[发明专利]一种智能混喷机器人的混喷方法

说明书

本发明公开了一种智能混喷机器人的混喷方法，解决了现有技术中隧道施工混喷支护数据处理量大、精度不高的问题。本发明步骤如下：在同一回转支撑上设置两个相同的机械臂，其中一个机械臂上设有测距传感器、另一个机械臂上设有喷浆嘴，两个机械臂之间的圆心角为β；根据喷浆嘴和测距传感器本身参数及隧道横截面设计尺寸，分别确定两个机械臂的末端的路径；本发明的测距传感器和喷浆嘴同环布置，通过相同结构的机械臂将隧道三维扫描转化为二维平面内的计算，只需处理采集得到的洞壁高度信息，将数据处理量从三维数据简化为了一维数据，极大减少了数据处理量。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是指一种智能混喷机器人的混喷方法。

背景技术

隧道支护是隧道施工中的关键性步骤，目前的混喷装置多为半自动化系统，需要人工操作手近距离观察隧道质量，并对响应位置进行人工喷浆，工作环境极其恶劣，且对人工操作水平和经验要求较高，隧道最终成型质量难以保证。近年来随着科技的发展逐步出现了智能喷浆方面的相关研究，多采用激光三维扫描仪对隧道轮廓进行建模，如申请号201910567117.0的一种智能喷浆系统及其喷浆支护方法，但其具有数据处理量极大、数据处理算法难度较高、设备成本高等问题，目前尚未成熟应用于隧道混喷支护。因此，设计一种能智能混喷方法很有必要。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种智能混喷机器人的混喷方法，解决了现有技术中隧道施工混喷支护数据处理量大、精度不高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种智能混喷机器人的混喷方法，步骤如下：

S1：在同一回转支撑上设置两个相同的机械臂，其中一个机械臂上设有测距传感器、另一个机械臂上设有喷浆嘴，两个机械臂之间的圆心角为β；

S2：根据喷浆嘴和测距传感器本身参数及隧道横截面设计尺寸，分别确定两个机械臂的末端的路径；

S3：根据步骤S2中确定的机械臂的末端路径，进行运动学反解，确定测距传感器的位姿；

S4：测距传感器对隧道洞壁进行轮廓扫描，后台控制器根据轮廓扫描计算喷浆嘴的喷浆位置和喷浆量；

S5：后台控制器根据步骤S4中的喷浆位置和喷浆量，调节喷浆嘴的位姿，对隧道洞壁进行定点定量喷涂支护；

S6：重复步骤S2～S5，对隧道洞壁进行全面智能混喷支护。

在步骤S1中两个相同的机械臂位于同一竖直平面内。

在步骤S2中机械臂的末端的路径的确定步骤如下：

S2.1：根据隧道轮廓设计图纸和测距传感器自身的探测宽度和高度参数，确定机械臂的初始姿态和位置，保证测距传感器能清晰探测到隧道洞壁数据；

S2.2：在测距传感器所在的平面内建立极坐标系，极坐标系的原点O1与回转支撑的圆心重合，测距传感器在相应的平面内的路径轨迹可以表示为l(t)＝(θ，R)＝(Δtω，R(t))

其中，θ为测距传感器(3)转过的角度，R为测距传感器(3)到原点O1的距离，ω为回转支撑的转速，R(t)为分段函数，

R(t)可表示为

其中，a，b，c....为常数，t_k为时间段，k值取决于隧道的设计轮廓组成段数；

S2.3：回转支撑沿隧道轴线方向运动，当遇到隧道截面大小和形状发生改变时，重新设定机械臂的末端的路径，始终保持路径轨迹形状与隧道轮廓形状一致，同样保持测距传感器探测距离和探测宽度不变，对R(t)值进行重新修正，直到覆盖整个隧道。

在步骤S4中喷浆位置和喷浆量确定的步骤如下：