[发明专利]一种TBM喷混系统作业路径规划方法

说明书

本发明提供了一种TBM喷混系统作业路径规划方法，包括设定规划参数；获取规划区域、规划起点、规划区域内钢拱架排布情况、平移步长和偏移距离；当选定的规划区域内无钢拱架时，根据平移步长从规划起点处规划本次喷混作业轨迹；当选定的规划区域内有钢拱架存在时，分别对首钢拱架前、首钢拱架和尾钢拱架之间以及尾钢拱架后进行TBM喷混系统作业路径规划；绘制TBM喷混系统作业路径规划图；输出每一条喷混轨迹，包括喷混系统平移、喷混系统旋转、伸缩臂伸缩、喷头偏摆和喷头俯仰五个目标关节值等步骤。本发明通过检测规划区域内钢拱架排布情况，按照设计的路径规划方法完成喷混区域作业路径的规划，实现TBM自动喷混作业。

技术领域

本发明涉及机器人运动规划技术领域，具体涉及一种TBM喷混系统作业路径规划方法。

背景技术

在隧道施工过程中，为了防止围岩变形和破碎，通常需要采用架设钢拱架、安装锚杆、挂钢筋网、喷射混凝土等方法对隧道进行加固和衬砌，其中TBM(全断面硬岩隧道掘进机)专用混凝土喷射系统对施工的顺利进行和安全衬砌起着至关重要的作用。

目前混凝土喷射工作主要由人工完成，严重制约了TBM的施工效率、质量和安全。TBM喷混自动控制技术是解决当今喷混施工问题的有效方法，也是实现掘进机作业智能化的迫切需求，而喷混系统作业路径规划方法就是其中最核心的内容。

综上所述，急需一种TBM喷混系统作业路径规划方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种TBM喷混系统作业路径规划方法，通过检测规划区域内钢拱架排布情况，按照设计的路径规划方法完成喷混区域作业路径的规划，实现TBM自动喷混作业。

为实现上述目的，本发明提供了一种TBM喷混系统作业路径规划方法，包括以下步骤：

步骤一：设定规划参数；获取规划区域、规划起点、规划区域内钢拱架排布情况、平移步长和偏移距离；

步骤二：根据选定的规划区域内有无钢拱架，规划TBM喷混系统作业路径；当选定的规划区域内无钢拱架时，根据平移步长从规划起点处规划本次喷混作业轨迹；

当选定的规划区域内有钢拱架存在时，分别对首钢拱架前、首钢拱架和尾钢拱架之间以及尾钢拱架后进行TBM喷混系统作业路径规划；

步骤三：根据步骤二规划的喷混轨迹绘制TBM喷混系统作业路径规划图；

步骤四：输出每一条喷混轨迹，包括喷混系统平移、喷混系统旋转、伸缩臂伸缩、喷头偏摆和喷头俯仰五个目标关节值。

进一步地，所述步骤二中，对于首钢拱架前：当首钢拱架前的喷混区域不满足预设条件或小于喷头偏移距离d时，需重新调整规划起点，直至该区域满足喷混条件后进行规划；

当首钢拱架前的喷混区域满足喷混条件时，首先根据该段的喷混区域长度和平移步长从规划起点处规划喷混轨迹，计算首钢拱架到距其前最近一条喷混轨迹的距离，并按照平移步长自适应调整策略优化喷混轨迹；其次在距首钢拱架前d处规划钢拱架处的喷混轨迹。

进一步地，所述步骤二中，对于首钢拱架和尾钢拱架之间：首先依次在距中间每一钢拱架前或钢拱架后d处规划钢拱架处的喷混轨迹；其次，依次判断中间两钢拱架间的喷混区域是否满足预设条件，当不满足预设条件时，仅规划钢拱架处喷混轨迹；否则，根据两钢拱架间的距离和平移步长规划喷混轨迹，分别计算两钢拱架到距其后或其前最近一条喷混轨迹的距离，并按照平移步长自适应调整策略优化喷混轨迹。