[发明专利]盾构机管片非接触式空间姿态的测量方法及系统

说明书

本发明涉及一种盾构机管片非接触式空间姿态的测量方法及系统，该测量方法包括如下步骤：将两个线激光传感器安装在管片拼装机的抓取板上；建立空间坐标系；通过线激光传感器获得管片上相交的两个边缘线上的第一位置点和第二位置点的坐标，获得另外两个边缘线上的第三位置点和第四位置点的坐标，所述第一位置点和所述第三位置点均位于同一边缘线上；以及通过所获得的第一位置点至第四位置点的坐标和所述的待安装的管片的几何形状计算得出所述的待安装的管片的空间姿态。本发明的测量方法能够准确得到待安装的管片的空间姿态，为自动拼装系统及盾构机内的空间计算提供必要的数据基础。且计算方法简便，测量成本低。

技术领域

本发明涉及盾构机管片的姿态测量领域，特指一种盾构机管片非接触式空间姿态的测量方法及系统。

背景技术

拼装机是盾构机的重要机械系统，拼装施工在传统的隧道掘进中都是由人来完成的，随着传感器技术，自动技术的发展，使得自动化拼装的可行性大大提高，系统的设计成本大大减少，而且自动化拼装是盾构机发展的一个必然的趋势，故研究开发管片的自动化拼装系统，对其关键技术可进行研究显得非常重要及迫切。

对于自动化拼装，首先要解决的问题是如何辨识管片的状态，也就对管片在空间坐标系中的位置，姿态的识别目标识别，而作为操作目标的混凝土预制块重达5～10吨，体积在4立方米以上，而一般的机器人视觉系统的操作目标的体积都不会超过1立方米，所以需要新研究一种非接触式的，对于大型操作目标的空间位姿识别系统来给出其空间位姿。

从市场上来看，我国正在成为世界上掘进机需求量最大的国家，从技术上来看，盾构掘进机代表了隧道掘进装备的发展方向，巨大的市场需求与我国相对滞后的盾构掘进机测试技术之间的矛盾已经凸显。同时，由于盾构机施工是一个高风险的行业，必须保证产品质量稳定性、高可靠性，才能保证工程的顺利完成。而拼装机系统则在保证隧道质量中起着关键的作用。将智能型控制系统引入到拼装系统中后，可以大大提高拼装的工作效率及隧道拼装质量。而对于盾构机拼装系统的智能化，首先要找到一种确认操作物--管片的空间位姿的方法，在国内现有的技术文献中，这种方法并没有被提出过，所以亟需研究开发。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种盾构机管片非接触式空间姿态的测量方法及系统，解决现有的机器人视觉系统的操作目标体积较小不适用于盾构机管片的姿态测量的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种盾构机管片非接触式空间姿态的测量方法，包括如下步骤：

提供第一线激光传感器和第二线激光传感器，将所述的第一线激光传感器和第二线激光传感器安装在管片拼装机的抓取板上，且所述的第一线激光传感器和第二线激光传感器对应设于所述抓取板上的同一侧；

以水平方向为X轴，垂直方向为Y轴，盾构机的机尾向机头的方向为Z轴建立空间坐标系，并获得所述的第一线激光传感器和第二线激光传感器的安装位置的坐标；

将所述管片拼装机的抓取板移动至待安装的管片的位置处，通过所述第一线激光传感器获得所述的待安装的管片上相交的第一边缘线和第二边缘线上的第一位置点和第二位置点的坐标，通过所述第二线激光传感器获得所述的待安装的管片上相交的第一边缘线和第三边缘线上的第三位置点和第四位置点的坐标，所述第一位置点和所述第三位置点均位于所述第一边缘线上；以及

通过所获得的第一位置点至第四位置点的坐标和所述的待安装的管片的几何形状计算得出所述的待安装的管片的空间姿态。

本发明的测量方法能够准确得到待安装的管片的空间姿态，为自动拼装系统及盾构机内的空间计算提供必要的数据基础。且计算方法简便，测量成本低。

本发明盾构机管片非接触式空间姿态的测量方法的进一步改进在于，通过所获得的第一位置点至第四位置点的坐标和所述的待安装的管片的几何形状计算得出所述的待安装的管片的空间姿态，包括：