一種盾構管片拼裝機六自由度全自動控制系統的制作方法
【專利說明】一種盾構管片拼裝機六自由度全自動控制系統
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技術領域
[0002]本發明涉及管片拼裝機技術領域，尤其涉及一種盾構管片拼裝機六自由度全自動控制系統。
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【背景技術】
[0004]目前國產盾構機管片拼裝系統是根據人眼的觀察采用遙控的方式對執行系統進行控制，采用這種管片拼裝方式進行拼裝的過程中定位精度差、施工速度較慢，造成施工總成本比較高。另外，國外已經采用光截法計算進行自動管片拼裝的盾構機，該盾構機的管片自動組裝裝置利用光截法結構主動視覺技術探測組裝管片的位置和形態，可在光截畫面上顯示已設管片的定位情況，其組裝升降機的夾持/回轉及組裝定位，可決定粗略定位和細微定位，這種系統采用結構光主動視覺技術，因此需要有特定的激光源，需要安裝三組激光器和一組攝像機組，給安裝造成了不便，且所需空間較大。
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【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中管片拼裝定位精度差、需要有特定的激光源、安裝不便且所需安裝空間大、施工速度慢且施工總成本高的上述缺陷，提供一種定位精度高、對光源要求低甚至不需要額外設置光源、成像設備安裝方便且所需安裝空間小、有益于提高施工速度和降低施工總成本的盾構管片拼裝機六自由度全自動控制系統。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種盾構管片拼裝機六自由度全自動控制系統，包括成像設備、圖像處理設備、計算機、PLC、控制芯片、電磁閥、液壓執行元件和傳感器；
成像設備，用于對待拼裝管片的內表面區域和待拼裝管片與已拼裝管片相接觸區域進行攝像，在待拼裝管片內表面區域至少獲取一個點P3的位置信息、在待拼裝管片與已拼裝管片相接觸區域至少獲取兩個點P1和P2的位置信息，并將PpP2和P3的位置信息發送給圖像處理設備；
圖像處理設備，在接收到P1、P2和P3的位置信息后，分析Pp P2和P3和已拼裝管片棱邊的間隙(Ala、Alb、Λ I。)和高差(Λ ha、Ahb,八匕)，并將間隙(八込、Alb、Λ I。)和高差(Aha、Ahb、Ahc)發送給計算機；
傳感器，用于對液壓執行元件的運動量和液壓執行元件在盾構機中的位置信息進行檢測，并將液壓執行元件在盾構機中的位置信息反饋給控制芯片；
計算機，用于預先存儲管片拼裝機所處位置的盾構機三維結構圖、傳感器依次通過控制芯片和PLC反饋的液壓執行元件在盾構機中的位置信息、圖像處理設備發送的間隙(Λ la、Λ lb、Δ I。)和高差(Aha、Ahb、Ahc)與傳感器再次通過控制芯片和PLC反饋的液壓執行元件粗調后在盾構機中的位置信息；根據管片拼裝機所處位置的盾構機三維結構圖和傳感器依次通過控制芯片和PLC反饋的液壓執行元件在盾構機中的位置信息分析獲得粗調運動的軌跡規劃信息并發送給PLC，根據間隙(Ala、Alb、Al。)和高差(Aha、Ahb、Ahc)與傳感器再次通過控制芯片和PLC反饋的液壓執行元件粗調后在盾構機中的位置信息預估出液壓執行元件的運動量并輸出給PLC ；
PLC，接受傳感器反饋的液壓執行元件在盾構機中的位置信息、粗調運動的軌跡規劃信息、傳感器反饋的液壓執行元件粗調后在盾構機在的位置信息和液壓執行元件的運動量并發送出；
電磁閥，用于驅動液壓執行元件；
控制芯片與傳感器和PLC通訊連接。
[0008]作為對本發明所述技術方案的一種改進，液壓執行元件包括第一軸向運動液壓缸、第二軸向運動液壓缸、第一周向運動液壓馬達、第二周向運動液壓馬達、第一徑向運動液壓油缸、第二徑向運動液壓液壓油缸、側傾液壓油缸和擺動液壓油缸。
[0009]作為對本發明所述技術方案的一種改進，電磁閥包括用于驅動第一軸向運動液壓缸的第一電磁閥和第二電磁閥、用于驅動第二軸向運動液壓缸的第三電磁閥和第四電磁閥、用于驅動第一軸向運動液壓馬達的第五電磁閥和第六電磁閥、用于驅動第二周向運動液壓馬達的第七電磁閥和第八電磁閥、用于驅動第一徑向運動液壓油缸的第九電磁閥和第十電磁閥、用于驅動第二徑向運動液壓油缸的第十一電磁閥和第十二電磁閥、用于驅動側傾液壓油缸的第十三電磁閥和第十四電磁閥以及用于驅動擺動液壓油缸的第十五電磁閥和第十六電磁閥。
[0010]作為對本發明所述技術方案的一種改進，傳感器包括第一位移傳感器、第二位移傳感器、角度傳感器、第三位移傳感器、第四位移傳感器、第五位移傳感器和第六位移傳感器；第一位移傳感器、第二位移傳感器、第三位移傳感器、第四位移傳感器、第五位移傳感器和第六位移傳感器分別用于檢測第一軸向運動液壓缸、第二軸向運動液壓缸、第一徑向運動液壓油缸、第二徑向運動液壓油缸、側傾液壓油缸和擺動液壓油缸的伸縮量，角度傳感器用于檢測第一軸向運動液壓馬達和第二軸向運動液壓馬達的旋轉角度。
[0011]作為對本發明所述技術方案的一種改進，成像設備包括2臺攝像機。
[0012]作為對本發明所述技術方案的一種改進，圖像處理設備和PLC中均設置有時鐘電路模塊。
[0013]在本發明所述盾構管片拼裝機六自由度全自動控制系統中，成像設備，即2臺攝像機安裝在管片拼裝機的旋轉盤體上，在選取攝像機鏡頭時，需要注意管片拼裝機的徑向伸出行程范圍、管片規格、視覺檢測系統對管片位置進行檢測的精度和對管片拼裝的間隙的要求等幾方面。
[0014]在本發明所述盾構管片拼裝機六自由度全自動控制系統中，管片拼裝機的運動包括粗調運動和微調運動，粗調運動即以盾構機的三維結構圖為基礎，得到管片拼裝機的可運動空間，計算機根據傳感器的反饋信號確定其在盾構機內的位置，根據管片排版系統計算的拼裝點位可得到管片拼裝機軸向運動、徑向運動和周向運動的大概行程并作出運動軌跡的規劃，保證在粗調運動過程中不會與盾構機發生干涉，具體如下:
步驟1、計算機內預先存儲有管片拼裝機所處位置的盾構機三維結構圖；
步驟2、第一位移傳感器、第二位移傳感器、第三位移傳感器和第四位移傳感器分別檢測第一軸向運動液壓缸、第二軸向運動液壓缸、第一徑向運動液壓油缸和第二徑向運動液壓油缸的位置信號，與此同時，角度傳感器檢測第一周向運動液壓馬達和第二周向運動液壓馬達的角度信號，并將檢測到的位置信號和角度信號通過PLC傳輸給計算機；
步驟3、計算機根據接收到的第一軸向運動液壓缸、第二軸向運動液壓缸、第一徑向運動液壓油缸和第二徑向運動液壓油缸的位置信號、第一周向運動液壓馬達和第二周向運動液壓馬達的角度信號可分析得到當前管片拼裝機在盾構機中的位置，計算機根據盾構機三維結構圖及管片拼裝機在盾構機中的位置信息，分析獲得粗調運動的軌跡規劃信息，并將該軌跡規劃信息發送給PLC ；
步驟4、PLC根據計算機發送的軌跡規劃信息，并通過控制芯片將軌跡規劃指令輸出給第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、第五電磁