盾构机管片拼装方法、装置、系统和存储介质与流程

本公开涉及隧道施工，尤其涉及一种盾构机管片拼装方法、装置、系统和存储介质。

背景技术：

1、盾构施工过程中，通常需要使用管片对隧道进行衬砌，起到对隧道的支撑防护的作用。管片的拼装通常使用管片拼装机，并由人工操作，完成管片的抓取、运动、拼装等动作。但隧道内环境恶劣，空间狭窄，狭小空间内人机协同作业实现管片拼装的安全风险极大。另外，人工拼装管片依赖经验，拼装效率低，拼装质量差，因此，发展盾构机管片自动拼装技术势在必行。

2、相关管片识别和自动拼装方法，算法复杂且需要对管片设置标志物，对管片改造较大，增加了施工难度。

技术实现思路

1、本公开要解决的一个技术问题是，提供一种盾构机管片拼装方法、装置、系统和存储介质，能够提高管片定位和拼装的效率。

2、根据本公开一方面，提出一种盾构机管片拼装方法，包括：建立已拼装管片的空间模型；根据空间模型，计算待拼装管片的目标拼装位置；在检测到待拼装管片吊运到位后，获取待拼装管片的第一点云信息；根据第一点云信息，确定待拼装管片的螺栓位置信息；以及根据待拼装管片的螺栓位置信息，控制拼装机抓取待拼装管片，并将待拼装管片吊运至对应的目标拼装位置，以完成管片拼装。

3、在一些实施例中，待拼装管片包括待拼装的一环管片中的每一块管片，已拼装管片包括待拼装的一环管片的上一环已拼装管片。

4、在一些实施例中，建立已拼装管片的空间模型包括：利用测距传感器对上一环已拼装管片扫描一周，获取上一环已拼装管片的第二点云信息；以及根据第二点云信息，建立空间模型。

5、在一些实施例中，计算待拼装管片的目标拼装位置包括：获取上一环已拼装管片的边缘点的集合，以得到上一环已拼装管片的边缘轮廓；在空间模型中提取上一环已拼装管片中每一块管片的螺栓孔位置信息；以及根据上一环已拼装管片的边缘轮廓、上一环已拼装管片中每一块管片的螺栓孔位置信息，以及待拼装的一环管片的拼装点位，计算出待拼装的一环管片中的每一块管片的目标拼装位置。

6、在一些实施例中，在空间模型中提取上一环已拼装管片中每一块管片的螺栓孔位置信息包括：根据上一环已拼装管片的拼装点位，计算出上一环已拼装管片中每一块管片的粗略位置信息；以及根据粗略位置信息，在空间模型中提取上一环已拼装管片中每一块管片的螺栓孔位置。

7、在一些实施例中，检测到待拼装管片吊运到位包括：在待拼装管片吊运未到位之前，利用三维测量传感器获取三维测量传感器与管片吊运位置之间的第三点云信息；根据第三点云信息，确定管片吊运位置到三维测量传感器的高度信息；在高于高度信息的一定空间范围内的点云数量大于数量阈值的情况下，确定管片吊运位置存在待拼装管片；以及在空间范围内的点云位置稳定的情况下，确定待拼装管片吊运到位。

8、在一些实施例中，确定待拼装管片的螺栓位置信息包括：对第一点云信息进行聚类处理，得到多个不同类别的点云数据；统计每一种类别的点云数据对应的数量和边界尺寸；根据螺栓对应的点云数量阈值和边界尺寸阈值，确定第一点云信息中的螺栓点云数据；以及根据螺栓点云数据，确定待拼装管片的螺栓位置信息。

9、在一些实施例中，对第一点云信息进行聚类处理，得到多个不同类别的点云数据包括：遍历第一点云信息中的每一个点云，得到点云在三维空间的边界；根据边界，对第一点云信息中的点云进行空间网格划分；以及对每个空间网格进行聚类，得到多个连通区域，其中，每个连通区域内的点云对应一个类别的点云数据。

10、在一些实施例中，对第一点云信息进行聚类处理，得到多个不同类别的点云数据还包括：根据管片吊运后的放置范围，对第一点云信息进行过滤。

11、在一些实施例中，对每个空间网格进行聚类，得到多个连通区域包括：为当前空间网格赋予标签，并加入到队列中；将当前空间网格所有邻域中包含点云的空间网格加入到队列中；将队列中的最末尾的空间网格删除，并赋予相同的标签，并将最末尾的空间网格所有邻域中包含点云的空间网格加入到队列中；遍历队列中的最末尾的空间网格，直到队列中的空间网格数为空；将具有相同标签的空间网格作为一个连通区域；以及遍历每个空间网格，得到多个连通区域。

12、在一些实施例中，将待拼装管片吊运至对应的目标拼装位置，以完成管片拼装包括：将待拼装管片吊运至对应的目标拼装位置，判断待拼装管片与已拼装管片之间是否存在错台或倾斜角度；若存在错台或倾斜角度，则控制拼装机的微调机构进行调整，以及控制拼装机进行升降和平移，使得待拼装管片完成拼装。

13、在一些实施例中，判断待拼装管片与已拼装管片之间是否存在错台或倾斜角度包括：利用两个测距传感器扫描待拼装管片与已拼装管片，得到待拼装管片的第一边缘点位和第二边缘点位，以及已拼装管片的第三边缘点位和第四边缘点位；在待拼装管片中，确定距离第一边缘点位预定距离的第一点和距离第二边缘点位预定距离的第二点，在已拼装管片中，确定距离第三边缘点位预定距离的第三点和距离第四边缘点位预定距离的第四点，其中，第一边缘点位和第一点之间的第一连线、以及第二边缘点位和第二点之间的第二连线与待拼装管片所在拼装环的轴线平行，第三边缘点位和第三点之间的第三连线、以及第四边缘点位和第四点之间的第四连线与已拼装管片所在拼装环的轴线平行；根据第一边缘点位、第二边缘点位、第三边缘点位、第四边缘点位、第一点、第二点、第三点以及第四点之间的位置关系，确定待拼装管片与已拼装管片之间是否存在错台或倾斜角度。

14、在一些实施例中，控制拼装机的微调机构进行调整包括：调整拼装机的微调机构，使得第一连线与第三连线之间平行，第二连线与第四连线平行，以及，第一边缘点和第三边缘点的高度差，与第二边缘点和第四边缘点的高度差相同。

15、在一些实施例中，控制拼装机进行升降和平移包括：调整拼装机的提升机构，使得第一边缘点位与第三边缘点位在同一高度，第二边缘点位与第四边缘点位在同一高度；以及控制拼装机平移运动，使得第一边缘点位与第三边缘点位重合，第二边缘点位与第四边缘点位重合。

16、根据本公开的另一方面，还提出一种盾构机管片拼装装置，包括：模型建立模块，被配置为建立已拼装管片的空间模型；目标位置确定模块，被配置为根据空间模型，计算待拼装管片的目标拼装位置；点云获取模块，被配置为在检测到待拼装管片吊运到位后，获取待拼装管片的第一点云信息；螺栓位置确定模块，被配置为根据第一点云信息，确定待拼装管片的螺栓位置信息；以及拼装控制模块，被配置为根据待拼装管片的螺栓位置信息，控制拼装机抓取待拼装管片，并将待拼装管片吊运至对应的目标拼装位置，以完成管片拼装。

17、根据本公开的另一方面，还提出一种盾构机管片拼装装置，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行如上述的盾构机管片拼装方法。

18、根据本公开的另一方面，还提出一种盾构机管片拼装系统，包括：上述的盾构机管片拼装装置；三维测量传感器，被配置为检测管片是否吊装到位，以及定位管片的位置；以及测距传感器，被配置为扫描管片，以建立空间模型，以及检测管片之间的拼装是否存在错台和角度倾斜。

19、在一些实施例中，三维测量传感器为三维相机、激光雷达和双目相机中的至少一种。

20、在一些实施例中，测距传感器为激光传感器和超声波传感器中的至少一种。

21、在一些实施例中，测距传感器为两个。

22、在一些实施例中，盾构机管片拼装系统还包括：角度传感器，被配置为反馈拼装机的旋转动作；以及位移传感器，被配置为反馈拼装机的平移和升降动作。

23、根据本公开的另一方面，还提出一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述的盾构机管片拼装方法。

24、本公开实施例中，利用已拼装管片的空间模型来计算待拼装管片的目标拼装位置，进一步根据待拼装管片的点云信息来确定待拼装管片的螺栓位置信息，从而根据待拼装管片的螺栓位置信息，控制拼装机将待拼装管片吊运至目标拼装位置以完成拼装作业，在无需对管片进行改造的前提下，能够快速实现对管片的定位，进而提高了管片的抓取和拼接效率。

25、通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。