本發(fā)明涉及鐵路隧道鉆孔領(lǐng)域，特別是一種采用移動(dòng)工程機(jī)器人進(jìn)行隧道鉆孔的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，人民生活水平不斷提高，人們出行方式也發(fā)生了重大改變，軌道交通成了人們出行的重要選擇之一，由于它的快捷而經(jīng)濟(jì)，國(guó)家為了滿足人們的這種需求不斷加大投入，越來(lái)越多的軌道等待建設(shè)。為了更快更好的完成施工，軌道交通的從業(yè)者們不斷的想方設(shè)法提高工作效率，按期完成施工任務(wù)，但作為軌道施工的一部分，隧道施工中鉆孔施工工藝還是比較落后的人工作業(yè)方式。

而人工作業(yè)存在很多缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大作業(yè)人員容易疲勞，不能持繼的以同樣的速度鉆孔，導(dǎo)致效率低；人作作業(yè)由于每次鉆孔手持電錘的角度、推進(jìn)速度、鉆孔深度不一致，打孔質(zhì)量沒(méi)有保證，重復(fù)性差。人工作業(yè)用人多成本高；人工作業(yè)由于人的一時(shí)疏忽或多人協(xié)作不一致，容易出安全事故安全，作業(yè)不安全；燧道中空氣流通不夠、光線照明不足、鉆孔時(shí)產(chǎn)生灰塵導(dǎo)致作業(yè)環(huán)境差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種采用移動(dòng)工程機(jī)器人進(jìn)行隧道鉆孔的系統(tǒng)，其鉆孔質(zhì)量高且一致性好，高效可靠，安全快速，又節(jié)省人力成本，相同作業(yè)時(shí)間下，隧道鉆孔作業(yè)距離可達(dá)到人工鉆孔的數(shù)倍。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種采用移動(dòng)工程機(jī)器人進(jìn)行隧道鉆孔的系統(tǒng)，包括bim隧道鉆孔模型、cpiii軌道控制網(wǎng)和工程機(jī)器人；

其中，bim的英文全稱是buildinginformationmodeling，國(guó)內(nèi)較為一致的中文翻譯為建筑信息模型，建筑信息模型是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建立起三維的建筑模型，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。其具有信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性八大特點(diǎn)。

bim隧道鉆孔模型：設(shè)計(jì)出各個(gè)孔的位置，并通過(guò)revit二次發(fā)程序?qū)С隹讌?shù)，所述孔參數(shù)包括坐標(biāo)、孔角度、孔徑、孔深、cpiii孔位坐標(biāo)、cpiii孔位編號(hào)；

高速鐵路工程測(cè)量平面控制網(wǎng)分三級(jí)布設(shè)：cpi為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)，主要勘測(cè)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供坐標(biāo)基準(zhǔn)；cpii為線路平面控制網(wǎng)，主要勘測(cè)和施工提供控制基準(zhǔn)；cpiii為軌道控制網(wǎng)，控制點(diǎn)沿軌道方向每隔40-60米成對(duì)鋪設(shè)，主要為軌道鋪設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供控制基準(zhǔn)。其中，cp為controlpoints的縮寫(xiě)。

cpiii軌道控制網(wǎng)：bim隧道鉆孔模型中，包含有cpiii控制點(diǎn)的位置參數(shù)，包括cpiii孔位坐標(biāo)、cpiii孔位編號(hào)；所述cpiii軌道控制網(wǎng)包括控制點(diǎn)定位柱；

所述工程機(jī)器人包括軌道移動(dòng)平臺(tái)，所述軌道移動(dòng)平臺(tái)上安裝有動(dòng)力電源系統(tǒng)、工業(yè)計(jì)算機(jī)、六軸機(jī)械手、plc控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)、鋼筋探測(cè)儀、實(shí)時(shí)激光孔深檢測(cè)儀、電錘及集塵系統(tǒng)；所述軌道移動(dòng)平臺(tái)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述軌道移動(dòng)平臺(tái)在軌道上移動(dòng)，移動(dòng)最快速度30km/h；

所述動(dòng)力電源為整個(gè)工程機(jī)器人提供動(dòng)力和電源，所述動(dòng)力電源系統(tǒng)連接工業(yè)計(jì)算機(jī)；所述工業(yè)計(jì)算機(jī)分別連接六軸機(jī)械手、plc控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)及攝像系統(tǒng)；所述工業(yè)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)處理定位數(shù)據(jù)和鉆孔數(shù)據(jù)，給plc控制系統(tǒng)和六軸機(jī)械手下發(fā)指令，監(jiān)控它們的運(yùn)行狀態(tài)；所述六軸機(jī)械手的末端連接有電錘，所述電錘可配不同鉆具，可以鉆不同孔徑的孔；

其中，plc為可編程邏輯控制器，英文全稱是programmablelogiccontroller，可編程邏輯控制器是種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。

所述plc控制系統(tǒng)分別連接鋼筋探測(cè)儀、實(shí)時(shí)激光孔深檢測(cè)儀、電錘及集塵系統(tǒng)，所述plc控制系統(tǒng)控制軌道移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)、鋼筋探測(cè)儀、實(shí)時(shí)激光孔深檢測(cè)設(shè)備、電錘的啟停、集塵系統(tǒng)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述定位系統(tǒng)包括激光雷達(dá)、rfid、cpiii軌道控制網(wǎng)的控制點(diǎn)定位柱，用于給所述軌道移動(dòng)平臺(tái)定位。

其中，rfid的英文全稱是radiofrequencyidentification，又稱無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸；射頻一般是1-100ghz的微波，適用于短距離識(shí)別通信。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述攝像系統(tǒng)包括攝像頭；所述集塵系統(tǒng)包括吸塵機(jī)，用于防止鉆孔時(shí)產(chǎn)生的灰塵四處飄散，污染環(huán)境。

所述系統(tǒng)的鉆孔方法步驟如下：

1）將bim隧道鉆孔模型的鉆孔參數(shù)和cpiii軌道控制網(wǎng)的網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)入工業(yè)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；

2）工業(yè)計(jì)算機(jī)里的工程機(jī)器人鉆孔專用軟件對(duì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行處理，按要求對(duì)孔進(jìn)行分類、分組、分區(qū)段，確定工程機(jī)器人的目標(biāo)作業(yè)點(diǎn)；

3）啟動(dòng)工程機(jī)器人，工程機(jī)器人啟動(dòng)后在軌道上運(yùn)行，定位系統(tǒng)對(duì)工程機(jī)器人進(jìn)行定位，使工程機(jī)器人準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)作業(yè)點(diǎn)，停穩(wěn)后啟動(dòng)六軸機(jī)械手，移動(dòng)到鉆孔位置；

4）通過(guò)鋼筋探測(cè)儀和攝像系統(tǒng)對(duì)同一作業(yè)點(diǎn)的所有孔位進(jìn)行障礙物檢測(cè)，有障礙物時(shí)，則重新選擇鉆孔位置；無(wú)障礙物時(shí)，啟動(dòng)電錘開(kāi)始鉆孔；所述障礙物包括鋼筋、隧道伸縮縫、隧道連接縫、盾構(gòu)區(qū)間管片連接縫及明顯滲水漏水區(qū)；

其中，鋼筋探測(cè)儀檢測(cè)鉆孔位置是否有鋼筋，有鋼筋時(shí)需要重新選擇鉆孔位置；攝像系統(tǒng)獲取鉆孔位置圖像，判斷是否否有隧道伸縮縫、隧道連接縫、盾構(gòu)區(qū)間管片連接縫及明顯滲水漏水區(qū)等，有時(shí)需要重新選擇鉆孔位置。

5）鉆孔過(guò)程中，吸塵裝置收集鉆孔產(chǎn)生的灰塵，實(shí)時(shí)激光孔深檢測(cè)儀實(shí)時(shí)檢測(cè)鉆孔的深度，到達(dá)目標(biāo)孔深時(shí)，六軸機(jī)械手帶著電錘移動(dòng)到下一孔位鉆孔，并記錄鉆孔參數(shù)；

6）本作業(yè)點(diǎn)所有孔鉆完，六軸機(jī)械手回到原位，工程機(jī)器人移動(dòng)到下一作業(yè)點(diǎn)繼續(xù)鉆孔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：一種采用移動(dòng)工程機(jī)器人進(jìn)行隧道鉆孔的系統(tǒng)，其中，機(jī)器人可連續(xù)作業(yè)，鉆孔效率高；機(jī)器人作業(yè)時(shí)動(dòng)作重復(fù)性高度一致，鉆孔質(zhì)量高且一致性好；作業(yè)所需人員減少，既節(jié)省人力成本，又減少了人為因素影響，可靠性更高，作業(yè)更安全快速。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。

圖2為本發(fā)明的鉆孔流程圖。

圖3為工程機(jī)器人的設(shè)備圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖說(shuō)明與實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：

實(shí)施案例一：參考圖1至圖3，一種采用移動(dòng)工程機(jī)器人進(jìn)行隧道鉆孔的系統(tǒng)，包括bim隧道鉆孔模型、cpiii軌道控制網(wǎng)和工程機(jī)器人1；

其中，bim的英文全稱是buildinginformationmodeling，國(guó)內(nèi)較為一致的中文翻譯為建筑信息模型，建筑信息模型是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建立起三維的建筑模型，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。其具有信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性八大特點(diǎn)。

bim隧道鉆孔模型：設(shè)計(jì)出各個(gè)孔的位置，并通過(guò)revit二次發(fā)程序?qū)С隹讌?shù)，所述孔參數(shù)包括坐標(biāo)、孔角度、孔徑、孔深、cpiii孔位坐標(biāo)、cpiii孔位編號(hào)；

高速鐵路工程測(cè)量平面控制網(wǎng)分三級(jí)布設(shè)：cpi為基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)，主要勘測(cè)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供坐標(biāo)基準(zhǔn)；cpii為線路平面控制網(wǎng)，主要勘測(cè)和施工提供控制基準(zhǔn)；cpiii為軌道控制網(wǎng)，控制點(diǎn)沿軌道方向每隔40-60米成對(duì)鋪設(shè)，主要為軌道鋪設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供控制基準(zhǔn)。其中，cp為controlpoints的縮寫(xiě)。

cpiii軌道控制網(wǎng)：bim隧道鉆孔模型中，包含有cpiii控制點(diǎn)的位置參數(shù)，包括cpiii孔位坐標(biāo)、cpiii孔位編號(hào)；所述cpiii軌道控制網(wǎng)包括控制點(diǎn)定位柱；

所述工程機(jī)器人1包括軌道移動(dòng)平臺(tái)11，所述軌道移動(dòng)平臺(tái)11上安裝有動(dòng)力電源系統(tǒng)、工業(yè)計(jì)算機(jī)、六軸機(jī)械手12、plc控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)、鋼筋探測(cè)儀、實(shí)時(shí)激光孔深檢測(cè)儀、電錘及集塵系統(tǒng)13；所述軌道移動(dòng)平臺(tái)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述軌道移動(dòng)平臺(tái)在軌道上移動(dòng)，移動(dòng)最快速度30km/h；

所述動(dòng)力電源為整個(gè)工程機(jī)器人提供動(dòng)力和電源，所述動(dòng)力電源系統(tǒng)連接工業(yè)計(jì)算機(jī)；所述工業(yè)計(jì)算機(jī)分別連接六軸機(jī)械手、plc控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)及攝像系統(tǒng)；所述工業(yè)計(jì)算機(jī)安裝有工程機(jī)器人鉆孔專用軟件，工業(yè)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)處理定位數(shù)據(jù)和鉆孔數(shù)據(jù)，給plc控制系統(tǒng)和六軸機(jī)械手下發(fā)指令，監(jiān)控它們的運(yùn)行狀態(tài)；所述六軸機(jī)械手的末端連接有電錘，所述電錘可配不同鉆具，可以鉆不同孔徑的孔；

其中，plc為可編程邏輯控制器，英文全稱是programmablelogiccontroller，可編程邏輯控制器是種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。

所述plc控制系統(tǒng)分別連接鋼筋探測(cè)儀、實(shí)時(shí)激光孔深檢測(cè)儀、電錘及集塵系統(tǒng)，所述plc控制系統(tǒng)控制軌道移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)、鋼筋探測(cè)儀、實(shí)時(shí)激光孔深檢測(cè)設(shè)備、電錘的啟停、集塵系統(tǒng)；

所述定位系統(tǒng)包括激光雷達(dá)、rfid、cpiii軌道控制網(wǎng)的控制點(diǎn)定位柱，用于給所述軌道移動(dòng)平臺(tái)定位。

其中，rfid的英文全稱是radiofrequencyidentification，又稱無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸；射頻一般是1-100ghz的微波，適用于短距離識(shí)別通信。

所述攝像系統(tǒng)包括攝像頭；所述集塵系統(tǒng)包括吸塵機(jī)，用于防止鉆孔時(shí)產(chǎn)生的灰塵四處飄散，污染環(huán)境。

所述系統(tǒng)的鉆孔方法步驟如下：

1）將bim隧道鉆孔模型的鉆孔參數(shù)和cpiii軌道控制網(wǎng)的網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)入工業(yè)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；

2）工業(yè)計(jì)算機(jī)里的工程機(jī)器人鉆孔專用軟件對(duì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行處理，按要求對(duì)孔進(jìn)行分類、分組、分區(qū)段，確定工程機(jī)器人的目標(biāo)作業(yè)點(diǎn)；

3）啟動(dòng)工程機(jī)器人，工程機(jī)器人啟動(dòng)后在軌道上運(yùn)行，定位系統(tǒng)對(duì)工程機(jī)器人進(jìn)行定位，使工程機(jī)器人準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)作業(yè)點(diǎn)，停穩(wěn)后啟動(dòng)六軸機(jī)械手，移動(dòng)到鉆孔位置；

4）通過(guò)鋼筋探測(cè)儀和攝像系統(tǒng)對(duì)同一作業(yè)點(diǎn)的所有孔位進(jìn)行障礙物檢測(cè)，有障礙物時(shí)，則重新選擇鉆孔位置；無(wú)障礙物時(shí)，啟動(dòng)電錘開(kāi)始鉆孔；所述障礙物包括鋼筋、隧道伸縮縫、隧道連接縫、盾構(gòu)區(qū)間管片連接縫及明顯滲水漏水區(qū)；

其中，鋼筋探測(cè)儀檢測(cè)鉆孔位置是否有鋼筋，有鋼筋時(shí)需要重新選擇鉆孔位置；攝像系統(tǒng)獲取鉆孔位置圖像，判斷是否否有隧道伸縮縫、隧道連接縫、盾構(gòu)區(qū)間管片連接縫及明顯滲水漏水區(qū)等，有時(shí)需要重新選擇鉆孔位置。

5）鉆孔過(guò)程中，吸塵裝置收集鉆孔產(chǎn)生的灰塵，實(shí)時(shí)激光孔深檢測(cè)儀實(shí)時(shí)檢測(cè)鉆孔的深度，到達(dá)目標(biāo)孔深時(shí)，六軸機(jī)械手帶著電錘移動(dòng)到下一孔位鉆孔，并記錄鉆孔參數(shù)，以后反饋給bim隧道鉆孔模型；

6）本作業(yè)點(diǎn)所有孔鉆完，六軸機(jī)械手回到原位，工程機(jī)器人移動(dòng)到下一作業(yè)點(diǎn)繼續(xù)鉆孔。

本發(fā)明的主要功能：提供一種采用移動(dòng)工程機(jī)器人進(jìn)行隧道鉆孔的系統(tǒng)，其中，機(jī)器人可連續(xù)作業(yè)，鉆孔效率高；機(jī)器人作業(yè)時(shí)動(dòng)作重復(fù)性高度一致，鉆孔質(zhì)量高且一致性好；作業(yè)所需人員減少，既節(jié)省人力成本，又減少了人為因素影響，可靠性更高，作業(yè)更安全快速。

綜上所述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員閱讀本發(fā)明文件后，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思無(wú)需創(chuàng)造性腦力勞動(dòng)而作出其他各種相應(yīng)的變換方案，均屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。