[发明专利]一种基于全自动隧道喷浆机器人的路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于全自动隧道喷浆机器人的路径规划方法，首先建立喷浆机与喷涂时间、喷涂距离相关的静态喷涂增长模型，然后把喷涂过程模拟程这个静态模型的移动，根据移动的速度可以得到不同的叠加结果，以最终的某一厚度为目标，对这台机器的行走的路径进行规划，使得可以达到最终的喷涂厚度并且整个待喷涂面的表面比较平整，达到工业级的要求。以实现喷浆机自行规划路径，使得喷涂的效果达到最优，不需要人工过多的干涉，减少人们进入隧道操作喷浆机的需要，从而减少发生危险的几率，提高隧道施工的效率。

技术领域

本发明涉及一种基于全自动隧道喷浆机器人的路径规划方法。

背景技术

隧道是人们用以克服复杂地形、充分利用地理空间建设公路、铁路的重要建筑形式。隧道初喷前隧道表面存在多种支护结构，如拱架、防护网等。隧道初喷指隧道表面的第一层喷涂，使隧道表面由原始壁面变为较为光滑规则的表面。由于施工环境复杂，喷浆机器人自动化水平较低等多重因素的影响，国内外喷浆机器人进行隧道的施工作业过于依赖手动操作，耗费大量人力物力，且喷浆的质量和效率也主要取决于工人的经验。在实际工作中，由于隧道施工环境恶劣，长期处于这种环境会严重影响工人的身体健康。而且企业要聘请这些操控机手也需要一笔不小的开销，由于以上原因，往往很难找到合适的操作手，这也严重降低了隧道施工效率。

随着人工智能的迅速发展，人类社会已开始迈入智能化时代，人工智能引领社会发展是大势所趋，不可逆转。运用雷达或者摄像头采集隧道数据，运用传感器获取机械臂的关节信息等技术是实现工程机械智能化的重要手段。对机械臂进行建模，仿真等操作可以模拟出真实隧道的喷涂场景，十分便捷的得出实验结果。

发明内容

本发明主要是解决技术问题的不足，提供一种解决隧道智能喷浆机器人的路径规划的方法，可以针对不同的机型，建立不同的喷涂附着模型，根据雷达采集到的隧道信息进行路径规划无需人工干预就可以得到机器要行走的路径，并且可以达到工业级要求的标准和涂料利用率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于全自动隧道喷浆机器人的路径规划方法，包括以下步骤：

步骤1，采集喷枪在持续不同时间以及在不同距离对壁面喷射后所附着的混凝土厚度，进而得出壁面混凝土厚度随喷涂时间和喷枪离隧道壁面距离变化的函数式；

步骤2，采集隧道面超欠挖信息，并基于步骤1所得到的函数式，结合路径规划算法，以首先喷涂超挖区域，然后喷涂正常区域，并在喷涂中避开欠挖区域的原则，完成路径规划。

所述的方法，所述的步骤1中，采集喷枪在持续不同时间对壁面喷射后所附着的混凝土厚度，是首先由固定位置的喷枪垂直向壁面上喷射混凝土，并在每隔一段预定时间后测量附着在壁面上的混凝土的厚度，从而通过β分布模型拟合壁面混凝土的厚度随喷涂时间变化的关系。

所述的方法，所述的步骤1中，采集喷枪在不同距离对壁面喷射后所附着的混凝土厚度，是首先由喷枪垂直向壁面上喷射混凝土并测量附着在壁面上的混凝土的厚度，然后改变喷枪与壁面的距离后再次喷射并测量，从而通过β分布模型拟合壁面混凝土的厚度随喷涂距离变化的关系。

所述的方法，通过β分布模型拟合壁面混凝土的厚度随喷涂时间变化的关系的函数式为：

其中F(r)为涂层累积厚度，T(t)_max为圆形喷涂区域的中心点O的喷涂厚度随时间变化的函数，中心点O为喷枪的喷嘴口在壁面上的投影点，r为圆形喷涂区域内某一点S与O的距离；β为用于调节函数值的调节参数，R为圆形喷涂区域的半径。

所述的方法，通过β分布模型拟合壁面混凝土的厚度随喷涂距离变化的关系的函数式为：

其中R为圆形喷涂区域的半径，d为喷枪的喷嘴口与壁面的垂直距离，为喷涂的喷雾圆锥夹角。