[发明专利]一种顶管机自动控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种顶管机自动控制系统，包括由多个设置在顶管机上的纠偏油缸构成的纠偏模块，其特征在于，还包括检测模块、以及控制模块；

所述检测模块用于检测顶管机刀盘运行方向是否偏差，且测定出偏差量；

所述纠偏模块用于对顶管机机身方向进行调整；

所述控制模块用于接收检测模块信号和顶管机刀头的刀盘电机的输出电流信号，并对信号进行判断，根据判断后的信息对纠偏模块进行发送指令，使得纠偏模块对顶管机机身方向进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种顶管机自动控制系统，其特征在于，所述检测模块包括安装于顶管机工作的井内的激光器、竖直安装在顶管机机头上的透明光靶、安装在透明光靶一侧的视觉相机；所述视觉相机包括工业相机和工业相机配合的机器视觉软件；

所述激光器的激光光束照射到所述透明光靶上形成光斑，所述视觉相机对透明光靶进行实时拍摄监测激光光速投射光斑在透明光靶上的偏移量，并通过工业相机拍照和机器视觉软件自动计算偏差位置值，计算完成后机器视觉软件将偏差位置值传送给控制模块。

3.根据权利要求2所述的一种顶管机自动控制系统，其特征在于，所述视觉相机位于所述透明标靶正面一侧，所述视觉相机镜头呈略微倾斜设置。

4.根据权利要求2所述的一种顶管机自动控制系统，其特征在于，所述视觉相机位于所述透明标靶背面一侧，所述视觉相机镜头与透明标靶呈同心正对设置。

5.根据权利要求2所述的一种顶管机自动控制系统，其特征在于，所述视觉相机拍摄频率为0.5～2次/s。

6.根据权利要求2所述的一种顶管机自动控制系统，其特征在于，工业相机拍照和机器视觉软件中对透明光靶设置有纠偏区域和极限区域；所述透明光靶为圆形结构，纠偏区域为与透明光靶圆形同心的圆形区域；极限区域为与透明光靶圆形同心的圆形区域；所述极限区域大于所述纠偏区域；光斑在透明光靶上处于纠偏区域时，通过工业相机拍照和机器视觉软件自动计算偏差位置值发送给控制模块，进行自动纠偏；光斑在透明光靶上超出纠偏区域，且处于极限区域内时，工业相机拍照和机器视觉软件自动计算偏差位置值发送给控制模块，并发送报警信号给控制模块；光斑在透明光靶上超出极限区域时，工业相机拍照和机器视觉软件自动计算偏差位置值发送给控制模块，并发送放缓或停止信号给控制模块。

7.根据权利要求1所述的一种顶管机自动控制系统，其特征在于，所述检测模块还包括设置在顶管机机身四周的若干个位移传感器，顶管机发生位移时，位移传感器将位移数据传送给视觉相机，视觉相机的机器视觉软件采集的偏移量经过运算后加上位移传感器的反馈值传递给控制模块，通过反馈值来决定纠偏油缸的实际运动行程。

8.根据权利要求1所述的一种顶管机自动控制系统，其特征在于，所述控制模块为PLC控制器；所述控制模块通过可编程软件对顶管机刀头的刀盘电机的输出电流信号进行判断处理，处理完成后根据处理结果对顶管机主顶油缸进行调节，从而控制主顶油缸的推力大小。

9.根据权利要求2所述的一种顶管机自动控制系统，其特征在于，所述控制模块为PLC控制器；所述控制模块通过可编程软件对视觉相机的机器视觉软件采集的偏移量经过运算后加上位移传感器的反馈值进行运算，运算完成后计算出纠偏油缸行程，运算完成后根据算出的行程对顶管机纠偏油缸的油缸电磁阀进行控制，使得纠偏油缸完成定量行程，从而控制顶管机位移方向。

10.一种顶管机自动控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤一：采集位置信号，包括视觉相机采集与位移传感器采集；

视觉相机采集位置信号：工业相机以一定的频率拍摄透明光靶上的光斑，并使用机器视觉软件进行计算偏差位置值；光斑在透明光靶上处于纠偏区域时，通过视觉相机的机器视觉软件采集的偏移量经过运算后加上位移传感器的反馈值传递给控制模块，发送给控制模块；光斑在透明光靶上超出纠偏区域，且处于极限区域内时，视觉相机的机器视觉软件采集的偏移量经过运算后加上位移传感器的反馈值传递给控制模块，并发送报警信号给控制模块；光斑在透明光靶上超出极限区域时，视觉相机的机器视觉软件采集的偏移量经过运算后加上位移传感器的反馈值传递给控制模块，并发送放缓或停止信号给控制模块；

步骤二：采集顶管机刀头压力数据，将顶管机刀头的刀盘电机的输出电流信号传送给控制模块，通过输出电流信号变化判断顶管机压力变化；

步骤三：纠偏控制，控制模块将步骤一中所采集的视觉相机的机器视觉软件采集的偏移量经过运算后加上位移传感器的反馈值传进行运算，运算完成后计算出纠偏油缸行程，运算完成后根据算出的行程对顶管机纠偏油缸的油缸电磁阀进行控制，使得纠偏油缸完成定量行程，从而控制顶管机位移方向；

步骤四：推力控制，控制模块通将步骤二中的顶管机刀头的刀盘电机的输出电流信号进行判断处理，处理完成后根据处理结果对顶管机主顶油缸进行调节，从而控制主顶油缸的推力大小；

步骤五：报警控制，控制模块收到步骤一中视觉相机发送的报警信号后，控制模块将报警信息传送至显示屏显示，提醒人工操作纠偏；

步骤六：紧急放缓或停止控制，控制模块收到步骤一中视觉相机发送的放缓或停止信号后，控制模块将放缓或停止信号信息传送至显示屏上显示，并根据事先设定好的可编程软件判断主顶油缸放缓或停止；判断完成后将放缓或停止信号传递给顶管机主顶油缸，完成紧急放缓或停止控制。