混凝土喷射机及其控制方法、装置、系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种混凝土喷射机及其控制方法、装置及系统，该控制方法包括获取待进行混凝土喷射的作业对象的场景轮廓；根据场景轮廓以及喷射距离要求拟定场景轮廓对应的喷射路径；控制混凝土喷射机的臂架传动喷射装置沿着喷射路径进行移动；以及在喷射路径移动过程中控制喷射装置进行喷射作业。通过上述方式，本发明能够实现在喷射作业过程中喷射距离的自动控制，保证施工质量。
【专利说明】混凝土喷射机及其控制方法、装置、系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及重型机械领域，特别是涉及一种混凝土喷射机及其控制方法、装置及系统。
【背景技术】
[0002]混凝土喷射机在隧道等场景内进行混凝土喷射衬砌作业时，为保证喷射混凝土的密实度、均匀性和外观光滑、减少回弹料以及保证喷射质量，在喷射混凝土时应控制喷射头与受喷面之间处于合理的喷射距离范围。如果小于喷射距离范围则会导致喷射混凝土一触击到岩面就被后续的强大冲击力所吹走从而无法形成层状；如果大于喷射距离范围，则因冲击力不足而无法满足喷射混凝土的粘结和密实要求。
[0003]现有的混凝土喷射机其多关节臂架大都采用单关节控制方式，在喷射作业过程中操作机手需要对多个关节臂架进行控制，操作难度大；现有技术还通过多关节臂架联动的方式控制喷射头的移动，此方式虽然在一定程度上能降低操作难度，但由于隧道内断面形状为弧形或者其他非规则形状，操作机手仍需同时控制喷射头在至少两个坐标轴方向的移动以使喷射头沿弧线运动，操作难度仍较大；此外上述两种控制方式中操作机手主要通过肉眼观察喷射头与受喷面的距离，随着喷射头的移动还需要根据受喷面的形状对喷射距离进行不断的调整，以保证喷射距离在合理的喷射距离范围内，但是隧道内光线不足，依靠肉眼实时观察不能够严格按照施工工法的要求使喷射头保持在合理的喷射距离范围内，难以保证施工质量。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题是提供一种混凝土喷射机及其控制方法、装置及系统，能够实现在喷射作业过程中喷射距离的自动控制，保证施工质量。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的第一方面是:提供一种混凝土喷射机的控制方法，包括:扫描待进行混凝土喷射的作业对象的场景轮廓；根据场景轮廓以及喷射距离要求拟定场景轮廓对应的喷射路径；控制混凝土喷射机的臂架传动喷射装置沿着喷射路径进行移动；以及在喷射路径的移动过程中控制喷射装置进行喷射作业。
[0006]其中，根据场景轮廓以及喷射距离要求拟定场景轮廓对应的喷射路径的步骤具体包括:根据场景轮廓分解成多个轮廓线段；连接每一轮廓线段的起始点和结束点，以形成多个首尾相接的第一直线线段；根据第一直线线段拟定首尾相接的多个第二直线线段，以作为喷射路径，其中，第一直线线段与第二直线线段之间的距离满足喷射距离要求。
[0007]其中，根据第一直线线段拟定首尾相接的多个第二直线线段，以作为喷射路径的步骤包括:将每一第二直线线段设置成与对应的第一直线线段平行。
[0008]其中，混凝土喷射机的臂架沿至少两个方向传动喷射装置，控制混凝土喷射机的臂架传动喷射装置沿着喷射路径进行移动的步骤具体包括:控制臂架将喷射装置传动至喷射路径上；获取沿至少两个方向中的预定方向设定的臂架对喷射装置的传动速度；根据喷射路径和预定方向设定的臂架对喷射装置的传动速度确定臂架在至少两个方向中的其余方向上对喷射装置的传动速度；控制臂架沿至少两个方向以相应的传动速度传动喷射装置，进而使得喷射装置沿喷射路径进行移动。
[0009]其中，至少两个方向之间相互垂直，根据喷射路径确定臂架在至少两个方向中的其余方向上对喷射装置的传动速度的步骤包括:根据以下公式确定臂架在至少两个方向中的其余方向上对喷射装置的传动速度:
[0010]V2=V1X tan Θ
[0011]其中，V1为至少两个方向中的预定方向上的传动速度，V2为至少两个方向中的其余方向上的传动速度，Θ为在喷射装置的当前所处位置点上，预定方向与喷射路径之间的夹角。
[0012]为解决上述技术问题，本发明的第二方面是:提供一种混凝土喷射机的控制装置，包括:获取装置，用于获取待进行混凝土喷射的作业对象的场景轮廓；喷射路径拟定装置，用于根据场景轮廓以及喷射距离要求拟定场景轮廓对应的喷射路径；传动控制装置，用于控制臂架传动喷射装置沿着喷射路径进行移动；喷射控制装置用于在喷射路径的移动过程中控制喷射装置进行喷射作业。
[0013]其中，喷射路径拟定装置具体包括:轮廓分解单元、连接单元以及拟定单元；轮廓分解单元用于根据场景轮廓分解成多个轮廓线段；连接单元用于连接每一轮廓线段的起始点和结束点，以形成多个首尾相接的第一直线线段；拟定单元用于根据第一直线线段拟定首尾相接的多个第二直线线段，以作为喷射路径，其中，第一直线线段与第二直线线段之间的距离满足喷射距离要求。
[0014]其中，拟定单元具体用于将每一第二直线线段设置成与对应的第一直线线段平行。
[0015]其中，传动控制装置具体包括:第一控制单元，用于控制臂架将喷射装置传动至喷射路径上；传动速度获取单元，用于获取沿至少两个方向中的预定方向设定的臂架对喷射装置的传动速度；传动速度计算单元，用于根据喷射路径和预定方向设定的臂架对喷射装置的传动速度确定臂架在至少两个方向中的其余方向上对喷射装置的传动速度；第二控制单元，用于控制臂架沿至少两个方向以相应的传动速度传动喷射装置，进而使得喷射装置沿喷射路径进行移动。
[0016]其中，至少两个方向之间相互垂直，传动速度计算单元具体用于根据以下公式确定臂架在至少两个方向中的其余方向上对喷射装置的传动速度:
[0017]V2=V1 X tan Θ
[0018]其中，V1为至少两个方向中的预定方向上的传动速度，V2为至少两个方向中的其余方向上的传动速度，Θ为在喷射装置的当前所处位置点上，预定方向与喷射路径之间的夹角。
[0019]为解决上述技术问题，本发明的第三方面是:提供一种混凝土喷射机的控制系统，该控制系统包括上述控制装置以及用于扫描场景轮廓的扫描仪。
[0020]为解决上述技术问题，本发明的第四方面是:提供一种混凝土喷射机，该混凝土喷射机包括上述控制系统、臂架和喷射装置。
[0021]本发明的有益效果是:区别于现有技术的情况，本发明通过获取待进行混凝土喷射的作业对象的场景轮廓；根据场景轮廓以及喷射距离要求拟定场景轮廓对应的喷射路径；控制混凝土喷射机的臂架传动喷射装置沿着喷射路径进行移动；在喷射路径的移动过程中控制喷射装置进行喷射作业。由于拟定的喷射路径与场景轮廓之间满足喷射距离范围要求，因此在进行喷射作业的过程中无需通过肉眼观察、手动调整喷射距离，实现在喷射作业过程中喷射距离的自动控制，从而保证施工质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明混凝土喷射机的控制方法一实施方式的流程图；
[0023]图2是本发明混凝土喷射机的控制方法一实施方式中根据场景轮廓以及喷射距离要求拟定场景轮廓对应的喷射路径的步骤的流程图；
[0024]图3是本发明混凝土喷射机的控制方法一实施方式中控制混凝土喷射机的臂架传动喷射装置沿着喷射路径进行移动的步骤的流程图；
[0025]图4是本发明混凝土喷射机的控制方法一实施方式中隧道内壁轮廓曲面的示意图；
[0026]图5是本发明混凝土喷射机的控制方法一实施方式中轮廓线段与喷射路径的示意图；
[0027]图6是本发明混凝土喷射机的控制装置一实施方式的原理框图；
[0028]图7是本发明混凝土喷射机的控制装置一实施方式中喷射路径拟定装置的原理框图；
[0029]图8是本发明混凝土喷射机的控制装置一实施方式中传动控制装置的原理框图；
[0030]图9是本发明混凝土喷射机的控制装置一实施方式中臂架与喷射装置的立体图；
[0031]图10是本发明混凝土喷射机的控制装置一实施方式中无线遥控器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，均属于本发明保护的范围。
[0033]请参阅图1-5，本发明混凝土喷射机的控制方法一实施方式包括:
[0034]步骤Sll:获取待进行混凝土喷射的作业对象的场景轮廓。
[0035]本实施方式中作业对象为隧道，在其他实施方式中，作业对象也可为井巷、地下工程、水电工程、涵洞等。在本步骤中，场景轮廓的获取方式可以是通过扫描仪直接获得，或者是通过各种通讯方式从扫描仪或其他数据源来获取场景轮廓。
[0036]步骤S12:根据场景轮廓以及喷射距离要求拟定场景轮廓对应的喷射路径。
[0037]在此步骤中，喷射距离要求即为场景轮廓与混凝土喷射机的喷射装置之间的距离要求，其由场景轮廓、混凝土材料、喷射装置的喷射动力以及施工要求等多方面因素决定。本实施方式中，喷射距离要求为0.8-1.2米，在其他实施方式中，喷射距离要求也可为其他数值范围，此处不作过多限制。拟定场景轮廓对应的喷射路径的步骤具体包括以下子步骤:
[0038]子步骤S121:根据场景轮廓分解成多个轮廓线段。
[0039]在此步骤中，具体根据作业对象的实际尺寸、受喷面的工况特点以及施工工法的要求设置场景轮廓拟合参数，其中，场景轮廓拟合参数包括场景轮廓之间的间距大小、场景轮廓的数量、长度等数据。
[0040]如图4所示，本实施方式中，首先根据场景轮廓拟合参数以及施工方向在隧道内壁上获取多个等间距的场景轮廓1、2，3等，场景轮廓可为弧形或其他非规则形状。在其他实施方式，各场景轮廓彼此之间的间距也可不为等间距，可根据实际需要设置彼此之间的间距大小。进一步，根据场景轮廓拟合参数将场景轮廓的曲面分解成多个轮廓线段。如图5所示，将相应的场景轮廓进一步分解成多个轮廓线段，即位于点A/至点A9'中的各相邻点之间的曲线线段。
[0041]子步骤S122:连接每一轮廓线段的起始点和结束点，以形成多个首尾相接的第一直线线段。
[0042]以图4、5中的场景轮廓I为例，连接场景轮廓I中各轮廓线段的起始点和结束点(即，依次连接点点A/至点A9'中的各相邻点)以形成多个首尾相接的第一直线线段的过程为:从起始点A1'向场景轮廓I发射一预设角度的射线，以射线与场景轮廓I的交点A2'作为两段第一直线线段之间的分界点而获得一第一直线线段A/ A2'，同理从交点A2'发射射线以获得下一第一直线线段A2' A3'，从而实现将场景轮廓I分解成如图5所示的8个首尾相接的第一直线线段A/ K2'、k2' A3'、A3' A4'等。在其他实施方式中，也可通过如下方式连接场景轮廓I中的各轮廓线段的起始点和结束点:以起始点A/为圆心且半径为r作圆，该圆与场景轮廓I的交点作为两段第一直线线段之间的分界点，连接起始点A/与该交点即获得一第一直线线段，同理以该交点为圆心进行作圆以获得下一第一直线线段。上述预设角度或半径r同样包括在场景轮廓拟合参数中。也可采用其他方式连接每一轮廓线段的起始点和结束点以形成多个首尾相接的第一直线线段，此处不作过多限制。
[0043]子步骤S123:根据第一直线线段拟定首尾相接的多个第二直线线段，以作为喷射路径。
[0044]在此步骤中，具体为将每一第二直线线段设置成与对应的第一直线线段平行。每一第二直线线段与对应的第一直线线段之间的距离满足上述喷射距离要求。
[0045]如图5所示，例如第二直线线段A1A2与对应的第一直线线段A/ A2'平行；第二直线线段A1A2与对应的第一直线线段A/ A2'之间的距离满足喷射距离要求。本实施方式中点A1与点A9之间相连的8个第二直线线段即为喷射路径。
[0046]步骤S13:控制混凝土喷射机的臂架传动喷射装置沿着喷射路径进行移动。
[0047]在本步骤中，混凝土喷射机的喷射装置优选为设置于臂架末端的喷射头。混凝土喷射机的臂架沿至少两个方向传动喷射装置，例如沿图4所示的平面内定义二维坐标系的两个坐标方向传动喷射装置。当然，也可以进一步沿隧道的长度方向喷射装置，即沿三维坐标系的三个坐标方向传动喷射装置。
[0048]此步骤具体包括以下子步骤:
[0049]子步骤S131:控制臂架将喷射装置传动至喷射路径上。
[0050]例如控制臂架将喷射装置传动至如图5所示的喷射路径上的点A3,以作为喷射装置进行喷射作业的初始位置点。在其他实施方式中，也可根据实际作业需要将喷射装置传动至喷射路径上的其他位置点，例如点ApA2等。[0051]子步骤S132:获取沿上述至少两个方向中的预定方向设定的臂架对喷射装置的传动速度。
[0052]该预定方向可为平面二维坐标系或三维坐标系中的任意方向。本实施方式中以水平向右以及水平向左的预定方向进行描述说明，当预定方向为水平向右时，喷射装置沿着点A3与点A9之间的喷射路径进行喷射作业，当预定方向为水平向左时，喷射装置以沿着点A3与点A1之间的喷射路径进行喷射作业。
[0053]子步骤S133:根据喷射路径和预定方向设定的臂架对喷射装置的传动速度确定臂架在至少两个方向中的其余方向上对喷射装置的传动速度。
[0054]至少两个方向彼此之间可为相互垂直或者不垂直。本实施方式以臂架沿两个方向传动喷射装置且两个方向之间相互垂直进行描述说明，当臂架为沿两个方向以上传动喷射装置以及不同方向彼此之间相互不垂直时其与本实施方式所描述的情况同理，此处不再赘述。当预定方向为水平向右时，两个方向中的其余方向对应为垂直向上以使喷射装置沿着点A3与点A9之间的喷射路径进行喷射作业；当预定方向为水平向左时，两个方向中的其余方向对应为垂直向下以使喷射装置沿着点A3与点A1之间的喷射路径进行喷射作业。
[0055]在此步骤中，具体为根据以下公式确定臂架在两个方向中的其余方向上对喷射装置的传动速度:
[0056]V2=V1 X tan Θ
[0057]其中，V1为至少两个方向中的预定方向上的传动速度，V2为至少两个方向中的其余方向上的传动速度，Θ为在喷射装置的当前所处位置点上，预定方向与喷射路径之间的夹角。
[0058]子步骤S134:控制臂架沿至少两个方向以相应的传动速度传动喷射装置，进而使得喷射装置沿喷射路径进行移动。
[0059]在至少两个方向上的相应传动速度的作用下，进而使得喷射装置沿喷射路径进行移动。本实施方式中两个方向之间相互垂直，喷射装置在喷射路径上的移动速度为
【权利要求】
1.一种混凝土喷射机的控制方法，其特征在于，包括: 获取待进行混凝土喷射的作业对象的场景轮廓； 根据所述场景轮廓以及喷射距离要求拟定所述场景轮廓对应的喷射路径； 控制所述混凝土喷射机的臂架传动喷射装置沿着所述喷射路径进行移动；以及 在所述喷射路径的移动过程中控制所述喷射装置进行喷射作业。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述场景轮廓以及喷射距离要求拟定所述场景轮廓对应的喷射路径的步骤具体包括: 根据所述场景轮廓分解成多个轮廓线段； 连接每一所述轮廓线段的起始点和结束点，以形成多个首尾相接的第一直线线段；根据所述第一直线线段拟定首尾相接的多个第二直线线段，以作为所述喷射路径，其中，所述第一直线线段与第二直线线段之间的距离满足所述喷射距离要求。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一直线线段拟定首尾相接的多个第二直线线段，以作为所述喷射路径的步骤包括: 将每一所述第二直线线段设置成与对应的所述第一直线线段平行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混凝土喷射机的臂架沿至少两个方向传动所述喷射装置，所述控制所述混凝土喷射机的臂架传动喷射装置沿着所述喷射路径进行移动的步骤具体包括: 控制所述臂架将所述喷射装置传动至所述喷射路径上； 获取沿所述至少两个方向中的预定方向设定的所述臂架对所述喷射装置的传动速度； 根据所述喷射路径和所述预定方向设定的所述臂架对所述喷射装置的传动速度确定所述臂架在所述至少两个方向中的其余方向上对所述喷射装置的传动速度； 控制所述臂架沿所述至少两个方向以相应的传动速度传动所述喷射装置，进而使得所述喷射装置沿所述喷射路径进行移动。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少两个方向之间相互垂直，所述根据所述喷射路径确定所述臂架在所述至少两个方向中的其余方向上对所述喷射装置的传动速度的步骤包括: 根据以下公式确定所述臂架在所述至少两个方向中的其余方向上对所述喷射装置的传动速度:
V2=V1X tan Θ 其中，V1为所述至少两个方向中的预定方向上的传动速度，V1为所述至少两个方向中的其余方向上的传动速度，Θ为在所述喷射装置的当前所处位置点上，所述预定方向与所述喷射路径之间的夹角。
6.一种混凝土喷射机的控制装置，其特征在于，包括: 获取装置(21 )，用于获取待进行混凝土喷射的作业对象的场景轮廓； 喷射路径拟定装置(22)，用于根据所述场景轮廓以及喷射距离要求拟定所述场景轮廓对应的喷射路径； 传动控制装置(23)，用于控制所述混凝土喷射机的臂架(26)传动喷射装置(25)沿着所述喷射路径进行移动，以及喷射控制装置(24)，用于在所述喷射路径的移动过程中控制所述喷射装置(25)进行喷射作业。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述喷射路径拟定装置(22)具体包括: 轮廓分解单元(221)，用于根据所述场景轮廓分解成多个轮廓线段； 连接单元(222)，用于连接每一所述轮廓线段的起始点和结束点，以形成多个首尾相接的第一直线线段； 拟定单元(223)，用于根据所述第一直线线段拟定首尾相接的多个第二直线线段，以作为所述喷射路径，其中，所述第一直线线段与第二直线线段之间的距离满足所述喷射距离要求。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述拟定单元(223)进一步将每一所述第二直线线段设置成与对应的所述第一直线线段平行。
9.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述混凝土喷射机的臂架(26)沿至少两个方向传动所述喷射装置(25)，所述传动控制装置(23)具体包括: 第一控制单元(231)，用于控制所述臂架(26 )将所述喷射装置(25 )传动至所述喷射路径上; 传动速度获取单元(232)，用于获取沿所述至少两个方向中的预定方向设定的所述臂架(26)对所述喷射装置(25)的传动速度； 传动速度计算单元(233)，用于根据所述喷射路径和所述预定方向设定的所述臂架(26 )对所述喷射装置(25 )的传动速度确定所述臂架(26 )在所述至少两个方向中的其余方向上对所述喷射装置(25)的传动速度； 第二控制单元(234)，用于控制所述臂架(26)沿所述至少两个方向以相应的传动速度传动所述喷射装置(25 )，进而使得所述喷射装置(25 )沿所述喷射路径进行移动。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述至少两个方向之间相互垂直，所述传动速度计算单元(233)根据以下公式确定所述臂架(26)在所述至少两个方向中的其余方向上对所述喷射装置(25)的传动速度:
V2=V1 X tanθ 其中，V1为所述至少两个方向中的预定方向上的传动速度，V2为所述至少两个方向中的其余方向上的传动速度，θ为在所述喷射装置(25)的当前所处位置点上，所述预定方向与所述喷射路径之间的夹角。
11.一种混凝土喷射机的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括如权利要求6-10任意一项所述的控制装置以及用于扫描所述场景轮廓的扫描仪。
12.一种混凝土喷射机，其特征在于，所述混凝土喷射机包括如权利要求11所述的控制系统、所述臂架和所述喷射装置。
【文档编号】E21D11/10GK103713647SQ201310716888
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】陶泽安, 梁聪慧, 李宇力, 胡敏, 曾杨 申请人:中联重科股份有限公司