[發(fā)明專利]一種地下封存空間的構(gòu)建封存方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810402533.0
• 申請(qǐng)日: 2018-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN108724695B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬占國(guó);龔鵬;李陽(yáng);解鵬雁;鞠楊;劉飛;高峰;張帆;馬云靖;楊小軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué);中建華東投資有限公司;中建市政工程有限公司
• 主分類號(hào): B29C64/106
• 分類號(hào): B29C64/106;B29C64/20;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務(wù)所 32205
• 代理人: 楊曉亭

1.一種地下封存空間的構(gòu)建封存方法，所使用的地下封存空間構(gòu)建封存系統(tǒng)包括探測(cè)機(jī)器人單元(1)、3D打印機(jī)器人單元(2)、封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人單元(3)和集中電控單元(4)；

所述的探測(cè)機(jī)器人單元(1)包括全地形行走底盤Ⅰ、探測(cè)機(jī)械臂(11)和車載電控裝置(12)；全地形行走底盤Ⅰ設(shè)置在探測(cè)機(jī)器人單元(1)的底部，全地形行走底盤Ⅰ包括電控驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅰ和轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)Ⅰ；探測(cè)機(jī)械臂(11)的底端安裝在全地形行走底盤Ⅰ上，探測(cè)機(jī)械臂(11)的頂端設(shè)有探測(cè)裝置，探測(cè)裝置包括探測(cè)頭(13)，探測(cè)頭(13)包括距離傳感器、掃描儀、陀螺儀、探測(cè)頭角度定位控制驅(qū)動(dòng)，探測(cè)頭角度定位控制驅(qū)動(dòng)至少包括沿左右水平方向?yàn)橹休S線旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的A坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和沿前后水平方向?yàn)橹休S線旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的B坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；車載電控裝置(12)固定安裝在全地形行走底盤Ⅰ上，車載電控裝置(12)包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、探測(cè)機(jī)器人行走控制回路、探測(cè)頭探測(cè)角度控制回路，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)分別與全地形行走底盤Ⅰ的電控驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅰ和轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)Ⅰ電連接，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與探測(cè)頭(13)的探測(cè)頭角度定位控制驅(qū)動(dòng)電連接；

所述的3D打印機(jī)器人單元(2)包括全地形行走底盤Ⅱ、打印機(jī)械臂(21)、打印油墨輸入裝置(22)和打印電控裝置(23)；全地形行走底盤Ⅱ設(shè)置在3D打印機(jī)器人單元(2)的底部，全地形行走底盤Ⅱ包括電控驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅱ和轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)Ⅱ；打印機(jī)械臂(21)安裝在全地形行走底盤Ⅱ上，打印機(jī)械臂(21)包括打印機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)，打印機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)至少包括控制打印機(jī)械臂左右水平方向移動(dòng)的X坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制打印機(jī)械臂前后水平方向移動(dòng)的Y坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制打印機(jī)械臂豎直方向移動(dòng)的Z坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，打印機(jī)械臂(21)的末節(jié)上設(shè)有3D打印裝置，3D打印裝置包括3D打印噴頭(24)；打印油墨輸入裝置(22)包括油墨泵入機(jī)構(gòu)，油墨泵入機(jī)構(gòu)的輸入端與油墨供給子單元連接，油墨供給子單元供應(yīng)打印油墨，油墨泵入機(jī)構(gòu)的輸出端與3D打印噴頭(24)通過(guò)油墨輸出管路連接；打印電控裝置(23)固定安裝在全地形行走底盤Ⅱ上，打印電控裝置(23)包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、3D打印機(jī)器人行走控制回路、3D打印噴頭位置控制回路、油墨泵入機(jī)構(gòu)控制回路，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)分別與全地形行走底盤Ⅱ的電控驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅱ和轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)Ⅱ電連接，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)分別與打印機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)、油墨泵入機(jī)構(gòu)電連接；

所述的封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人單元(3)包括行走底盤、工作平臺(tái)、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂和轉(zhuǎn)運(yùn)電控裝置；行走底盤包括電控驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)；工作平臺(tái)安裝在行走底盤上；轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂安裝在工作平臺(tái)上，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂包括轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)至少包括控制轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂左右水平方向移動(dòng)的X坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂前后水平方向移動(dòng)的Y坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂豎直方向移動(dòng)的Z坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂的末節(jié)設(shè)有機(jī)械手；轉(zhuǎn)運(yùn)電控裝置固定安裝在工作平臺(tái)上，轉(zhuǎn)運(yùn)電控裝置包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人行走控制回路、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂控制回路，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)分別與行走底盤的電控驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)電連接，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)電連接；

所述的集中電控單元(4)包括中央控制計(jì)算機(jī)、探測(cè)控制回路、數(shù)據(jù)建模回路、探測(cè)機(jī)器人位置反饋修正回路、3D打印控制回路、封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)控制回路，中央控制計(jì)算機(jī)分別與探測(cè)頭(13)的距離傳感器、掃描儀、陀螺儀電連接，中央控制計(jì)算機(jī)分別與車載電控裝置(12)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、打印電控裝置(23)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人單元(3)轉(zhuǎn)運(yùn)電控裝置的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)電連接；

其特征在于，構(gòu)建封存方法具體包括以下步驟：

a.地下封存空間構(gòu)建準(zhǔn)備：通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)地下空洞的大概位置后，在保證掘進(jìn)貫通點(diǎn)附近的原始巖層的支護(hù)強(qiáng)度較大的前提下選擇合適的掘進(jìn)貫通點(diǎn)，通過(guò)掘進(jìn)機(jī)經(jīng)掘進(jìn)貫通點(diǎn)掘進(jìn)出與地下空洞貫通的巷道并對(duì)該巷道進(jìn)行有效支護(hù)，然后將探測(cè)機(jī)器人單元(1)、3D打印機(jī)器人單元(2)和封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人單元(3)置于與地下空洞連通的巷道內(nèi)；

b.地下空洞內(nèi)腔掃描：集中電控單元(4)控制探測(cè)控制回路、探測(cè)機(jī)器人位置反饋修正回路、數(shù)據(jù)建模回路開始工作，中央控制計(jì)算機(jī)發(fā)出指令使車載電控裝置(12)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制探測(cè)機(jī)器人單元(1)向地下空洞內(nèi)部步進(jìn)并對(duì)地下空洞的內(nèi)腔進(jìn)行掃描后坐標(biāo)回退至初始位置，中央控制計(jì)算機(jī)將平面掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行同一基準(zhǔn)的擬合并三維建模后生成地下空洞三維空間模型，然后進(jìn)行存儲(chǔ)；

c.地下封存空間三維建模：中央控制計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的地下空洞外圍環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)地下空洞三維空間模型的外部進(jìn)行施加應(yīng)力計(jì)算分析，并對(duì)地下空洞三維空間模型的穩(wěn)定性、應(yīng)力、位移、裂隙、滲透性、聲特性、光特性、電特性、磁特性和結(jié)構(gòu)特性參數(shù)的演化過(guò)程進(jìn)行計(jì)算分析，中央控制計(jì)算機(jī)首先以地下空洞三維空間模型為基礎(chǔ)在地下空洞三維空間模型的內(nèi)部表面擬合構(gòu)建表面支護(hù)層模型，然后在表面支護(hù)層模型基礎(chǔ)上再根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果和輸入的安全系數(shù)依次在對(duì)應(yīng)地下空洞三維空間模型內(nèi)部表面的應(yīng)力集中點(diǎn)位置和穩(wěn)定性不高的位置擬合構(gòu)建柱形支護(hù)模型，然后在柱形支護(hù)模型基礎(chǔ)上根據(jù)地下空洞的空間布局?jǐn)M合構(gòu)建連接在柱形支護(hù)模型之間的墻板模型，最終擬合生成隔段結(jié)構(gòu)的地下封存空間三維模型并存儲(chǔ)地下封存空間三維模型坐標(biāo)位置信息；然后中央控制計(jì)算機(jī)先以參照坐標(biāo)原點(diǎn)規(guī)劃并存儲(chǔ)表面支護(hù)層模型的打印路徑和打印基準(zhǔn)坐標(biāo)，再以參照坐標(biāo)原點(diǎn)規(guī)劃并存儲(chǔ)柱形支護(hù)模型的打印路徑和打印基準(zhǔn)坐標(biāo)，最后以參照坐標(biāo)原點(diǎn)規(guī)劃并存儲(chǔ)墻板模型的打印路徑和打印基準(zhǔn)坐標(biāo)；然后中央控制計(jì)算機(jī)根據(jù)地下封存空間三維模型坐標(biāo)位置信息及待封存物品的坐標(biāo)位置信息，以參照坐標(biāo)原點(diǎn)規(guī)劃并存儲(chǔ)封存運(yùn)輸路徑和封存運(yùn)輸基準(zhǔn)坐標(biāo)；

d.3D打印地下封存空間三維實(shí)體：3D打印控制回路開始工作，中央控制計(jì)算機(jī)發(fā)出指令使打印電控裝置(23)的3D打印機(jī)器人行走控制回路開始工作，打印電控裝置(23)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)依次根據(jù)表面支護(hù)層模型的打印路徑和打印基準(zhǔn)坐標(biāo)、柱形支護(hù)模型的打印路徑和打印基準(zhǔn)坐標(biāo)、墻板模型的打印路徑和打印基準(zhǔn)坐標(biāo)控制3D打印機(jī)器人單元(2)的全地形行走底盤Ⅱ的電控驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅱ和轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)Ⅱ動(dòng)作使3D打印機(jī)器人單元(2)坐標(biāo)移動(dòng)至地下空洞內(nèi)部對(duì)應(yīng)地下封存空間三維模型坐標(biāo)位置的設(shè)定位置，然后3D打印噴頭位置控制回路開始工作，打印電控裝置(23)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)打印路徑控制打印機(jī)械臂(21)的打印機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)動(dòng)作使3D打印噴頭(24)坐標(biāo)移動(dòng)至打印基準(zhǔn)坐標(biāo)位置，油墨泵入機(jī)構(gòu)控制回路開始工作，打印電控裝置(23)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制打印油墨輸入裝置(22)的油墨泵入機(jī)構(gòu)動(dòng)作使泵出的打印油墨經(jīng)3D打印噴頭(24)輸出，然后打印電控裝置(23)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制打印機(jī)械臂(21)的打印機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)動(dòng)作使3D打印噴頭(24)根據(jù)打印路徑坐標(biāo)移動(dòng)依次進(jìn)行表面支護(hù)層模型、柱形支護(hù)模型、墻板模型的3D打印，至打印路徑終點(diǎn)時(shí)完成地下封存空間三維模型的實(shí)體打印，3D打印機(jī)器人單元(2)回退至初始位置；

e.地下封存：封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)控制回路開始工作，中央控制計(jì)算機(jī)發(fā)出指令使封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人單元(3)轉(zhuǎn)運(yùn)電控裝置的封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人行走控制回路和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂控制回路開始工作，轉(zhuǎn)運(yùn)電控裝置的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)封存運(yùn)輸路徑和封存運(yùn)輸基準(zhǔn)坐標(biāo)控制封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人單元(3)的行走底盤、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械臂動(dòng)作使封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人單元(3)將待封存物品依次坐標(biāo)移動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至地下封存空間實(shí)體內(nèi)部的設(shè)定坐標(biāo)位置，至封存運(yùn)輸路徑終點(diǎn)時(shí)完成全部封存物品的轉(zhuǎn)運(yùn)，封存物資轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人單元(3)回退至初始位置。