筋的移动；

11、多个梳分件，设置在所述避让槽槽口一侧的安装板上，且可延伸至避让槽的槽口，用于导向第二层环向钢筋的移动；

12、其中，所述导向件和所述梳分件均可沿自身轴线转动，处于同一平面且按预设间隔设置。

13、进一步的，所述钢筋夹持系统还包括：

14、多个套筒，设置在所述避让槽槽口一侧的安装板上，所述套筒上沿其侧壁向内开设凹形槽；

15、滑动销轴，活动设置在所述套筒内，所述梳分件连接至所述滑动销轴的一端；

16、推拉销轴，连接至所述滑动销轴，其轴线与滑动销轴的轴线垂直以使其一端伸出所述凹形槽；

17、其中，所述梳分件可跟随所述滑动销轴移动至所述套筒内。

18、进一步的，所述钢筋夹持系统还包括：

19、多个连接件，被构造为可沿任意方向摆动，且两端分别连接所述横梁和所述环向钢筋夹持件；

20、其中，所述环向钢筋夹持件包括连接板和第二套筒，所述第二套筒通过所述连接板连接至所述连接件，第二套筒上的侧壁上开设缺口，其中一个端部上设置限位台阶。

21、进一步的，所述钢筋夹持系统还包括：

22、限位板，沿所述横梁长度方向设置，与横梁之间形成有容置空间，所述容置空间用于放置所述环向钢筋夹持件；

23、锁紧件，设置在限位板上用于固定所述环向钢筋夹持件。

24、进一步的，所述避让槽两侧的安装板上沿避让槽长度方向布设多个安装孔，所述导向件通过螺栓连接至所述安装孔，以调节第一层环向钢筋和第二层环向钢筋的间距。

25、本申请还提供了上述隧道智能钢筋铺设台车的控制系统，包括：

26、数据采集模块，用于采集铺设小车的运行速度、钢筋消耗量、钢筋铺设间距以及台车运行状态视频数据；

27、控制模块，被配置为根据所述数据采集模块采集的实时数据与预设的钢筋铺设轨迹参数、间距阈值、对中基准参数，以协同控制所述行走系统的对中定位、所述铺设小车的仿形运动、以及所述钢筋定位系统中定位油缸的依次动作。

28、进一步的，所述数据采集模块包括：

29、速度传感器，安装于所述铺设小车上，用于实时检测铺设小车的运行速度；

30、重量传感器，安装于所述横梁上，用于根据重量变化实时检测钢筋消耗量；

31、激光传感器，包括多个且布设于所述横梁上，用于实时监测钢筋铺设间距；

32、视频采集单元，用于实时采集台车运行状态和施工质量视频。

33、进一步的，所述控制模块包括：

34、对中定位控制单元，根据所述视频采集单元的检测信号控制行走系统调整台车对中位置；

35、铺设控制单元，根据预设的钢筋铺设轨迹控制铺设小车沿仿形轨道运行，并基于激光传感器反馈的间距数据实时调整铺设小车行进速度；

36、钢筋定位控制单元，用于在返回行程中根据铺设小车的实时位置坐标，结合重量传感器检测到的纵向钢筋铺设数量，按序触发对应位置的定位油缸动作，将钢筋支撑就位；

37、间距预警单元，当激光传感器检测到的钢筋间距超出设定阈值时，发出声光预警信号。

38、本申请还提供了上述控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：

39、s1：数据采集，通过数据采集模块实时采集铺设小车的运行速度、横梁上的实时钢筋重量、钢筋铺设的实时间距、以及台车运行状态的视频数据；

40、s2：对中定位控制，控制模块的对中定位控制单元根据所述视频数据识别隧道轮廓与台车的相对位置偏差，控制行走系统调整台车直至对中基准位置；

41、s3：铺设控制，控制模块的铺设控制单元根据预设的钢筋铺设轨迹参数，控制铺设小车沿弧形轨道做仿形运动，同时速度传感器实时反馈运行速度以进行闭环调速，当重量传感器检测到横梁上环向钢筋重量消失的信号时，判定环向钢筋拉持到位，控制铺设小车暂停于终点；

42、s4：钢筋定位控制，在铺设小车返回行程中，控制模块根据铺设小车的实时位置坐标进入预设的定位触发区段，且当重量传感器检测到纵向钢筋夹持件上的重量减少对应单根纵向钢筋重量时，触发对应位置的定位油缸伸出推杆，将铺设到位的钢筋网片顶紧；

43、s5：间距预警，控制模块的间距预警单元实时接收激光传感器检测的钢筋间距数据，当任一间距超出设定阈值时，发出声光报警信号，并暂停铺设小车运动直至调整合格。

44、本申请的有益之处在于：

45、（1）高精度双层钢筋导向：通过在钢筋夹持系统中设置位于同一平面的导向件和可伸缩的梳分件，实现了对第一层和第二层环向钢筋的精确物理分离与导向，有效避免了双层钢筋在铺设过程中的相互干扰与混乱，保证了层间距的均匀性；

46、（2）智能化的协同控制：控制系统将铺设小车的位置、钢筋消耗重量、实时铺设间距和视觉图像等多源数据进行融合决策，协同控制行走系统、铺设系统和定位系统，实现了从台车对中、钢筋仿形铺设到钢筋定位的全流程自动化闭环控制。

1.一种隧道智能钢筋铺设台车，包括：

2.根据权利要求1所述的隧道智能钢筋铺设台车，其特征在于，所述钢筋夹持系统还包括：

3.根据权利要求2所述的隧道智能钢筋铺设台车，其特征在于，所述钢筋夹持系统还包括：

4.根据权利要求3所述的隧道智能钢筋铺设台车，其特征在于，所述钢筋夹持系统还包括：

5.根据权利要求4所述的隧道智能钢筋铺设台车，其特征在于，所述钢筋夹持系统还包括：

6.根据权利要求5所述的隧道智能钢筋铺设台车，其特征在于：所述避让槽两侧的安装板上沿避让槽长度方向布设多个安装孔，所述导向件通过螺栓连接至所述安装孔，以调节第一层环向钢筋和第二层环向钢筋的间距。

7.一种根据权利要求1-6任意一项所述隧道智能钢筋铺设台车的控制系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的隧道智能钢筋铺设台车控制系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：

9.根据权利要求8所述的隧道智能钢筋铺设台车控制系统，其特征在于，所述控制模块包括：

10.一种根据权利要求7-9任意一项所述隧道智能钢筋铺设台车控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：