[发明专利]基于自动巡航的管片智能化拼装系统及其拼装方法

权利要求书

1.基于自动巡航的管片智能化拼装系统，其特征在于：包括内部行走机构、固定在内部行走机构外围的移动盘体（1）、啮合连接在移动盘体（1）上的旋转机构（22）和固定在旋转机构（22）上的机械臂操作台（2），所述内部行走机构对称设于盾尾内部腰线部位，包括行走机构（3）、设于行走机构（3）上的数据处理机构（6）、行走梁（4）和用于驱动行走机构（3）沿行走梁（4）运动的液压行走油缸（5），所述行走梁（4）为悬臂结构，一端与中盾H梁连接，所述行走机构（3）上设有嵌设在行走梁（4）上翼缘板和下翼缘板之间的行走轮（8）；所述机械臂操作台（2）通过悬挑托架连接杆（7）与旋转机构（22）固定，所述旋转机构（22）包括回转盘体、回转支撑、与回转支撑的齿圈啮合连接的小齿轮、与小齿轮连接的传动轴、与传动轴连接的固定安装在移动盘体上的回转液压马达，所述悬挑托架连接杆（7）与回转盘体固定，机械臂操作台（2）上设有图像识别机构（12）和机械臂，所述机械臂包括螺栓孔对正微调感应机械臂（9）、管片提取定位机械臂（10）和螺栓安装紧固双头机械臂（11）；所述螺栓孔对正微调感应机械臂（9）包括可伸缩机械臂和位于可伸缩机械臂端部的螺杆（14）和三维扫描仪器（15）；所述管片提取定位机械臂（10）包括可伸缩机械臂和位于可伸缩机械臂上的真空吸盘（13），所述真空吸盘（13）设置带有变频控制器的蓄能器，变频器通过有线形式与数据处理机构（6）连接；所述螺栓安装紧固双头机械臂（11）包括可伸缩机械臂和位于可伸缩机械臂端部的三抓式机械手（16）和螺母紧固机械手（17），所述三抓式机械手（16）和螺母紧固机械手（17）端部分别设有六角凹槽（18）和气动扳手（19）。

2.如权利要求1所述的基于自动巡航的管片智能化拼装系统，其特征在于：两台所述图像识别机构（12）对称设于机械臂操作台（2）前端两侧。

3.如权利要求1所述的基于自动巡航的管片智能化拼装系统，其特征在于：所述旋转机构（22）包括回转盘体、回转支撑、与回转支撑的齿圈啮合连接的小齿轮、与小齿轮连接的传动轴、与传动轴连接且固定安装在移动盘体（1）上的回转液压马达。

4.如权利要求1所述的基于自动巡航的管片智能化拼装系统，其特征在于：所述可伸缩机械臂包括若干节机械臂单元（21）和连接在机械臂单元（21）之间、机械臂单元（21）与机械臂操作台（2）之间的关节轴承油缸（20）。

5.如权利要求1~4任意一项所述的基于自动巡航的管片智能化拼装系统的管片拼装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，信息录入存储：向数据处理机构（6）内录入存储隧道信息、盾构机三维信息、管片拼装顺序信息、管片类型信息、管片螺栓孔信息；

步骤二，机械臂操作台（2）定位：数据处理机构（6）根据内置的隧道信息、盾构机三维信息解算机械臂操作台（2）中心位置，继而解算机械臂操作台（2）位置；

步骤三，位移至管片正上方：盾构机工业电脑接收到管片材料已吊运到位的信息后，向智能化管片拼装系统的数据处理机构（6）发出管片拼装的指令，数据处理机构（6）收到该指令后，开启图像识别机构（12），识别喂片机上存放的拟拼装管片，提取喂片机的拟拼装管片、相对于机械臂操作台中心的方向和距离，然后向行走机构（3）发出移动指令，行走机构（3）接收并执行该指令，通过移动盘体（1）带动旋转机构（22），继而带动机械臂移动至管片的正上方；

步骤四，抓取管片：图像识别机构（12）再次扫描识别并提取拟拼装管片上粘贴的二维码信息，与数据处理机构（6）内存储的一定管片拼装顺序所需的管片信息比较，确认管片信息无误后，数据处理机构（6）向机械臂操作台（2）上的管片提取定位机械臂（10）下达抓取拟拼装所需的管片的指令，机械臂启动，管片提取定位机械臂（10）的真空吸盘（13）吸取该管片；

步骤五，定位管片至待安装位置：根据数据处理机构（6）存储的拟拼装管片的拼装点位、图像识别机构（12）识别的待连接的拼装管片的位置，解算出拟拼装管片的具体位置，然后向行走机构（3）和旋转机构（22）的液压回转马达下达指令，行走机构（3）带动旋转机构（22）直线行走，液压回转马达带动旋转机构（22）旋转，将拟拼装管片直线位移和/或旋转至待拼装区域，然后调整对齐；

步骤六，调整对齐拟拼装管片：调整对齐的过程中，首先利用图像识别机构（12）和数据处理机构（6）识别判断拟拼装管片与待连接的拼装管片相接的临边是否顺平，若不顺平则利用管片提取定位机械臂（10）微调，直至顺平；

步骤七，固定拟拼装管片：当拟拼装管片与待连接的拼装管片临边顺平后，信息反馈至数据处理机构（6），数据处理结构（6）向盾构机工业电脑反馈拟拼装管片已调整到位，盾构机工业电脑向中盾上的推进千斤顶下达指令，中盾上的推进千斤顶顶出顶紧拟拼装管片；待推进千斤顶顶管拟拼装管片后，数据处理机构（6）随后启动螺栓孔对正微调感应机械臂（9），螺栓孔对正微调感应机械臂（9）上螺杆（14）前端的三维扫描仪（15）深入到拟拼装管片与待连接的拼装管片相接的螺栓孔内，取得该螺栓孔的三维模型数据，并与数据处理机构（6）内存储的平滑通顺的螺栓孔三维数据比对，在允许偏差范围内，则缩回螺栓孔对正微调感应机械臂（9），启动螺栓安装紧固双头机械臂（11），通过三爪式机械手（16）上的六角凹槽（18）抓取螺栓，并将螺栓插入到所述螺栓孔内，待螺栓安装到位后，带气动扳手（19）的机械手紧固螺母；

步骤八：顺次安装标准块、临接块和封顶块：按照上述顺序顺次根据管片拼装顺序，依次安装标准块、临接块和封顶块，直至完成一环隧道管片的安装工作，然后等待重复下一环隧道管片的安装工作。