一种TBM支护件的拼装装置及设备的制作方法

本发明实施例涉及隧道施工设备技术领域，特别是涉及一种tbm支护件的拼装装置及设备。

背景技术：

随着我国经济的发展，基础设置建设的投入也在不断加大，高级公路、高速铁路、城市管廊和城市轨道的建设在不断地开展，伴随而来的隧道施工里程也在逐渐增多。

隧道工程施工过程中，对于不同基岩地质条件需要进行支护，来保证隧道工程整体建设的安全，其中，隧道支护是指在隧道开挖过程中依据围岩的稳定性进行加固的措施，是保持隧道围岩变形稳定、防止隧道坍塌的重要手段。按照支护手段的不同可以将支护分为初期支护、二次衬砌支护和超前支护，其中，初期支护是施工中最为重要的支护方式。隧道初期支护由钢拱架、钢筋网片、锚杆和湿喷混凝土等组成，是隧道轮廓的主要承载结构。基于隧道结构耐久性的要求，隧道设计施工中特别重视钢拱架支护技术，钢架的主要作用是在短时间内给与围岩强有力的支护，约束围岩的位移，控制围岩塑性区的发展，钢拱架支护和高性能混凝土喷射技术使围岩保持近于三维的应力稳定状态，控制围岩的应力释放。

目前，由于受到隧洞(道)内的空间条件限制及隧道支护机械(拱架拼装机、多功能作业台车等)自动化能力的限制，现有技术中的钢拱架拼接拼装主要是由人工作业的，不仅工作效率低，而且由于隧道内的环境恶劣，危险性较高，难以保障工作人员的工作安全。

鉴于此，如何提供一种解决上述技术问题的tbm支护件的拼装装置及设备成为本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种tbm支护件的拼装装置及设备，在使用过程中不仅节约了人力资源，提高了工作效率，还在有利于保障工作人员的人身安全。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种tbm支护件的拼装装置，包括控制机构、抓取机构、识别机构及固定机构，其中：

所述控制机构，用于依据第一控制信息生成第一控制指令和第二控制指令；用于依据预设安装位置信息生成第三控制指令；还用于在待安装支护件的当前位置信息与目标位置相匹配时生成第四控制指令；

所述抓取机构，用于依据所述第一控制指令抓取所述待安装支护件；还用于依据所述第三控制指令将所述待安装支护件移动至预先设置的拼接环上相应的所述目标位置处；

所述识别机构，用于依据所述第二控制指令对所述待安装支护件进行识别，并获取所述待安装支护件的标定信息，所述标定信息包括所述预设安装位置信息；还用于识别所述待安装支护件的当前位置信息；

所述固定机构，用于依据所述第四控制指令将所述待安装支护件与所述拼接环上当前放置的相邻支护件进行连接。

可选的，还包括撑起机构，其中：

所述控制机构，还用于在所有的待安装支护件拼接完成、形成拼接支护件后，发出第五控制指令；在所述拼接支护件被所述撑起机构撑起后生成第六控制指令；

所述撑起机构，用于依据所述第五控制指令从所述拼接环上取下所述拼接支护件，并将所述拼接支护件撑起以使所述拼接支护件与待支护的岩壁贴合；

所述固定机构，还用于依据第六控制指令将所述拼接支护件上的各个连接位置进行固定。

可选的，还包括检测装置，用于对运输所述待安装支护件的运输装置进行监测，并当与所述运输装置的距离小于预设距离时生成所述第一控制信息。

可选的，还包括用于连接所述抓取机构和所述识别机构的连接杆；所述连接杆，用于在所述抓取机构移动时带动所述识别机构与所述抓取机构同步运动。

可选的，所述支护件为钢拱架或钢管片。

可选的，所述识别机构，具体用于依据所述第二控制指令对预先设置于所述待安装支护件上的识别码进行识别，并获取所述待安装支护件的标定信息，所述标定信息包括所述预设安装位置信息。

可选的，所述识别码为二维码。

可选的，所述抓取机构包括中心球关节轴承、转动座、偏转油缸、俯仰油缸、提升横梁以及缩紧油缸。

可选的，所述识别机构包括摄像头。

本发明实施例还提供了一种tbm支护件的拼装设备，包括如上述所述的tbm支护件的拼装装置。

本发明实施例提供了一种tbm支护件的拼装装置及设备，包括控制机构，用于依据第一控制信息生成第一控制指令和第二控制指令，用于依据预设安装位置信息生成第三控制指令，还用于在待安装支护件的当前位置信息与目标位置相匹配时生成第四控制指令；抓取机构，用于依据第一控制指令抓取待安装支护件，还用于依据第三控制指令将待安装支护件移动至预先设置的拼接环上相应的目标位置处；识别机构，用于依据第二控制指令对待安装支护件进行识别，并获取待安装支护件的标定信息，标定信息包括预设安装位置信息，还用于识别待安装支护件的当前位置信息；固定机构，用于依据第四控制指令将待安装支护件与拼接环上当前放置的相邻支护件进行连接。

可见，本申请中能够通过控制机构对抓取机构、识别机构和固定机构进行控制，并使抓取机构、识别机构和固定机构相互配合实现对待安装支护件的自动拼接安装，不仅节约了人力资源，提高了工作效率，还在有利于保障工作人员的人身安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种tbm支护件的拼装装置的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种抓取机构和识别机构的整体结构示意图；

图3为图2的切面示意图；

图4为图2的侧视图；

图5为本发明实施例提供的一种tbm支护件的拼装装置的局部结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种待安装支护件二维码标定示意图；

图7为本发明实施例提供的一种二维码信息录入流程图；

图8为本发明实施例提供的一种二维码信息识别流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种tbm支护件的拼装装置及设备，在使用过程中不仅节约了人力资源，提高了工作效率，还在有利于保障工作人员的人身安全。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种tbm支护件的拼装装置的结构框图。

该tbm支护件的拼装装置，包括控制机构1、抓取机构2、识别机构3及固定机构4，其中：

控制机构1，用于依据第一控制信息生成第一控制指令和第二控制指令；用于依据预设安装位置信息生成第三控制指令；还用于在待安装支护件的当前位置信息与目标位置相匹配时生成第四控制指令；

抓取机构2，用于依据第一控制指令抓取待安装支护件；还用于依据第三控制指令将待安装支护件移动至预先设置的拼接环上相应的目标位置处；

识别机构3，用于依据第二控制指令对待安装支护件进行识别，并获取待安装支护件的标定信息，标定信息包括预设安装位置信息；还用于识别待安装支护件的当前位置信息；

固定机构4，用于依据第四控制指令将待安装支护件与拼接环上当前放置的相邻支护件进行连接。

需要说明的是，在进行隧道施工时，预先根据隧道的实际情况和安装需要选择合适的支护件，其中，支护件可以按照现有的方法预先进行生产加工，并且在根据当前施工隧道的实际情况和需求选择出合适的支护件后，可以对所选择的各个支护件进行信息标定。

具体的，可以将本实施例中的tbm支护件的拼装装置预先设置于正在施工的隧道内，并且预先设置好用于拼接支护件的拼接环，工作人员可以位于隧道外，并通过运输工具将当前需要拼接的待安装支护件运送至隧道内，tbm支护件的拼装装置中的控制机构1在接收到第一控制信息后，会生成第一控制指令和第二控制指令，与控制机构1具有通信连接的抓取机构2根据该第一控制指令抓取待安装支护件，与控制机构1有通信连接的识别机构3对抓取机构2抓取的待安装支护件进行识别，得到与该待安装支护件对应的标定信息，并将该标定信息发送至控制机构1，控制机构1根据该标定信息中的预设安装位置信息确定出该待安装支护件在预先设置的拼接环上的目标位置，控制机构1生成第三控制指令，并将该第三控制指令发送至抓取机构2，抓取机构2根据第三控制指令将待安装支护件移动至拼接环上相应的目标位置处，并且在移动的过程中识别机构3可以实时识别待安装支护件的当前位置信息，并将该当前位置信息发送至控制机构1，控制机构1可以根据该当前位置信息确定抓取机构2是否已经将该待安装支护件移动至拼接环上的相应目标位置处，当移动至该目标位置处后，则该控制机构1可以生成第四控制指令并将该第四控制指令发送至固定机构4，固定机构4会根据该第四控制指令对拼接环上的待安装支护件和目标已经放置在拼接环上的、与该待安装支护件相邻的其他支护件进行连接，也即将待安装支护件和与其相邻的支护件相连接。

需要说明的是，当该待安装支护件为第一个放置于拼接环上的支护件时，不需要对该待安装支护件进行连接操作，此时控制机构1控制抓取机构2抓取第二个待安装支护件，并将第二个待安装支护件放置于拼接环上的相应目标位置处，其中，该目标位置根据第二个待安装支护件的预设安装位置信息进行确定，并且使第二个待安装支护件与当前已经设置于拼接环上的第一个支护件之间的位置关系也根据预设安装位置信息进行确定，从而控制抓取机构2将第二个待安装支护件放置在拼接环的相应目标位置处，使第二个待安装支护件和当前位于拼接环上的第一个支护件的连接口对准，并控制固定机构4将位于拼接环上的第一个支护件和当前的待安装支护件的连接口进行连接。

当然，如果待安装支护件为最后一个支护件，则将待安装支护件放置在拼接环上使待安装支护件的第一个连接端与前一个支护件的相应连接端对准，使待安装支护件的第二个连接端与第一个支护件的相应连接端重叠预设长度，并控制固定机构4将待安装支护件与前一个支护件和第一个支护件的进行相应的连接。其中，本实施例中的支护件具体可以为钢拱架、钢管片、格栅拱架、u型钢拱架等。

可以理解的是，在拼接完成后形成一个环形的拼接支护件，可以人工将该拼接支护件从拼接环上取下，并操作相应的撑起装置将拼接支护件撑起与岩壁贴合，并将撑起后的拼接支护件中的各个连接位置进行固定、封环形成单榀拱架。具体的，单个单榀拱架均可以通过本实施例中提供的tbm支护件的拼装装置进行拼装，在拼装完成一个单榀拱架后，再拼接下一个单榀拱架。

进一步的，该装置还可以包括撑起机构，其中：

控制机构1，还用于在所有的待安装支护件拼接完成、形成拼接支护件后，发出第五控制指令；在拼接支护件被撑起机构撑起后生成第六控制指令；

撑起机构，用于依据第五控制指令从拼接环上取下拼接支护件，并将拼接支护件撑起以使拼接支护件与待支护的岩壁贴合；

固定机构4，还用于依据第六控制指令将拼接支护件上的各个连接位置进行固定。

具体的，为了进一步提高工作效率和工作人员的安全，本实施例中的tbm支护件的拼装装置还可以包括撑起机构，也即在将各个待安装支护件拼接完成、形成一个环形的拼接支护件后，控制结构1可以生成并向撑起机构发送第五控制指令，撑起机构根据该第五控制指令从拼接环上取下拼接支护件，并将拼接支护件撑起，使撑起后的拼接支护件与待支护岩壁贴合，此时控制机构1还可以生成第六控制指令，并控制固定机构4对撑起后的拼接支护件中的各个支护件之间的连接处进行固定，其中，各个连接处可以通过螺栓固定，也即当支护件的连接端为螺孔时，可以通过螺栓对各个连接处进行固定，相应的固定机构4为自动拧螺栓机构，并且该自动拧螺栓机构(也即固定机构4)可以集成在识别机构3上，其中，识别机构3可以包括摄像头，具体请参照图2-4，其中，图2为固定机构和识别机构的整体结构示意图，图3为图2的切面示意图，图4为图2的侧视图，其中，图3中的31表示识别机构中的摄像头，该摄像头具体可以采用高清摄像头，图3中的41表示自动拧螺栓机构的电动扳手，图4中的42表示与控制机构1连接的控制线路，43表示自由度调节机构，用于在转动过程中带动41旋转，从而实现带动螺栓旋转以使螺栓拧紧固定，并且43可以实现360°旋转。

当然，拼接支护件中的各个支护件之间的连接处不仅可以采用螺栓固定连接，也可以通过其他的、与支护件相匹配的连接方式固定，具体可以根据情况进行确定，本申请对此不做特殊限定。

另外，本申请中的撑起机构的具体结构可以参照现有技术中的撑起装置，本申请只需要实现对撑起机构的自动控制即可。

进一步的，该装置还可以包括检测装置，用于对运输待安装支护件的运输装置进行监测，并当与运输装置的距离小于预设距离时生成第一控制信息。

需要说明的是，本实施例中还可以设置检测装置，具体可以设置于抓取机构2对应的位置处，并且在检测到运输装置到达预设位置(也即检测装置与运输装置的距离小于预设距离时的位置处)，可以生成第一控制信息，以便控制机构1根据该第一控制信息生成第一控制指令和第二控制指令。其中，该检测装置具体可以为接近传感器，具体采用哪种传感器可以根据实际需要进行确定，本申请不做特殊限定。

当然，本申请中的第一控制信息也可以由远程控制器发送的，也即工作人员可以在运输装置达到后通过远程控制器发送第一控制信息至控制机构1。

更进一步的，该装置还可以包括用于连接抓取机构2和识别机构3的连接杆5；连接杆5，用于在抓取机构2移动时带动识别机构3与抓取机构2同步运动。

具体请参照图5，其中，识别机构3与抓取机构2通过连接杆5连接，从而实现在抓取机构2移动时，识别机构3与抓取机构2随动，以便于识别机构3能够实时获取待安装支护件(如图5中的待安装支护件6)的当前位置信息，以准确对待安装支护件进行定位。其中，识别机构3具体可以设置于连接杆5的一端上，如图5所示，并且在抓取机构2抓取待安装支护件后，可以是识别机构3与待安装支护件贴近，并且可以通过连接杆5随抓取机构2随动接近待安装支护件的尾端，具体可以对预先设置于待安装支护件的尾端的标识码进行识别，并且还可以通过对待安装支护件的尾端进行定位，以实现对整个待安装支护件的当前位置定位。

具体的，图5中的抓取机构2可以由抓取结构21以及用于举升抓取结构21的举升结构22构成，并且图5中的识别机构3中可以集成了固定机构4，固定机构和识别机构的整体结构示意图如图2所示。

更进一步的，本实施例中的识别机构3，具体用于依据第二控制指令对预先设置于待安装支护件上的识别码进行识别，并获取待安装支护件的标定信息，标定信息包括预设安装位置信息。

可以理解的是，可以预先在待安装支护件上贴上与其对应的标识码，具体可以为二维码，该二维码中包括与该待安装支护件对的标定信息，识别机构3可以通过对该二维码进行识别从而获取相应的标定信息。其中，二维码可以预先贴在支护件的一端上，例如图6所示。

进一步的，本实施例中的抓取机构2可以实现对支护件的自动拼装，识别机构3能够实现对支护件的定位识别，该抓取机构2包括中心球关节轴承、转动座、偏转油缸、俯仰油缸、提升横梁以及缩紧油缸，具体的该抓取机构2的具体原理可以参照传统混凝土管片拼装机，本申请不做详述。

具体的，中心球关节轴承安装在转动座与提升横梁之间，偏转油缸的轴线平行于转动座，偏转油缸、俯仰油缸与提升横梁及转动座相铰接，并且待安装支护件上可以预先安装有连接螺栓，通过对待安装支护件平移、回转、提升将设置于待安装支护件上的连接螺栓与相邻支护件上的螺栓卡座对位，再通过锁紧油缸把待安装支护件锁死在转动座上，其中，俯仰油缸、偏转油缸可以用来对待安装支护件进行微调。

当然，抓取机构2不仅限于包括上述几部分，还可以采用包括机械爪、电永磁铁等用于抓取待安装支护件的结构，如何控制抓取机构2对待安装支护件进行抓取为现有技术中成熟的技术，本申请对此不做详细介绍。

需要说明的是，本实施例中在通过二维码对待安装支护件进行信息标定时，相应的二维码的信息录入和形成过程具体可以参照图7，其具体过程如下：

首先，分析数据，具体可以根据待安装支护件的信息确定要进行编码的字符类型，选定相对应的错误检测及纠正等级，根据所用数据码和纠错码字符串的长度，选择合适的qr码符号版本，确保该数据串能被其容量全部包含；然后，进行数据编码，具体可以采用qr码既定的规则，将数据字符转换成位流，随后在数据序列尾部置入终止符，把生成的位流分成若干个码字，每个码字8位，如果字数不够时，则考虑加入填充字符，用来补满规则要求的字数；然后在进行纠错编码，具体可以根据实际要求，把码字序列分成一块块，从而按块生成相对应的纠错码字，然后把生成的纠错码字加入至相对应的数据码字序列尾部，通常qr二维码可以采用reed-solomon纠错码纠错；然后在构造最终信息，具体可以根据qr码标准，在每一块的相应位置处增加数据和纠错码字，在必要的时候，还可以置入剩余位；然后在进行排列码字，具体可以在矩阵中布置模块，把寻像图形、分割符和定位图形根据qr码规则进行排列，并将排列好的码字置入二维码矩阵中；然后在生成掩模，具体可以用各种掩模图形依照次序对符号的编码区域的位图进行掩模，评价处理后得到的结果，选择最优的一种，然后置入所生成的格式与版本信息从而形成二维码，然后将该二维码贴装在相应的待安装支护件上，具体可以根据识别机构3与抓取机构2的相对位置，确定二维码在待安装支护件上的贴装位置，该位置可以在识别机构3能够识别的位置范围内即可，具体可以根据实际情况进行确定。

相应的，本实施例中的识别机构3在对二维码进行识别时，其具体识别流程可以参照图8，另外，由于如何对二维码进行识别获取二维码中的信息为现有技术中成熟的技术，本申请不做具体介绍。

另外，还需要说明的是，本实施例中的tbm支护件的拼装装置还可以设置防震动结构，以便将该tbm支护件的拼装装置放置于掘进机上、且在掘进机进行工作时不会产生较大的振动，以便确保拼接支护件的质量。

本发明实施例提供了一种tbm支护件的拼装装置，包括控制机构，用于依据第一控制信息生成第一控制指令和第二控制指令，用于依据预设安装位置信息生成第三控制指令，还用于在待安装支护件的当前位置信息与目标位置相匹配时生成第四控制指令；抓取机构，用于依据第一控制指令抓取待安装支护件，还用于依据第三控制指令将待安装支护件移动至预先设置的拼接环上相应的目标位置处；识别机构，用于依据第二控制指令对待安装支护件进行识别，并获取待安装支护件的标定信息，标定信息包括预设安装位置信息，还用于识别待安装支护件的当前位置信息；固定机构，用于依据第四控制指令将待安装支护件与拼接环上当前放置的相邻支护件进行连接。

可见，本申请中能够通过控制机构对抓取机构、识别机构和固定机构进行控制，并使抓取机构、识别机构和固定机构相互配合实现对待安装支护件的自动拼接安装，不仅节约了人力资源，提高了工作效率，还在有利于保障工作人员的人身安全。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种tbm支护件的拼装设备，包括如上述所述的tbm支护件的拼装装置。

需要说明的是，本实施例中所提供的tbm支护件的拼装设备具有与上述实施例所提供的tbm支护件的拼装装置相同的有益效果，并且对于本实施例中所涉及到的tbm支护件的拼装装置的具体介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。