一种基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法与流程

1.本发明涉及隧道铺设技术领域，具体为一种基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法。


背景技术：

2.随着我国地铁隧道交通建设的快速发展，隧道内的牵引供电接触网、侧壁电缆、管道以及紧急疏散平台等机电安装需要在隧道壁上钻大量的安装孔，目前仍主要采用人工划线、作业平台辅助人工手持钻孔作业模式，其存在以下不足：（1）由于钻孔数量较多，为满足工期要求，不得不雇用大量技工，成本高；（2）人工作业质量，如钻孔的位置、钻孔方向准确性和一致性难以保证；（3）部分安装孔的位置较高，需要搭建临时支架或移动式升降平台，辅助作业时间长，降低了作业效率，且高空作业，存在安全隐患问题；针对上述情况并随着科技发展现一定程度上采用打孔机器人代替人工打孔，从而避免上述缺陷。
3.目前虽然打孔机器人的出现一定程度上改观了人工作业暴露出来的问题，但是机器人操作尚未形成一套全面的科学的施工方法，导致各单位施工时各行其道，施工操作不统一，施工效果不理想。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法，解决了上述背景技术中提出打孔机器人的出现一定程度上改观了人工作业暴露出来的问题，但是机器人操作尚未形成一套全面的科学的施工方法，导致各单位施工时各行其道，施工操作不统一，施工效果不理想的问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法，包括下述操作步骤：s1、设备就位：根据现场工况，考虑车站顶板的允许荷载一般在汽车吊支腿位置垫20mm厚钢板，根据设备重量选择合适吨位汽车吊，在设备离开地面100mm后暂停，检查汽车吊结构强度及制动情况以及打孔设备机械手臂部位的水平情况，无异常后汽车吊将打孔设备吊起至落地点即正线轨道上方，通过起升、回转、变幅等缓慢动作将吊件吊装至指定位置；s2、初始化标定：通过人工打孔在起始点上制作标记，启动设备后通过操作屏将打孔执行装置移动至标记点，完成设备初始化标定；s3、执行打孔操作：抱轨机构抱紧轨道
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液压顶头顶住墙面
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系统液压锁锁死
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钻孔
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执行组件升降油缸运动
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钻孔
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液压锁松开
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液压顶头松开
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抱轨机构松开
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轨道车平台移动
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抱
轨机构抱紧轨道
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激光传感器测量、中控系统计算
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蜗轮丝杆提升机补偿角度偏差
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执行组件升降油缸补偿位置偏差
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液压顶头顶住墙面
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系统液压锁锁死
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第二工位的加工开始并依次循环。
6.可选的，所述s1步骤中，检查汽车吊结构强度及制动情况以及打孔设备机械手臂部位的水平情况时若汽车吊单独作业无法满足落地位置方位要求时，需借助牵引绳，牵引绳应在牵引方向和反方向都有固定。
7.可选的，所述s1步骤中，还需要通过汽车起重机将打孔设备轻慢吊起，沿着井口平行中间方向缓慢下放，在井口上方地面和底部轨行地面设置专人，在轨道车下吊时，由专人通过系在打孔设备前后两个方向的稳定绳对轨道车偏移度进行调整，避免设备与四周墙壁与关键组件发生碰撞，缓慢下放至轨道上，完成整个吊装作业。
8.可选的，所述s3步骤中，抱轨机构抱紧轨道包括液压驱动轨道小车和集成抱轨装置，其中液压驱动轨道小车主要用于承载及驱动整套设备在钢轨方向的移动，此装置为定制的液压马达驱动的轨道平板车，集成抱轨装置，以保证系统在施工过程中的稳定性。
9.可选的，所述s3步骤中，激光传感器测量、中控系统计算的原理如下：先由人工标记初始位置与进给信息，接着检测传感器与视觉跟踪系统初始化，并与上述信息一起反馈至综合信息处理系统，综合信息处理系统将综合目标值反馈至伺服系统，由伺服系统控制机械手进行施工，其中机械手为定制，基于建立bim数据库上采用软件控制机械手，施工结束后，机械手复位，检测传感器、视觉跟踪系统、伺服控制系统更新各自信息并再次集中反馈至综合信息处理系统，然后综合信息处理系统将综合目标值反馈至伺服系统，由伺服系统控制机械手进行施工，并依次循环，最后综合信息处理系统将各孔的加工信息按标记记录至数据库，以备查阅。
10.可选的，所述s3步骤中，钻孔时，整套装置有两个执行打孔的电钻，可同时完成两个孔的钻打；钻头设计过渡夹具，便于各不同规格的钻头实现快速更换，升降油缸既可调节用于调节两个电钻之间的中心距与所需钻孔中心距对应，又可整体移动补偿轨道顶面基准偏差；导杆为升降油缸上下移动提供导向。
11.可选的，所述两个执行打孔的电钻分别通过安装板与液压马达相连，可调节电钻方向，实现所打孔垂直于墙面。
12.可选的，所述s3步骤中，钻孔时通过液压受力监控系统判断钻头是否打到钢筋时，遭遇钢筋时整个设备停机，人工按提示确认开启偏移操作，轨道车小幅偏移后再次开始打孔操作，液压受力监控系统是基于钻头与墙面接触时产生的最大压力值为阈值，基于钢筋硬度大于墙体硬度，当钻头与钢筋接触则压力值会超过阈值则可判断为钻头与钢筋接触。
13.可选的，所述基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法还包括s4、重新标定孔位：当区间内同一垂直高度孔施工完成后，由人工更换钻头，基于s2步骤中的起始点标记重新标定其他位置孔。
14.本发明提供了一种基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法，具备以下有益效果：该基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法，通过测量与钻杆平行的激光束光斑与目标之间的距离及方位，引导伺服控制系统控制末端执行器准确定位，同时定制
机械手，建立bim数据库，采用软件控制，增加液压受力监控系统来判定是否钻到钢筋，设置两组激光测距传感器与拉线传感器来监控钢轨顶面偏差数值，通过折臂组件的蜗杆、打孔执行组件的升降油缸补偿角度和高度，该方法对隧道打孔类机器人的打孔作业进行了系统、科学的总结，有效的解决了上述问题，达到了节约成本、加快施工进度、提高施工质量、保证施工安全的目的。
附图说明
15.图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
16.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法，包括下述操作步骤：s1、设备就位：根据现场工况，考虑车站顶板的允许荷载一般在汽车吊支腿位置垫20mm厚钢板，根据设备重量选择合适吨位汽车吊，在设备离开地面100mm后暂停，检查汽车吊结构强度及制动情况以及打孔设备机械手臂部位的水平情况，无异常后汽车吊将打孔设备吊起至落地点即正线轨道上方，通过起升、回转、变幅等缓慢动作将吊件吊装至指定位置；s2、初始化标定：通过人工打孔在起始点上制作标记，启动设备后通过操作屏将打孔执行装置移动至标记点，完成设备初始化标定；s3、执行打孔操作：抱轨机构抱紧轨道
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液压顶头顶住墙面
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系统液压锁锁死
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钻孔
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执行组件升降油缸运动
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钻孔
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液压锁松开
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液压顶头松开
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抱轨机构松开
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轨道车平台移动
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抱轨机构抱紧轨道
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激光传感器测量、中控系统计算
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蜗轮丝杆提升机补偿角度偏差
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执行组件升降油缸补偿位置偏差
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液压顶头顶住墙面
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系统液压锁锁死
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第二工位的加工开始并依次循环。
17.s1步骤中，检查汽车吊结构强度及制动情况以及打孔设备机械手臂部位的水平情况时若汽车吊单独作业无法满足落地位置方位要求时，需借助牵引绳，牵引绳应在牵引方向和反方向都有固定。
18.s1步骤中，还需要通过汽车起重机将打孔设备轻慢吊起，沿着井口平行中间方向缓慢下放，在井口上方地面和底部轨行地面设置专人，在轨道车下吊时，由专人通过系在打孔设备前后两个方向的稳定绳对轨道车偏移度进行调整，避免设备与四周墙壁与关键组件发生碰撞，缓慢下放至轨道上，完成整个吊装作业。
19.s3步骤中，抱轨机构抱紧轨道包括液压驱动轨道小车和集成抱轨装置，其中液压驱动轨道小车主要用于承载及驱动整套设备在钢轨方向的移动，此装置为定制的液压马达驱动的轨道平板车，集成抱轨装置，以保证系统在施工过程中的稳定性。
20.s3步骤中，激光传感器测量、中控系统计算的原理如下：先由人工标记初始位置与进给信息，接着检测传感器与视觉跟踪系统初始化，并与上述信息一起反馈至综合信息处理系统，综合信息处理系统将综合目标值反馈至伺服系
统，由伺服系统控制机械手进行施工，其中机械手为定制，基于建立bim数据库上采用软件控制机械手，施工结束后，机械手复位，检测传感器、视觉跟踪系统、伺服控制系统更新各自信息并再次集中反馈至综合信息处理系统，然后综合信息处理系统将综合目标值反馈至伺服系统，由伺服系统控制机械手进行施工，并依次循环，最后综合信息处理系统将各孔的加工信息按标记记录至数据库，以备查阅。
21.s3步骤中，钻孔时，整套装置有两个执行打孔的电钻，可同时完成两个孔的钻打；钻头设计过渡夹具，便于各不同规格的钻头实现快速更换，升降油缸既可调节用于调节两个电钻之间的中心距与所需钻孔中心距对应，又可整体移动补偿轨道顶面基准偏差；导杆为升降油缸上下移动提供导向。
22.两个执行打孔的电钻分别通过安装板与液压马达相连，可调节电钻方向，实现所打孔垂直于墙面。
23.s3步骤中，钻孔时通过液压受力监控系统判断钻头是否打到钢筋时，遭遇钢筋时整个设备停机，人工按提示确认开启偏移操作，轨道车小幅偏移后再次开始打孔操作，液压受力监控系统是基于钻头与墙面接触时产生的最大压力值为阈值，基于钢筋硬度大于墙体硬度，当钻头与钢筋接触则压力值会超过阈值则可判断为钻头与钢筋接触。
24.基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法还包括s4、重新标定孔位：当区间内同一垂直高度孔施工完成后，由人工更换钻头，基于s2步骤中的起始点标记重新标定其他位置孔。
25.该基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法，通过测量与钻杆平行的激光束光斑与目标之间的距离及方位，引导伺服控制系统控制末端执行器准确定位，同时定制机械手，建立bim数据库，采用软件控制，增加液压受力监控系统来判定是否钻到钢筋，设置两组激光测距传感器与拉线传感器来监控钢轨顶面偏差数值，通过折臂组件的蜗杆、打孔执行组件的升降油缸补偿角度和高度，该方法对隧道打孔类机器人的打孔作业进行了系统、科学的总结，有效的解决了上述问题，达到了节约成本、加快施工进度、提高施工质量、保证施工安全的目的。
26.综上，该基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法，下述操作步骤：s1、设备就位：根据现场工况，考虑车站顶板的允许荷载一般在汽车吊支腿位置垫20mm厚钢板，根据设备重量选择合适吨位汽车吊，在设备离开地面100mm后暂停，检查汽车吊结构强度及制动情况以及打孔设备机械手臂部位的水平情况，无异常后汽车吊将打孔设备吊起至落地点即正线轨道上方，通过起升、回转、变幅等缓慢动作将吊件吊装至指定位置；s2、初始化标定：通过人工打孔在起始点上制作标记，启动设备后通过操作屏将打孔执行装置移动至标记点，完成设备初始化标定；s3、执行打孔操作：流程依次为抱轨机构抱紧轨道
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液压顶头顶住墙面
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系统液压锁锁死
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钻孔
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执行组件升降油缸运动
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钻孔
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液压锁松开
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液压顶头松开
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抱轨机构松开
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轨道车平台移动
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抱轨机构抱紧轨道
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激光传感器测量、中控系统计算
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蜗轮丝杆提升机补偿角度偏差
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执行组件升降油缸补偿位置偏差
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液压顶头顶住墙面
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系统液压锁锁死
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第二工位的加工开始并依次循环；s4、重新标定孔位：当区间内同一垂直高度孔施工完成后，由人工更换钻头，基于
s2步骤中的起始点标记重新标定其他位置孔；该基于隧道轨行式全向内壁钻孔机器人的施工方法，通过测量与钻杆平行的激光束光斑与目标之间的距离及方位，引导伺服控制系统控制末端执行器准确定位，同时定制机械手，建立bim数据库，采用软件控制，增加液压受力监控系统来判定是否钻到钢筋，设置两组激光测距传感器与拉线传感器来监控钢轨顶面偏差数值，通过折臂组件的蜗杆、打孔执行组件的升降油缸补偿角度和高度，该方法对隧道打孔类机器人的打孔作业进行了系统、科学的总结，有效的解决了上述问题，达到了节约成本、加快施工进度、提高施工质量、保证施工安全的目的。