[發明專利]一種智能碾壓機器人

有效

• 申請號: 201510293529.1
• 申請日: 2015-06-01
• 公開（公告）號: CN105002810B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 劉天云;張慶龍;李益多;張兆省;皇甫澤華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: E01C19/26
• 分類號: E01C19/26;G05B13/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明屬于智能機器人技術領域，可用于土石料和混凝土料碾壓質量控制，特別涉及一種智能碾壓機器人。

背景技術

碾壓土石料和碾壓混凝土料的碾壓施工質量是保證公路路基、鐵路路基或大壩壩基的工程性能、路基或壩基長期穩定、工后沉降控制的重要環節。近些年來，公路、鐵路或大壩主要是通過現場采樣檢測和監理旁站觀測來控制土石料和混凝土料的壓實質量和碾壓過程參數。利用采樣檢測只能限于少數測點，不可能對大面積碾壓混凝土或土石料進行全倉面的壓實質量評價，而且這種方法是在碾壓后進行，無法實時地控制碾壓質量。同時，由于旁站監理方式受人為因素干擾大，管理粗放，難以實現對碾壓遍數、行車速度、壓實厚度、碾壓機位置、壓實性能等碾壓過程參數的精準控制。因此，有必要研究開發一種具有實時、連續、自動、智能、高精度、高效等特點的智能碾壓技術。

目前，國內外僅有極少數研究者開展針對土石料和混凝土料碾壓質量智能控制方面的研究。在國外，相關研究主要集中在道路施工碾壓智能控制方面，即所謂智能碾壓技術。該方面研究主要涉及碾壓機智能碾壓裝置的開發，以及土料或瀝青混凝土路基壓實質量實時監測指標的確定，如Caterpillar公司采用碾壓凈功率指標(MDP)，AMMANN公司采用機測土體剛度K_B、Geodynamik公司采用碾壓振動加速度頻域分析指標(CMV)等來表征路基的壓實特性。此外，Rinehart和Mooney指出總諧波失真(THD)是評價土料壓實狀態的高敏感性指標。基于上述指標反映的路基壓實情況，可實現碾壓機工作性態如振動頻率、振幅等的自適應調整。在國內，相關研究主要集中在表征壓實效果的碾壓機壓實質量裝置的開發上。如河北工業大學張潤利等通過監測垂直方向的振動加速度來表征土層密實度，開發了振動壓實度計量儀。居彩梅設計了一種振動壓路機的連續壓實度檢測儀。長安大學武雅麗、馬學良、孫祖望等研究了基于能量平衡的振蕩壓路機壓實自動控制技術。黃聲亨等針對混凝土面板堆石壩施工特點，開發了面板堆石壩填筑質量的全球定位實時監控系統，實現了對碾壓遍數、行車速度、壓實厚度的監控。此外，鐘登華等針對土石壩施工過程中碾壓質量的控制進行了研究，開發了土石壩實時碾壓質量監控系統，實時監控土石壩施工過程中的壓實作業，并通過來自實時質量監控系統的自變量數據建立了多元回歸模型，以預測壓實質量。實時質量監控系統獲取的自變量包含壓實操作參數，如碾壓遍數、行車速度、碾壓機振動狀態、碾壓層厚度、土石料的含水量和級配。并通過采用克里格插值法預估了整個施工區域任意一點處的密實度，然后分析了整體壓實合格率和整個區域壓實質量的空間均勻性。鐘登華等還針對土石壩材料灑水車開發了自動控制和實時監控系統，集成了無線射頻識別技術、GPS全球定位系統、地理信息系統、PDA終端和GPRS移動網絡技術，可以連續自動監控整個施工過程中灑水車的工作狀態，保證運輸車上大壩施工材料的含水量，最終確保土石壩施工過程中碾壓效率。除此之外，鐘登華等還提出了碾壓混凝土壩的倉面的實時施工質量監控方法，可以自動識別壓實層，該實時施工質量監控系統集成了GPS全球定位系統、GLONASS全球導航定位系統、傳感器技術和網絡傳輸技術，最終實現了全過程、全天候、及時地監控碾壓質量、混凝土溫度、施工區天氣，并運用多元回歸模型預測了密實度和振動壓實VC值的損失。

以上國內外最新的研究成果表明，國外的智能碾壓技術仍未被廣泛應用于土石料、混凝土料的碾壓施工過程中，而國內的最新技術僅僅發展到土石料或混凝土料的實時碾壓施工質量監控，這種監控僅僅是針對碾壓遍數、行車速度、碾壓層厚度、碾壓機振動狀態等的監控，對土石料、混凝土料碾壓質量的監控基本上還是通過碾壓作業過程中多碾壓幾遍、碾壓作業完成后建立多元回歸模型預測整個施工區域碾壓層的壓實質量，這種方法表面上實現了實時碾壓質量監控，但并非真正的實現了對現場大面積土石料、混凝土料壓實度的實時快速有效的檢測，很容易在材料碾壓過程中產生過失壓的情況、出現材料碾壓的非均勻性，除此之外，各種技術的集成也是建立在人為操作為主體的基礎上，非智能、非機器人碾壓作業，碾壓質量并不能得到有效保證，碾壓精確性、材料均勻性、現場碾壓施工高效性更得不到保障。

發明內容