[發明專利]一種鋼拱架區域的TBM噴混系統作業軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 202110083129.3
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112917487B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 劉飛香;程永亮;蔡杰;湯云駿;張飛龍;馬金云;陳宗景;江睿
• 申請（專利權）人: 中國鐵建重工集團股份有限公司
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/16
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 尹君君

本發明公開了一種鋼拱架區域的TBM噴混系統作業軌跡規劃方法，包括：采用設計的鋼拱架檢測裝置獲取鋼拱架多個周向點的隧道軸向里程數據；將噴混機械臂的隧道周向運動進行分段；通過控制噴頭底端的隧道軸向位置和噴頭俯仰角度，依次對鋼拱架的各段進行噴混作業。通過對鋼拱架的多個周向點的隧道軸向里程數據進行檢測，可獲取鋼拱架空間位置的變化趨勢；在沿隧道周向運動噴混時，可根據鋼拱架位置自動調整噴頭的隧道軸向位置，進而保證了鋼拱架區域噴混作業的準確性，提高了施工質量和施工效率。

技術領域

本發明涉及機器人運動規劃技術領域，特別是涉及一種鋼拱架區域的TBM噴混系統作業軌跡規劃方法。

背景技術

混凝土噴射作業對TBM施工的順利掘進和安全襯砌起著至關重要的作用，目前主要通過人工操作噴混設備完成，存在勞動強度大、工作效率低和施工質量不穩定等問題。TBM噴混自動控制技術的研究及應用可有效解決人工噴混作業面臨的窘境，有助于提高TBM整體施工的安全性和高效性，其中噴混作業的軌跡規劃是實現噴混施工自動化的重要前提。

在隧道施工中，為了防止圍巖變形和破碎，通常需要采用架設鋼拱架、安裝錨桿、掛鋼筋網等方法對隧道進行加固和襯砌。其中鋼拱架對噴混施工的影響更為明顯，無鋼拱架的常規噴射面的噴混機械臂運動軌跡規劃方法已無法適用于鋼拱架區域的噴混施工。鋼拱架區域作業過程中需針對鋼拱架的位置實時調整噴機械臂的位置進行噴混，從而對TBM噴混系統軌跡規劃的方法提出了更高的要求。

因此，如何提供一種TBM噴混系統作業軌跡規劃方法，以適用于鋼拱架區域的噴混作業，是本領域技術人員急需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種TBM噴混系統作業軌跡規劃方法，以滿足對鋼拱架區域進行噴混作業。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：

一種鋼拱架區域的TBM噴混系統作業軌跡規劃方法，包括：

采用設計的鋼拱架檢測裝置獲取鋼拱架多個周向點的隧道軸向里程數據；

將噴混機械臂的隧道周向運動進行分段；

通過控制噴頭底端的隧道軸向位置和噴頭俯仰角度，依次對鋼拱架的各段進行噴混作業。

優選地，在對鋼拱架側面進行噴混作業時，控制噴頭底端與鋼拱架在隧道軸向方向上保持預設固定間距，且擺動預設固定角度對準鋼拱架側面。

優選地，在對相鄰鋼拱架中間區域進行噴混時：

獲取噴頭底端距離洞壁的長度和鋼拱架的厚度；

根據噴頭底端距離洞壁的長度和鋼拱架的厚度的差值、相鄰鋼拱架各自的軸向隧道里程，獲取噴頭的俯仰擺動角度，并以此俯仰擺動角度沿隧道的預設周向夾角范圍內進行噴混作業。

優選地，在對鋼拱架的各段進行噴混作業時，調整噴頭底端與鋼拱架在隧道軸向方向上的距離與示教值相同。

優選地，在對相鄰鋼拱架中間區域進行噴混時，調整噴頭底端位于兩鋼拱架隧道軸向位置的中心。

優選地，將噴混機械臂的隧道周向運動進行分段具體為：

待噴鋼拱架A點里程數據為a_m，對應隧道周向旋轉角度為θ_a，B點里程數據為b_m，對應隧道周向旋轉角度為θ_b；

將AB段均分為w段，即第k段端點的里程數據j_k為：

第k段端點對應的隧道周向角度θ_k為：