一种盾构管片拼装机六自由度全自动控制系统的制作方法
【专利说明】一种盾构管片拼装机六自由度全自动控制系统
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技术领域
[0002]本发明涉及管片拼装机技术领域，尤其涉及一种盾构管片拼装机六自由度全自动控制系统。
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【背景技术】
[0004]目前国产盾构机管片拼装系统是根据人眼的观察采用遥控的方式对执行系统进行控制，采用这种管片拼装方式进行拼装的过程中定位精度差、施工速度较慢，造成施工总成本比较高。另外，国外已经采用光截法计算进行自动管片拼装的盾构机，该盾构机的管片自动组装装置利用光截法结构主动视觉技术探测组装管片的位置和形态，可在光截画面上显示已设管片的定位情况，其组装升降机的夹持/回转及组装定位，可决定粗略定位和细微定位，这种系统采用结构光主动视觉技术，因此需要有特定的激光源，需要安装三组激光器和一组摄像机组，给安装造成了不便，且所需空间较大。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中管片拼装定位精度差、需要有特定的激光源、安装不便且所需安装空间大、施工速度慢且施工总成本高的上述缺陷，提供一种定位精度高、对光源要求低甚至不需要额外设置光源、成像设备安装方便且所需安装空间小、有益于提高施工速度和降低施工总成本的盾构管片拼装机六自由度全自动控制系统。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种盾构管片拼装机六自由度全自动控制系统，包括成像设备、图像处理设备、计算机、PLC、控制芯片、电磁阀、液压执行元件和传感器；
成像设备，用于对待拼装管片的内表面区域和待拼装管片与已拼装管片相接触区域进行摄像，在待拼装管片内表面区域至少获取一个点P3的位置信息、在待拼装管片与已拼装管片相接触区域至少获取两个点P1和P2的位置信息，并将PpP2和P3的位置信息发送给图像处理设备；
图像处理设备，在接收到P1、P2和P3的位置信息后，分析Pp P2和P3和已拼装管片棱边的间隙(Ala、Alb、Λ I。)和高差(Λ ha、Ahb,八匕)，并将间隙(八込、Alb、Λ I。)和高差(Aha、Ahb、Ahc)发送给计算机；
传感器，用于对液压执行元件的运动量和液压执行元件在盾构机中的位置信息进行检测，并将液压执行元件在盾构机中的位置信息反馈给控制芯片；
计算机，用于预先存储管片拼装机所处位置的盾构机三维结构图、传感器依次通过控制芯片和PLC反馈的液压执行元件在盾构机中的位置信息、图像处理设备发送的间隙(Λ la、Λ lb、Δ I。)和高差(Aha、Ahb、Ahc)与传感器再次通过控制芯片和PLC反馈的液压执行元件粗调后在盾构机中的位置信息；根据管片拼装机所处位置的盾构机三维结构图和传感器依次通过控制芯片和PLC反馈的液压执行元件在盾构机中的位置信息分析获得粗调运动的轨迹规划信息并发送给PLC，根据间隙(Ala、Alb、Al。)和高差(Aha、Ahb、Ahc)与传感器再次通过控制芯片和PLC反馈的液压执行元件粗调后在盾构机中的位置信息预估出液压执行元件的运动量并输出给PLC ；
PLC，接受传感器反馈的液压执行元件在盾构机中的位置信息、粗调运动的轨迹规划信息、传感器反馈的液压执行元件粗调后在盾构机在的位置信息和液压执行元件的运动量并发送出；
电磁阀，用于驱动液压执行元件；
控制芯片与传感器和PLC通讯连接。
[0008]作为对本发明所述技术方案的一种改进，液压执行元件包括第一轴向运动液压缸、第二轴向运动液压缸、第一周向运动液压马达、第二周向运动液压马达、第一径向运动液压油缸、第二径向运动液压液压油缸、侧倾液压油缸和摆动液压油缸。
[0009]作为对本发明所述技术方案的一种改进，电磁阀包括用于驱动第一轴向运动液压缸的第一电磁阀和第二电磁阀、用于驱动第二轴向运动液压缸的第三电磁阀和第四电磁阀、用于驱动第一轴向运动液压马达的第五电磁阀和第六电磁阀、用于驱动第二周向运动液压马达的第七电磁阀和第八电磁阀、用于驱动第一径向运动液压油缸的第九电磁阀和第十电磁阀、用于驱动第二径向运动液压油缸的第十一电磁阀和第十二电磁阀、用于驱动侧倾液压油缸的第十三电磁阀和第十四电磁阀以及用于驱动摆动液压油缸的第十五电磁阀和第十六电磁阀。
[0010]作为对本发明所述技术方案的一种改进，传感器包括第一位移传感器、第二位移传感器、角度传感器、第三位移传感器、第四位移传感器、第五位移传感器和第六位移传感器；第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器、第五位移传感器和第六位移传感器分别用于检测第一轴向运动液压缸、第二轴向运动液压缸、第一径向运动液压油缸、第二径向运动液压油缸、侧倾液压油缸和摆动液压油缸的伸缩量，角度传感器用于检测第一轴向运动液压马达和第二轴向运动液压马达的旋转角度。
[0011]作为对本发明所述技术方案的一种改进，成像设备包括2台摄像机。
[0012]作为对本发明所述技术方案的一种改进，图像处理设备和PLC中均设置有时钟电路模块。
[0013]在本发明所述盾构管片拼装机六自由度全自动控制系统中，成像设备，即2台摄像机安装在管片拼装机的旋转盘体上，在选取摄像机镜头时，需要注意管片拼装机的径向伸出行程范围、管片规格、视觉检测系统对管片位置进行检测的精度和对管片拼装的间隙的要求等几方面。
[0014]在本发明所述盾构管片拼装机六自由度全自动控制系统中，管片拼装机的运动包括粗调运动和微调运动，粗调运动即以盾构机的三维结构图为基础，得到管片拼装机的可运动空间，计算机根据传感器的反馈信号确定其在盾构机内的位置，根据管片排版系统计算的拼装点位可得到管片拼装机轴向运动、径向运动和周向运动的大概行程并作出运动轨迹的规划，保证在粗调运动过程中不会与盾构机发生干涉，具体如下:
步骤1、计算机内预先存储有管片拼装机所处位置的盾构机三维结构图；
步骤2、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器和第四位移传感器分别检测第一轴向运动液压缸、第二轴向运动液压缸、第一径向运动液压油缸和第二径向运动液压油缸的位置信号，与此同时，角度传感器检测第一周向运动液压马达和第二周向运动液压马达的角度信号，并将检测到的位置信号和角度信号通过PLC传输给计算机；
步骤3、计算机根据接收到的第一轴向运动液压缸、第二轴向运动液压缸、第一径向运动液压油缸和第二径向运动液压油缸的位置信号、第一周向运动液压马达和第二周向运动液压马达的角度信号可分析得到当前管片拼装机在盾构机中的位置，计算机根据盾构机三维结构图及管片拼装机在盾构机中的位置信息，分析获得粗调运动的轨迹规划信息，并将该轨迹规划信息发送给PLC ；
步骤4、PLC根据计算机发送的轨迹规划信息，并通过控制芯片将轨迹规划指令输出给第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁