[发明专利]一种钢拱架区域的TBM喷混系统作业轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种钢拱架区域的TBM喷混系统作业轨迹规划方法，包括：采用设计的钢拱架检测装置获取钢拱架多个周向点的隧道轴向里程数据；将喷混机械臂的隧道周向运动进行分段；通过控制喷头底端的隧道轴向位置和喷头俯仰角度，依次对钢拱架的各段进行喷混作业。通过对钢拱架的多个周向点的隧道轴向里程数据进行检测，可获取钢拱架空间位置的变化趋势；在沿隧道周向运动喷混时，可根据钢拱架位置自动调整喷头的隧道轴向位置，进而保证了钢拱架区域喷混作业的准确性，提高了施工质量和施工效率。

技术领域

本发明涉及机器人运动规划技术领域，特别是涉及一种钢拱架区域的TBM喷混系统作业轨迹规划方法。

背景技术

混凝土喷射作业对TBM施工的顺利掘进和安全衬砌起着至关重要的作用，目前主要通过人工操作喷混设备完成，存在劳动强度大、工作效率低和施工质量不稳定等问题。TBM喷混自动控制技术的研究及应用可有效解决人工喷混作业面临的窘境，有助于提高TBM整体施工的安全性和高效性，其中喷混作业的轨迹规划是实现喷混施工自动化的重要前提。

在隧道施工中，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、挂钢筋网等方法对隧道进行加固和衬砌。其中钢拱架对喷混施工的影响更为明显，无钢拱架的常规喷射面的喷混机械臂运动轨迹规划方法已无法适用于钢拱架区域的喷混施工。钢拱架区域作业过程中需针对钢拱架的位置实时调整喷机械臂的位置进行喷混，从而对TBM喷混系统轨迹规划的方法提出了更高的要求。

因此，如何提供一种TBM喷混系统作业轨迹规划方法，以适用于钢拱架区域的喷混作业，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种TBM喷混系统作业轨迹规划方法，以满足对钢拱架区域进行喷混作业。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种钢拱架区域的TBM喷混系统作业轨迹规划方法，包括：

采用设计的钢拱架检测装置获取钢拱架多个周向点的隧道轴向里程数据；

将喷混机械臂的隧道周向运动进行分段；

通过控制喷头底端的隧道轴向位置和喷头俯仰角度，依次对钢拱架的各段进行喷混作业。

优选地，在对钢拱架侧面进行喷混作业时，控制喷头底端与钢拱架在隧道轴向方向上保持预设固定间距，且摆动预设固定角度对准钢拱架侧面。

优选地，在对相邻钢拱架中间区域进行喷混时：

获取喷头底端距离洞壁的长度和钢拱架的厚度；

根据喷头底端距离洞壁的长度和钢拱架的厚度的差值、相邻钢拱架各自的轴向隧道里程，获取喷头的俯仰摆动角度，并以此俯仰摆动角度沿隧道的预设周向夹角范围内进行喷混作业。

优选地，在对钢拱架的各段进行喷混作业时，调整喷头底端与钢拱架在隧道轴向方向上的距离与示教值相同。

优选地，在对相邻钢拱架中间区域进行喷混时，调整喷头底端位于两钢拱架隧道轴向位置的中心。

优选地，将喷混机械臂的隧道周向运动进行分段具体为：

待喷钢拱架A点里程数据为a_m，对应隧道周向旋转角度为θ_a，B点里程数据为b_m，对应隧道周向旋转角度为θ_b；

将AB段均分为w段，即第k段端点的里程数据j_k为：

第k段端点对应的隧道周向角度θ_k为：