[发明专利]钢拱架拼接装置及其工作方法

说明书

本发明提出了一种钢拱架拼接装置及其工作方法，包括大回转机构，大回转机构上活动设置有机械臂，机械臂上设置有动力机构，所述大回转机构上均匀设置有若干个从站控制盒，从站控制盒均与主站控制箱相连接，从站控制盒两侧且在大回转机构上对称设置有两组机械臂，相邻从站控制盒之间设置有三维扫描仪，三维扫描仪与从站控制盒相连接；所述动力机构上设置有位移监测组件和压力监测组件，位移监测组件和压力监测组件均与从站控制盒相连接。本发明通过各机械臂相互配合实现了钢拱架有序自动抓取拼接，自动微调对接动作，减少了拼接误触判断。

技术领域

本发明涉及隧道施工的技术领域，尤其涉及一种钢拱架拼接装置及其工作方法。

背景技术

TBM施工过程中需要采用钢拱架对已掘进后方及时进行支护，目前采用的支护方式为人工支护，支护过程中将一段段钢拱架拼接成环形，最后将拼装完成的钢拱架撑起在TBM施工后的隧道内，拼接过程采用人工对接各段钢拱架并需要人工拧螺栓将其拧紧。需要工人长时间现场作业，隧道一旦发生塌方，很容易发生人员伤亡事故，安全隐患大，人工支护效率低。实现钢拱架拼装由人工拼装向自动化拼装，对实现TBM更安全、更高效有着重要的意义。

发明内容

针对目前人工支护钢拱架过程中，效率低、安全隐患大的技术问题，本发明提出一种钢拱架拼接装置及其工作方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钢拱架拼接装置，包括大回转机构，大回转机构上活动设置有机械臂，机械臂上设置有动力机构，所述大回转机构上均匀设置有若干个从站控制盒，从站控制盒均与主站控制箱相连接，从站控制盒两侧且在大回转机构上对称设置有两组机械臂，相邻控制盒之间设置有三维扫描仪，三维扫描仪与从站控制盒相连接；所述动力机构上设置有位移监测组件和压力监测组件，位移监测组件和压力监测组件均与从站控制盒相连接。

优选地，所述动力机构包括推进油缸和夹爪油缸，推进油缸的一端与大回转机构相连接，推进油缸的另一端与机械臂相连接，夹爪油缸安装在机械臂上且夹爪油缸与机械臂上活动设置的夹爪相连接；所述推进油缸和夹爪油缸内均设置有位移监测组件，夹爪油缸一侧设置有压力监测组件。

优选地，所述位移监测组件包括伸缩位移传感器，伸缩位移传感器分别内置在推进油缸和夹爪油缸内部；所述压力监测组件包括第一压力传感器，第一压力传感器安装在夹爪油缸一侧；所述推进油缸和夹爪油缸的进油管路上均设置有比例调节阀和第二压力传感器，伸缩位移传感器、比例调节阀、第一压力传感器和第二压力传感器均与从站控制盒相连接。

优选地，所述大回转机构上设置有拖链，主站控制箱和从站控制盒之间的连接线缆布置在拖链上。

一种钢拱架拼接装置的工作方法，包括以下步骤：

S1、作业准备：首先将大回转机构上各从站控制盒依次命名为从站控制盒1、从站控制盒2、从站控制盒3、……、从站控制盒n，各机械臂依次命名为机械臂1、机械臂2、机械臂3、……、机械臂m，各三维扫描仪依次命名为三维扫描仪1、三维扫描仪2、三维扫描仪3、……、三维扫描仪p，机械臂1和机械臂2对称设置在从站控制盒1两侧；

S2、根据步骤S1，每两组机械臂完成一个钢拱架抓取提升动作，每组三维扫描仪扫描两组钢拱架上设定点位置坐标；将钢拱架依次命名为钢拱架1、钢拱架2、……、钢拱架n，机械臂1和机械臂2夹取钢拱架1，依次类推；三维扫描仪1用于钢拱架1和钢拱架2上设定点位置坐标，依次类推；

S3、夹取钢拱架：主站控制箱控制机械臂1和机械臂2动作首先夹取放置在待夹取位置上的钢拱架；

S4、路径规划：根据工况需要，规划机械臂1和机械臂2的运动路劲，在仿真软件MATLAB中依据规划好的机械臂1和机械臂2的运动路径，调用Robotics System Toolbox函数库求逆解，计算出机械臂1和机械臂2中各油缸从起始点到终点运行的距离L；