專利名稱：盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的管片智能拼裝系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種盾構(gòu)隧道施工機(jī)械。
背景技術(shù)：
目前，在盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的工作體系中最依賴人工的部分就是管片拼裝。若不解決管 片拼裝自動(dòng)化的問題，就無法實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的全自動(dòng)化，特別是在盾構(gòu)機(jī)呈大口徑趨勢(shì)的今 天，研制管片拼裝自動(dòng)裝置顯得尤為重要。申請(qǐng)?zhí)枮椤?00610025189. 5”的發(fā)明專利公開了一種具有六個(gè)自由度的盾構(gòu)管片 拼裝機(jī)，包括有旋轉(zhuǎn)盤體、驅(qū)動(dòng)裝置、二懸臂梁、二平移油缸、二提升油缸、提升橫梁、轉(zhuǎn)動(dòng)平 臺(tái)、中心球關(guān)節(jié)軸承、管片傾斜油缸、管片轉(zhuǎn)動(dòng)油缸等裝置，其機(jī)構(gòu)具有六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，從 而使管片鉗頭裝置的移動(dòng)、位置和姿態(tài)能充分地滿足拼裝各種空間位置管片的需要，該發(fā) 明能用于盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)載的管片拼裝作業(yè)。但是，此專利沒有涉及管片的 自動(dòng)安裝，管片拼裝仍然依賴人工操作，不能實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的全自動(dòng)化，因此，拼裝效率和質(zhì) 量不高，施工操作危險(xiǎn)系數(shù)大。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的管片智能拼 裝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)管片的自動(dòng)輸送、管片位置智能識(shí)別和管片自動(dòng)拼裝的功能，由于該系統(tǒng) 具備的這些獨(dú)特功能代替了人工操作，使得管片拼裝過程安全可靠，準(zhǔn)確無誤，能夠提高管 片拼裝的效率和質(zhì)量。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型通過如下技術(shù)方案(參照?qǐng)D1至圖3)來解決其技 術(shù)問題本實(shí)用新型由管片輸送供給模塊A、管片位置識(shí)別與分析模塊B和管片定位安裝 模塊C組成，其中管片輸送供給模塊A置于管片定位安裝模塊C后端，管片輸送供給模塊A 中的管片運(yùn)送小車5載有管片14，并以運(yùn)動(dòng)方式置于管片定位安裝模塊C的拼裝抓舉范圍 內(nèi)，管片位置識(shí)別與分析模塊B固接于管片定位安裝模塊C中的舉升油缸8上，管片位置識(shí) 別與分析模塊B中的立體視覺系統(tǒng)6以對(duì)準(zhǔn)待裝管片15和已裝管片16的方式固定；管片 位置識(shí)別與分析模塊B中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)7與管片定位安裝模塊C中的舉升油缸8、平 移油缸9、回轉(zhuǎn)馬達(dá)10、偏轉(zhuǎn)油缸11、俯仰油缸12和橫搖油缸13連接。管片輸送供給模塊A由龍門吊1、電瓶管片車2、電動(dòng)葫蘆3、連接橋軌道4和管片 運(yùn)送小車5組成，且串聯(lián)連接；管片運(yùn)送小車5載有管片14，并以運(yùn)動(dòng)方式置于管片定位安 裝模塊C的拼裝抓舉范圍內(nèi)。管片位置識(shí)別與分析模塊B由立體視覺系統(tǒng)6和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)7組成，且串 聯(lián)連接；其中立體視覺系統(tǒng)6以對(duì)準(zhǔn)待裝管片15和已裝管片16的方式固定，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 系統(tǒng)7與管片定位安裝模塊C中的舉升油缸8、平移油缸9、回轉(zhuǎn)馬達(dá)10、偏轉(zhuǎn)油缸11、俯仰 油缸12和橫搖油缸13連接。[0009]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)7由多路模擬輸入通道D、神經(jīng)控制器和多路模擬輸出通道E組 成，其中多路模擬輸入通道D由多路開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器組成，且串聯(lián)連接；多路模擬輸出通 道E由D/A轉(zhuǎn)換器、反多路開關(guān)組成，且串聯(lián)連接；神經(jīng)控制器的輸入端與多路模擬輸入通 道D的A/D轉(zhuǎn)換器連接，神經(jīng)控制器的輸出端與多路模擬輸出通道E的D/A轉(zhuǎn)換器連接。管片定位安裝模塊C由舉升油缸8、平移油缸9、回轉(zhuǎn)馬達(dá)10、偏轉(zhuǎn)油缸11、俯仰油 缸12、橫搖油缸13組成，其中舉升油缸8與隧道徑向平行安裝；平移油缸9與隧道軸向平 行安裝；偏轉(zhuǎn)油缸11、俯仰油缸12和橫搖油缸13并聯(lián)連接，回轉(zhuǎn)馬達(dá)(10)的軸線與隧道 軸向平行安裝。 管片輸送供給模塊A為整個(gè)系統(tǒng)提供管片14，管片位置識(shí)別與分析模塊B對(duì)待裝 管片15的姿態(tài)和已裝管片16的位置進(jìn)行識(shí)別，并向管片定位安裝模塊C輸出控制信號(hào)，管 片定位安裝模塊C根據(jù)管片位置識(shí)別與分析模塊B所輸出的控制信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，最終將待 裝管片15安裝至準(zhǔn)確位置。管片14由龍門吊1從地面吊至豎井的電瓶管片車2上，然后運(yùn)送至電動(dòng)葫蘆3，并 由電動(dòng)葫蘆3吊起，沿連接橋軌道4運(yùn)送到管片運(yùn)送小車5上，由管片運(yùn)送小車5再向前運(yùn) 送，供管片定位安裝模塊C使用。管片位置識(shí)別與分析模塊B中的立體視覺系統(tǒng)6實(shí)時(shí)檢測(cè)已裝管片16的位置，以 及待裝管片15的姿態(tài)，并將信息以模擬量信號(hào)的形式傳輸給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)7，神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)控制系統(tǒng)7的硬件包括1.神經(jīng)控制器工作于離散狀態(tài)，輸入/輸出是數(shù)字量，由其內(nèi)部的數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí) 現(xiàn)神經(jīng)控制和系統(tǒng)功能。2.多路模擬輸入通道D，由多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器兩個(gè)環(huán)節(jié)組成，將立體視覺系統(tǒng)6 輸入的模擬量信號(hào)向神經(jīng)控制器可以識(shí)別的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換。3.多路模擬輸出通道E，由D/A轉(zhuǎn)換器、反多路開關(guān)兩個(gè)環(huán)節(jié)組成，完成由神經(jīng)控 制器輸出的數(shù)字量向控制管片定位安裝模塊C中各油缸的模擬量信號(hào)的轉(zhuǎn)換。管片定位安裝模塊C中的舉升油缸8、平移油缸9、偏轉(zhuǎn)油缸11、俯仰油缸12、橫搖 油缸13均為比例伺服油缸，回轉(zhuǎn)馬達(dá)10為步進(jìn)電機(jī)，管片定位安裝模塊C接收來自管片位 置識(shí)別與分析模塊B的模擬量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)待裝管片15的舉升、回轉(zhuǎn)、平移、偏轉(zhuǎn)、俯仰和橫搖 六個(gè)動(dòng)作。其中，舉升油缸8、平移油缸9、回轉(zhuǎn)馬達(dá)10對(duì)待裝管片15進(jìn)行粗定位，偏轉(zhuǎn)油 缸11、俯仰油缸12、橫搖油缸13對(duì)待裝管片15進(jìn)行微調(diào)，實(shí)現(xiàn)最終定位。本實(shí)用新型的積極效果在于可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)管片的自動(dòng)輸送、管片位置智能 識(shí)別和管片自動(dòng)拼裝，由于此系統(tǒng)具備的這些獨(dú)特功能代替了人工操作，使管片拼裝過程 安全可靠，準(zhǔn)確無誤。通過此系統(tǒng)的應(yīng)用，將很大程度地提高管片拼裝效率和質(zhì)量，并有效 地減少管片拼裝過程中發(fā)生的事故，保證操作人員的生命安全。

圖1為盾構(gòu)管片智能拼裝系統(tǒng)示意圖圖2為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)硬件示意圖圖3為對(duì)待裝管片進(jìn)行拼裝的示例簡(jiǎn)圖其中A.管片輸送供給模塊B.管片位置識(shí)別與分析模塊C.管片定位安裝模塊
4D.多路模擬輸入通道E.多路模擬輸出通道1.龍門吊2.電瓶管片車3.電動(dòng)葫蘆4.連 接橋軌道5.管片運(yùn)送小車6.立體視覺系統(tǒng)7.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)8.舉升油缸9.平移 油缸10.回轉(zhuǎn)馬達(dá)11.偏轉(zhuǎn)油缸12.俯仰油缸13.橫搖油缸14.管片15.待裝管片 16.已裝管片
具體實(shí)施方式
由管片輸送供給模塊A、管片位置識(shí)別與分析模塊B和管片定位安裝模塊C組成， 其中管片輸送供給模塊A置于管片定位安裝模塊C后端，管片輸送供給模塊A中的管片運(yùn) 送小車5載有管片14，并以運(yùn)動(dòng)方式置于管片定位安裝模塊C的拼裝抓舉范圍內(nèi)，管片位置 識(shí)別與分析模塊B固接于管片定位安裝模塊C中的舉升油缸8上，管片位置識(shí)別與分析模 塊B中的立體視覺系統(tǒng)6以對(duì)準(zhǔn)待裝管片15和已裝管片16的方式固定；管片位置識(shí)別與 分析模塊B中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)7與管片定位安裝模塊C中的舉升油缸8、平移油缸9、 回轉(zhuǎn)馬達(dá)10、偏轉(zhuǎn)油缸11、俯仰油缸12和橫搖油缸13連接。管片輸送供給模塊A由龍門吊1、電瓶管片車2、電動(dòng)葫蘆3、連接橋軌道4和管片 運(yùn)送小車5組成，且串聯(lián)連接；管片運(yùn)送小車5載有管片14，并以運(yùn)動(dòng)方式置于管片定位安 裝模塊C的拼裝抓舉范圍內(nèi)。管片位置識(shí)別與分析模塊B由立體視覺系統(tǒng)6和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)7組成，且串 聯(lián)連接；其中立體視覺系統(tǒng)6以對(duì)準(zhǔn)待裝管片15和已裝管片16的方式固定，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 系統(tǒng)7與管片定位安裝模塊C中的舉升油缸8、平移油缸9、回轉(zhuǎn)馬達(dá)10、偏轉(zhuǎn)油缸11、俯仰 油缸12和橫搖油缸13連接。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)7由多路模擬輸入通道D、神經(jīng)控制器和多路模擬輸出通道E組 成，其中多路模擬輸入通道D由多路開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器組成，且串聯(lián)連接；多路模擬輸出通 道E由D/A轉(zhuǎn)換器、反多路開關(guān)組成，且串聯(lián)連接；神經(jīng)控制器的輸入端與多路模擬輸入通 道D的A/D轉(zhuǎn)換器連接，神經(jīng)控制器的輸出端與多路模擬輸出通道E的D/A轉(zhuǎn)換器連接。管片定位安裝模塊C由舉升油缸8、平移油缸9、回轉(zhuǎn)馬達(dá)10、偏轉(zhuǎn)油缸11、俯仰油 缸12、橫搖油缸13組成，其中舉升油缸8與隧道徑向平行安裝；平移油缸9與隧道軸向平 行安裝；偏轉(zhuǎn)油缸11、俯仰油缸12和橫搖油缸13并聯(lián)連接，回轉(zhuǎn)馬達(dá)(10)的軸線與隧道 軸向平行安裝。本實(shí)用新型具體操作時(shí)，如圖1和圖3所示，以定位待裝管片15為例，按下列步驟 進(jìn)行1.使待裝管片15按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行粗定位；2.由管片位置識(shí)別與分析模塊B中的立體視覺系統(tǒng)6測(cè)量已裝管片16上的M、N 兩點(diǎn)和待裝管片15上的M’、N’兩點(diǎn)的坐標(biāo)，以及待裝管片15的幾何中心點(diǎn)0’與隧道原點(diǎn) 0之間的距離r’ ；3.立體視覺系統(tǒng)6將上述各點(diǎn)的坐標(biāo)信息和距離r’等信號(hào)輸入至管片位置識(shí)別 與分析模塊B中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)7，進(jìn)行分析；4.管片位置識(shí)別與分析模塊B中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)7輸出模擬量信號(hào)，控制管 片定位安裝模塊C中的舉升油缸8、平移油缸9、回轉(zhuǎn)馬達(dá)10、偏轉(zhuǎn)油缸11、俯仰油缸12、橫 搖油缸13進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，使待裝管片15的姿態(tài)發(fā)生變化，最終使待裝管片15上的M’點(diǎn)的坐標(biāo)與已裝管片16上M點(diǎn)的坐標(biāo)重合，待裝管片15上N，點(diǎn)的坐標(biāo)與已裝管片16上N點(diǎn)
的坐標(biāo)重合，距離r’趨于隧道半徑r。 至此，待裝管片15的拼裝定位工作完成。
權(quán)利要求1.一種盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的管片智能拼裝系統(tǒng)，其特征在于由管片輸送供給模塊(A)、管片 位置識(shí)別與分析模塊(B)和管片定位安裝模塊(C)組成，其中管片輸送供給模塊(A)置于 管片定位安裝模塊(C)后端，管片輸送供給模塊(A)中的管片運(yùn)送小車(5)載有管片(14)， 并以運(yùn)動(dòng)方式置于管片定位安裝模塊(C)的拼裝抓舉范圍內(nèi)，管片位置識(shí)別與分析模塊 (B)固接于管片定位安裝模塊(C)中的舉升油缸(8)上，管片位置識(shí)別與分析模塊(B)中的 立體視覺系統(tǒng)(6)以對(duì)準(zhǔn)待裝管片(15)和已裝管片(16)的方式固定，管片位置識(shí)別與分 析模塊(B)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(7)與管片定位安裝模塊(C)中的舉升油缸(8)、平移油 缸(9)、回轉(zhuǎn)馬達(dá)(10)、偏轉(zhuǎn)油缸(11)、俯仰油缸(12)和橫搖油缸(13)連接。
2.按權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的管片智能拼裝系統(tǒng)，其特征在于所述的管片輸送 供給模塊㈧由龍門吊(1)、電瓶管片車O)、電動(dòng)葫蘆(3)、連接橋軌道⑷和管片運(yùn)送小 車(5)組成，且串聯(lián)連接，管片運(yùn)送小車(5)載有管片(14)，并以運(yùn)動(dòng)方式置于管片定位安 裝模塊(C)的拼裝抓舉范圍內(nèi)。
3.按權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的管片智能拼裝系統(tǒng)，其特征在于所述的管片位置 識(shí)別與分析模塊(B)由立體視覺系統(tǒng)(6)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(7)組成，且串聯(lián)連接；其 中立體視覺系統(tǒng)(6)以對(duì)準(zhǔn)待裝管片(15)和已裝管片(16)的方式固定，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系 統(tǒng)(7)與管片定位安裝模塊(C)中的舉升油缸(8)、平移油缸(9)、回轉(zhuǎn)馬達(dá)(10)、偏轉(zhuǎn)油缸(11)、俯仰油缸(12)和橫搖油缸(13)連接。
4.按權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的管片智能拼裝系統(tǒng)，其特征在于所述的管片定 位安裝模塊(C)由舉升油缸(8)、平移油缸(9)、回轉(zhuǎn)馬達(dá)(10)、偏轉(zhuǎn)油缸(11)、俯仰油缸(12)、橫搖油缸(13)組成，其中舉升油缸⑶與隧道徑向平行安裝，平移油缸(9)與隧道軸 向平行安裝，偏轉(zhuǎn)油缸(11)、俯仰油缸(12)和橫搖油缸(13)并聯(lián)連接，回轉(zhuǎn)馬達(dá)(10)的軸 線與隧道軸向平行安裝。
5.按權(quán)利要求3所述的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的管片智能拼裝系統(tǒng)，其特征在于所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 控制系統(tǒng)(7)由多路模擬輸入通道(D)、神經(jīng)控制器和多路模擬輸出通道(E)組成，其中多 路模擬輸入通道(D)由多路開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器組成，且串聯(lián)連接；多路模擬輸出通道(E)由 D/A轉(zhuǎn)換器、反多路開關(guān)組成，且串聯(lián)連接；神經(jīng)控制器的輸入端與多路模擬輸入通道(D) 的A/D轉(zhuǎn)換器連接，神經(jīng)控制器的輸出端與多路模擬輸出通道(E)的D/A轉(zhuǎn)換器連接。
專利摘要盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的管片智能拼裝系統(tǒng)屬機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，本實(shí)用新型中管片輸送供給模塊置于管片定位安裝模塊后端，管片輸送供給模塊中的管片運(yùn)送小車載有管片，并以運(yùn)動(dòng)方式置于管片定位安裝模塊的拼裝抓舉范圍內(nèi)，管片位置識(shí)別與分析模塊固接于管片定位安裝模塊中的舉升油缸上，管片位置識(shí)別與分析模塊中的立體視覺系統(tǒng)以對(duì)準(zhǔn)待裝管片和已裝管片的方式固定；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)與管片定位安裝模塊中的舉升油缸、平移油缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、偏轉(zhuǎn)油缸、俯仰油缸和橫搖油缸連接。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)管片自動(dòng)輸送、管片位置智能識(shí)別和管片自動(dòng)拼裝，且管片拼裝安全準(zhǔn)確可靠，管片拼裝效率和質(zhì)量高，有效減少事故，保證操作人員的生命安全。
文檔編號(hào)E21D11/40GK201818317SQ20102054075
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者姚宗偉, 張冠宇, 張玉新, 李學(xué)飛, 王國(guó)強(qiáng), 蘇鵬程, 趙凱軍, 陳超, 高偉賢 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)