[發明專利]基于自動巡航的隧道監測與機車無人駕駛系統及方法

有效

• 申請號: 202110634447.4
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113309574B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 馬云新;趙洪巖;王利民;游大江;王浩;李森;李生光;闞寶存
• 申請（專利權）人: 北京建工土木工程有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F17/00
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11004
• 代理人: 王靈靈;晁璐松

1.基于自動巡航的隧道監測與機車無人駕駛系統，隧道內永久襯砌結構為盾構管片（1），其特征在于：包括設于盾構管片（1）上的吊軌系統、設于吊軌系統上的隧道監測與指揮機器人（5）、用于為隧道監測與指揮機器人充電的機器人充電樁、用于運輸施工材料的無人自動駕駛機車（7）、用于總控整個系統的地面控制中心、用于實現隧道監測與指揮機器人（5）與地面控制中心進行無線通訊的無線通信系統；

所述吊軌系統由埋設在盾構管片（1）上的吊裝頭（2）、吊板（3）和位于吊板（3）底部的吊軌（4）組成 ，所述吊軌（4）沿盾構管片（1）通長設置，由H型鋼拼接而成；

所述隧道監測與指揮機器人（5）包括固定在吊軌（4）上的懸掛裝置和下部功能模塊，所述懸掛裝置包括行走單元和用于驅動行走單元的驅動單元，所述下部功能模塊包括小車框架，以及安裝在小車框架上的數據監測采集裝置和數據處理指令裝置，所述數據監測采集裝置包括小車視覺影像裝置、小車雷達裝置和小車監測掃描裝置，所述小車視覺影像裝置由至少3臺通過數據線與數據處理指令裝置連接的攝像頭組成，用于觀察無人自動駕駛機車（7）運行線路是否存在障礙物，隧道管片是否破損、滲漏，管片螺栓是否松動掉落，止水條是否脫落，以及檢查是否存在進入隧道內干預施工的作業人員，所述小車雷達裝置由多個激光雷達和紅外雷達組成，用于觀察無人自動駕駛機車（7）運行線路是否存在障礙物，判別機器人自身位置、速度，以及檢查是否存在進入隧道內干預施工的作業人員，小車監測掃描裝置包括2臺三維掃描儀，用于掃描隧道斷面，以及獲取隧道變形數據、管片錯臺數據，所述數據處理指令裝置為高速單片機，用于收發地面控制中心指令，存儲、自動采集和綜合分析來自數據監測采集裝置的數據，以及發出預警及應急指令、指揮操作無人自動駕駛機車（7）；

所述機器人充電樁分別放置在隧道井口和盾構機橋架位置用于為隧道監測與指揮機器人充電，放置隧道井口的充電樁采用懸吊方式，與地面三級配電箱電連接，放置在盾構機橋架處的充電樁采用托架形式放置，與盾構機照明電路電連接；所述充電樁為接觸式充電樁，通過接觸式形式向隧道監測與指揮機器人的驅動單元的無線電源變頻電機的接觸式電池充電；

所述無人自動駕駛機車（7）包括承載在機車載體（71）上的視覺影像裝置（72）、雷達裝置（73）和機車控制電腦，所述機車載體（71）為安裝有承重感應裝置的電機車，所述視覺影像裝置（72）包括分別安裝在機車載體（71）機頭的上部和下部的攝像頭，用于觀察無人自動駕駛機車（7）運行線路是否存在障礙物，隧道管片是否破損、滲漏，管片螺栓是否松動掉落、止水條是否脫落，以及檢查是否存在進入隧道內干預施工的作業人員，所述雷達裝置（73）包括分別位于所述機頭下部和上部的激光雷達和紅外雷達，用于觀察無人自動駕駛機車（7）運行線路是否存在障礙物，判別機車自身位置、速度，以及檢查是否存在進入隧道內干預施工的作業人員，所述機車控制電腦為PLC電腦，安裝在機車前部，用于接收并執行隧道監測與指揮機器人指令，接收來自視覺影像裝置（72）和雷達裝置（73）的數據，分析判斷自身位置、速度，檢查是否存在進入隧道內干預施工的作業人員，前方是否存在障礙物，以及是否可繼續前行或剎車；

所述地面控制中心由多臺電腦組成，通過無線通信系統與隧道監測與指揮機器人連接，向隧道監測與指揮機器人發送指令，接收處理數據；

所述無線通信系統由間隔設置的多個無線通信基站組成，用于為隧道監測與指揮機器人連接地面控制中心提供通信訊號。

2.如權利要求1所述的基于自動巡航的隧道監測與機車無人駕駛系統，其特征在于：所述吊軌系統有兩組，分別位于將隧道斷面16等分后的等分1點和等分15點處，其中頂點為等分16 點處 。

3.如權利要求1所述的基于自動巡航的隧道監測與機車無人駕駛系統，其特征在于：所述吊裝頭（2）穿過吊板（3）與設于盾構管片（1）上的吊裝孔螺紋連接，吊裝頭（2）的延伸線穿過所述隧道的中心線，所述吊板（3）包括上部彎折段和下部豎直段，所述上部彎折段貼合盾構管片（1）設置，下部豎直段與工字鋼上翼緣板頂面焊接固定。

4.如權利要求1所述的基于自動巡航的隧道監測與機車無人駕駛系統，其特征在于：單根所述H型鋼長3m，相鄰所述H型鋼榫卯連接或栓接形成吊軌（4）整體。