一种盾构机管片自动化运输系统及其运输方法与流程

1.本发明涉及隧道施工过程中管片运输的技术领域，特别是指一种盾构机管片自动化运输系统及其运输方法。


背景技术：

2.现在的盾构机在施工过程中，管片的运输需要作业人员直接参与，作业人员需要在盾构机上手动操作管片卸载器、管片吊机、管片运输小车等，将管片运输车运输到隧道内的管片转运至管片拼装机的位置。人工手动操作本身不仅存在一定的不确定因素，而且施工人员的整体业务素质决定施工效率、施工安全、施工准确率、施工成本等。
3.虽然有部分管片转运设备可以自动化操作，有了一定的技术积累，但是许多技术还在实验阶段，没有真正搭载在盾构机上使用，各系在盾构机上的搭载接口，各个系统之间的施工关系，施工流程均没有合理可行的技术方案。
4.如申请公布日为2020.04.10、申请公布号cn 110985073 a的中国发明专利申请所公开的一种管片自动输送系统，包括前端转运装置和后端转运装置，所述的前端转运装置与后端转运装置之间设有移动卸载器，移动卸载器包括能够行走的卸载架，行走的卸载架上设有伸缩的导向架，导向架上设有旋转的折举头。该技术方案的管片卸载器可以实现纵向移动，通过管片卸载装置将管片输送至管片运输小车上，省去了管片吊机，减少了施工流程，虽然可以提高安全性和减少管片运送的作业人数，但只是管片运输过程的一部分，而且没有真正实现管片自动化运输。
5.再如申请公布日为2021.07.30、申请公布号cn 113184678 a的中国发明专利申请所公开的一种基于自动巡航的隧道内管片智能吊运系统及其工作方法，包括盾构管片采料系统、无人自动驾驶电瓶车、盾构机盾尾喂片机和盾构工业电脑，盾构工业电脑用于总控整个系统，驱动盾构管片采料系统用于向无人自动驾驶电瓶车运动以采料、向盾构机喂片机运动以送料，盾构机喂片机接料后进行盾构管片的安装。该技术方案通过吊运机构对盾构管片进行识别、吸取、转运，虽然可以提高施工效率，但也只是管片运输过程的一部分，并没有实现管片全流程运输的自动化。


技术实现要素：

6.针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种盾构机管片自动化运输系统及其运输方法，解决了现有管片运输系统自动化程度低的技术问题。
7.本技术的技术方案是这样实现的：一种盾构机管片自动化运输系统，包括依次设置的管片卸载器、管片吊机、管片运输小车，所述管片卸载器包括管片自动扫描识别系统、自动提升系统和自动旋转托架系统，通过管片自动扫描识别系统识别管片运输车上的管片信息，自动旋转托架系统旋转后支撑在管片的下方，自动提升系统将自动旋转托架系统提起，进而使管片运输车上的管片自动卸载至管片卸载器上；所述管片吊机包括管片自动扫描识别系统、自动升降系统、自动行走系统、自动抓取系统，通过管片自动扫描识别系统识
别管片卸载器上的管片信息，通过自动升降系统和自动抓取系统将管片提起，通过自动行走系统将管片直接吊运至管片运输小车；所述管片运输小车包括自动升降系统、自动运输系统，通过自动升降系统、自动运输系统将管片步进至管片拼装机位置；还包括管片销棒安装机器人、管片枕木抓取机器人及位于管片运输小车区域依次设置的管片自动水洗系统、管片自动气洗系统、管片自动清扫系统及管片质量自动扫描系统。在管片的转运过程中管片销棒安装机器人自动安装管片销棒、管片枕木抓取机器人自动抓取枕木，管片在管片运输小车上步进时，被管片自动水洗系统、管片自动气洗系统、管片自动清扫系统自动清洗，然后经管片质量自动扫描系统检查后使用。
8.进一步地，所述管片卸载器与管片吊机之间设置有管片转运小车，管片转运小车包括自动行走系统、管片自动扫描识别系统、自动定位系统。所述管片转运小车通过自动行走系统和自动定位系统自动行走至管片卸载器的位置，管片卸载器控制自动提升系统下降，使管片下落至管片转运小车上，然后将管片运送至管片转运区域。在管片转运区域，管片销棒安装机器人自动安装管片销棒、管片枕木抓取机器人自动抓取枕木。所述管片吊机通过自动升降系统和自动抓取系统将管片提起，通过自动行走系统将管片吊运至管片运输小车。
9.进一步地，所述管片自动水洗系统包括设置在管片运输小车区域的管片自动识别单元、高压水自动冲洗单元；管片自动气洗系统包括设置在管片运输小车区域的管片自动识别单元、高压自动吹风单元；所述管片自动清扫系统包括设置在管片运输小车区域的管片自动识别单元、弧形辊组自动清扫单元。在管运输小车步进运输管片的过程中，实现管片的自动化冲刷、吹风和清扫，以及检查。
10.进一步地，与所述管片销棒安装机器人相配合设置有管片销棒存储装置，既便于管片销棒安装机器人取拿，又提高了销棒安装的效率；与管片枕木抓取机器人配合设置有管片枕木存储装置，既便于管片枕木抓取机器人的动作制定，又避免了枕木在隧道内随意散落。
11.进一步地，拖车上设置有轨道，所述管片销棒安装机器人、管片枕木抓取机器人和管片吊机分别设置在三个轨道上或同一个轨道上，管片枕木抓取机器人管片销棒安装机器人均包括自动行走系统、自动扫描定位系统。管片销棒安装机器人、管片枕木抓取机器人不仅能够定点进行作业，而且能够像管片吊机一样行走，则在管片的整个运输过程中的任意位置都能进行作业。
12.进一步地，所述管片销棒安装机器人、管片枕木抓取机器人及管片吊机之间设置有连锁控制单元，防止运动部件之间发生干涉而碰撞。
13.进一步地，所述管片吊机的抓取方式为真空吸盘抓取方式或机械抓取方式。
14.一种盾构机管片自动化运输系统的运输方法，包括以下步骤：管片运输车将管片运输至隧道内管片卸载区域；位于管片卸载区域的管片卸载器通过通过管片自动扫描识别系统对管片进行扫描，自动识别管片，确定管片数量、位置、轮廓等信息后，自动旋转托架系统摆出到位，自动提升系统接到旋转托架系统到位信号后自动提升管片，实现管片自动卸载；管片枕木抓取机器人在管片卸载区域抓取枕木，管片吊机直接将管片卸载器上的管片运输至管片运输小车；管片吊机抓取管片驶离管片卸载区域后，向管片枕木抓取机器
人发出抓取信号，管片枕木抓取机器人得到抓取信号后，通过自动扫描定位系统识别枕木的尺寸和位置，通过机械臂自动抓取枕木，并将自动抓取的枕木放置到管片枕木存储装置中；管片销棒安装机器人在管片运输小车后部进行销棒安装，管片吊机将管片吊运至管片运输小车后，自动向管片销棒安装机器人发送安装信号；管片销棒安装机器人接收到安装信号后自动扫描销棒安装位的管片，确定管片的位置及销棒安装孔的位置，锁定销棒安装孔的位置后，通过机械臂自动安装管片销棒，将管片销棒存储装置中的管片销棒安装到管片上；管片运输小车通过自动升降系统、自动运输系统自动运输管片；管片运输小车区域设置的管片自动水洗系统、管片自动气洗系统自动识别管片运输小车上的管片，管片自动水洗系统通过高压水对管片进行高压水清洗，管片自动气洗系统通过高压气将管片上的水和污渍冲洗掉，管片运输小车区域设置的管片自动清扫系统将管片清扫干净；管片运输小车区域设置的管片质量自动扫描系统对管片进行自动检测，识别管片种类、检测管片是否破损、密封是否破损、管片是否有污渍等。整个运输过程全部自动化，一键控制，不需要人工参与。
15.一种盾构机管片自动化运输系统的运输方法，包括以下步骤：管片运输车将管片运输至隧道内管片卸载区域；位于管片卸载区域的管片卸载器通过通过管片自动扫描识别系统对管片进行扫描，自动识别管片，确定管片数量、位置、轮廓等信息后，自动旋转托架系统摆出到位，自动提升系统接到旋转托架系统到位信号后自动提升管片，实现管片自动卸载；管片卸载器与管片吊机之间设置有管片转运区域，管片转运区域设置有管片转运小车，管片卸载器将管片提升到最高点后，管片运输车驶离管片卸载区域并向管片转运小车发送转运信号；管片转运小车接收到转运信号后通过自动行走系统和自动定位系统自动行走到管片卸载器区域，管片转运小车通过管片自动扫描识别系统确定管片的位置，管片转运小车行走至管片底部并向管片卸载器发送到位信号，管片卸载器收到管片转运小车的到位信号后，管片卸载器通过自动提升系统将顶部的管片下降到最低点，其它位置的管片卸载器保持不动，管片放置在管片转运小车上之后，管片卸载器收回旋转托架系统，接到旋转托架系统回收的信号后，管片转运小车将整摞管片自动运输到管片转运区域；管片转运小车到达管片转运区域后自动旋转，管片转运小车旋转90度后改变管片的方位至销棒安装位并向管片销棒安装机器人发送安装信号；管片销棒安装机器人接收到安装信号后自动扫描销棒安装位的管片，确定管片的位置及销棒安装孔的位置，锁定销棒安装孔的位置后，通过机械臂自动安装管片销棒，将管片销棒存储装置中的管片销棒安装到管片上，然后向管片吊机发送吊运信号；管片吊机接收到吊运信号后，通过管片自动扫描识别系统自动识别管片信息，并通过自动升降系统和自动抓取系统自动抓取已安装管片销棒的管片，将管片从管片转运区域运输至管片运输小车区域，通过自动行走系统将管片放置在管片运输小车上；管片吊机抓取管片驶离管片转运区域后，发出抓取信号给管片枕木抓取机器人，管片枕木抓取机器人得到信号后，管片枕木抓取机器人得到抓取信号后，通过自动扫描定
位系统识别枕木的尺寸和位置，通过机械臂自动抓取枕木，并将自动抓取的枕木放置到管片枕木存储装置中；管片运输小车通过自动升降系统、自动运输系统自动运输管片；管片运输小车区域设置的管片自动水洗系统、管片自动气洗系统自动识别管片运输小车8上的管片，管片自动水洗系统通过高压水对管片进行高压水清洗，管片自动气洗系统通过高压气将管片上的水和污渍冲洗掉，管片运输小车区域设置的管片自动清扫系统将管片清扫干净；管片运输小车区域设置的管片质量自动扫描系统对管片进行自动检测，识别管片种类、检测管片是否破损、密封是否破损、管片是否有污渍等。整个运输过程全部自动化，一键控制，不需要人工参与。
16.或者管片销棒安装机器人在管片转运区域安装管片销棒，管片枕木抓取机器人在管片运输小车区域抓取枕木。
17.进一步地，所述运输方法包括人工操作模式，当自动化系统出现维护、故障时，切换到人工操作模式，通过人工介入，按照常规的运输方式运输管片。
18.本发明实现盾构机施工过程中管片运输的自动化，减少了人员操作，提高了施工效率，降低了施工成本，保证了人员安全，提升了盾构机性能，实现盾构智能化，增强了行业竞争力。
19.本发明的有益效果包括：1.提出了一种新的管片自动化运输系统，提供了一套可以实施的方案，实现管片运输自动化、智能化。
20.2.管片自动化运输系统包含：管片的自动卸载、管片自动转运、管片自动穿销棒、自动抓取管片枕木、管片自动吊运、管片自动清洗、管片自动扫描等。
21.3.管片卸载器可以实现将管片从管片运输车（msv）将管片自动卸载；管片转运小车，可以将整摞管片从管片卸载器上运送到管片转载区域，并可以实现90度旋转；管片销棒安装机器人可以自动安装管片销棒；管片枕木抓取机器人可以自动抓取管片上的枕木；管片吊机可以自动抓取管片，并将管片运输至管片运输小车上，管片运输小车自动向前运输管片；管片自动水清洗系统用高压水自动冲洗管片，管片自动气洗系统用高压空气自动吹洗管片，管片自动清扫系统自动清扫管片表面；管片扫描系自动扫面管片，识别管片破损和管片污渍，并及时报警4.管片自动化运输系统中的各个小系统之间的关系和布置位置设计特殊，确保各系统之间衔接和配合，保证运输过程合理顺畅，满足施工需求。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述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。
23.图1为本发明的应用状态图；图2为管片转运区域的截面图；图3为管片运输小车处的截面图；图4为本发明应用状态的轴测图；
图5为管片吊机工作状态的截面图；图6为管片销棒安装机器人工作状态的截面图；图7为管片运输小车工作状态的截面图；图8为实施例3的局部放大图；图9为实施例4实施方式1的局部放大图；图10为实施例4实施方式2的局部放大图；图中标号：1-管片卸载器，2-管片销棒存储装置，3-管片销棒安装机器人，4-管片转运小车，5-管片枕木抓取机器人，6-管片枕木存储装置，7-管片吊机，8-管片运输小车，9-管片自动水洗系统，10-管片自动气洗系统，11-管片自动清扫系统，12-管片质量自动扫描系统，13-管片运输车。
具体实施方式
24.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，所描述的实施例仅仅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付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。
25.实施例1，一种盾构机管片自动化运输系统，如图1和图2所示，包括依次设置的管片卸载器1、管片吊机7、管片运输小车8。
26.所述管片卸载器1包括管片自动扫描识别系统、自动提升系统和自动旋转托架系统，通过管片自动扫描识别系统识别管片运输车13上的管片信息，自动旋转托架系统旋转后支撑在管片的下方，自动提升系统将自动旋转托架系统提起，进而使管片运输车13上的管片自动卸载至管片卸载器1上。
27.所述管片吊机7包括管片自动扫描识别系统、自动升降系统、自动行走系统、自动抓取系统，通过管片自动扫描识别系统识别管片卸载器1上的管片信息，通过自动升降系统和自动抓取系统将管片提起，通过自动行走系统将管片直接吊运至管片运输小车8。
28.所述管片运输小车8包括自动升降系统、自动运输系统，通过自动升降系统、自动运输系统将管片步进至管片拼装机位置。
29.如图3、图4所示，本技术方案还包括管片销棒安装机器人3、管片枕木抓取机器人5及位于管片运输小车8区域依次设置的管片自动水洗系统9、管片自动气洗系统10、管片自动清扫系统11及管片质量自动扫描系统12。在管片的转运过程中管片销棒安装机器人3自动安装管片销棒、管片枕木抓取机器人5自动抓取枕木。管片在管片运输小车8上步进时，被管片自动水洗系统9、管片自动气洗系统10、管片自动清扫系统11自动清洗，然后经管片质量自动扫描系统12检查后使用。
30.具体地，所述管片自动水洗系统9包括设置在管片运输小车8区域的管片自动识别单元、高压水自动冲洗单元；管片自动气洗系统10包括设置在管片运输小车8区域的管片自动识别单元、高压自动吹风单元；所述管片自动清扫系统11包括设置在管片运输小车8区域的管片自动识别单元、弧形辊组自动清扫单元。在管运输小车8步进运输管片的过程中，实现管片的自动化冲刷、吹风和清扫，以及检查。
31.进一步地，与所述管片销棒安装机器人3相配合设置有管片销棒存储装置2，既便于管片销棒安装机器人3取拿，又提高了销棒安装的效率；与管片枕木抓取机器人5配合设置有管片枕木存储装置6，既便于管片枕木抓取机器人5的动作制定，又避免了枕木在隧道内随意散落。
32.实施例2，一种盾构机管片自动化运输系统，与实施例1的不同之处在于：所述管片卸载器1与管片吊机7之间设置有管片转运小车4，管片转运小车4包括自动行走系统、管片自动扫描识别系统、自动定位系统。所述管片转运小车4通过自动行走系统和自动定位系统自动行走至管片卸载器1的位置，管片卸载器1控制自动提升系统下降，使管片下落至管片转运小车4上，然后将管片运送至管片转运区域。在管片转运区域，管片销棒安装机器人3自动安装管片销棒、管片枕木抓取机器人5自动抓取枕木。所述管片吊机7通过自动升降系统和自动抓取系统将管片提起，通过自动行走系统将管片吊运至管片运输小车8。
33.进一步地，拖车上设置有轨道，所述管片销棒安装机器人3、管片枕木抓取机器人5和管片吊机7分别设置在三个轨道上或同一个轨道上，管片枕木抓取机器人5管片销棒安装机器人3均包括自动行走系统、自动扫描定位系统。管片销棒安装机器人3、管片枕木抓取机器人5不仅能够定点进行作业，而且能够像管片吊机7一样行走，则在管片的整个运输过程中的任意位置都能进行作业。
34.进一步地，所述管片销棒安装机器人3、管片枕木抓取机器人5及管片吊机7之间设置有连锁控制单元，防止运动部件之间发生干涉而碰撞。
35.进一步地，所述管片吊机7的抓取方式为真空吸盘抓取方式或机械抓取方式。
36.实施例3，一种盾构机管片自动化运输系统的运输方法，包括以下步骤：管片运输车13将管片运输至隧道内管片卸载区域；位于管片卸载区域的管片卸载器1通过通过管片自动扫描识别系统对管片进行扫描，自动识别管片，确定管片数量、位置、轮廓等信息后，自动旋转托架系统摆出到位，自动提升系统接到旋转托架系统到位信号后自动提升管片，实现管片自动卸载；管片枕木抓取机器人5在管片卸载区域抓取枕木，管片吊机7直接将管片卸载器1上的管片运输至管片运输小车8；管片吊机7抓取管片驶离管片卸载区域后，向管片枕木抓取机器人5发出抓取信号，管片枕木抓取机器人5得到抓取信号后，通过自动扫描定位系统识别枕木的尺寸和位置，通过机械臂自动抓取枕木，并将自动抓取的枕木放置到管片枕木存储装置6中；管片销棒安装机器人3在管片运输小车8后部进行销棒安装，管片吊机7将管片吊运至管片运输小车8后，自动向管片销棒安装机器人3发送安装信号；管片销棒安装机器人3接收到安装信号后自动扫描销棒安装位的管片，确定管片的位置及销棒安装孔的位置，锁定销棒安装孔的位置后，通过机械臂自动安装管片销棒，将管片销棒存储装置2中的管片销棒安装到管片上；管片运输小车8通过自动升降系统、自动运输系统自动运输管片；管片运输小车8区域设置的管片自动水洗系统9、管片自动气洗系统10自动识别管片运输小车8上的管片，管片自动水洗系统9通过高压水对管片进行高压水清洗，管片自动气洗系统10通过高压气将管片上的水和污渍冲洗掉，管片运输小车8区域设置的管片自动清扫系统11将管片清扫干净；
管片运输小车8区域设置的管片质量自动扫描系统12对管片进行自动检测，识别管片种类、检测管片是否破损、密封是否破损、管片是否有污渍等。整个运输过程全部自动化，一键控制，不需要人工参与。
37.本实施例中盾构机管片自动化运输系统的结构与实施例1相同。
38.实施例4，一种盾构机管片自动化运输系统的运输方法，包括以下步骤：管片运输车13将管片运输至隧道内管片卸载区域；位于管片卸载区域的管片卸载器1通过通过管片自动扫描识别系统对管片进行扫描，自动识别管片，确定管片数量、位置、轮廓等信息后，自动旋转托架系统摆出到位，自动提升系统接到旋转托架系统到位信号后自动提升管片，实现管片自动卸载；管片卸载器1与管片吊机7之间设置有管片转运区域，管片转运区域设置有管片转运小车4，管片卸载器1将管片提升到最高点后，管片运输车13驶离管片卸载区域并向管片转运小车4发送转运信号；管片转运小车4接收到转运信号后通过自动行走系统和自动定位系统自动行走到管片卸载器区域，管片转运小车4通过管片自动扫描识别系统确定管片的位置，管片转运小车4行走至管片底部并向管片卸载器1发送到位信号，管片卸载器1收到管片转运小车4的到位信号后，管片卸载器1通过自动提升系统将顶部的管片下降到最低点，其它位置的管片卸载器1保持不动，管片放置在管片转运小车4上之后，管片卸载器1收回旋转托架系统，接到旋转托架系统回收的信号后，管片转运小车4将整摞管片自动运输到管片转运区域；管片转运小车4到达管片转运区域后自动旋转，管片转运小车4旋转90度后改变管片的方位至销棒安装位并向管片销棒安装机器人3发送安装信号；管片销棒安装机器人3接收到安装信号后自动扫描销棒安装位的管片，确定管片的位置及销棒安装孔的位置，锁定销棒安装孔的位置后，通过机械臂自动安装管片销棒，将管片销棒存储装置2中的管片销棒安装到管片上，然后向管片吊机7发送吊运信号；管片吊机7接收到吊运信号后，通过管片自动扫描识别系统自动识别管片信息，并通过自动升降系统和自动抓取系统自动抓取已安装管片销棒的管片，将管片从管片转运区域运输至管片运输小车8区域，通过自动行走系统将管片放置在管片运输小车8上；如图9所示，管片销棒安装机器人3在管片转运区域安装管片销棒，管片枕木抓取机器人5也在管片转运区域抓取枕木。管片吊机7抓取管片驶离管片转运区域后，发出抓取信号给管片枕木抓取机器人5，管片枕木抓取机器人5得到信号后，管片枕木抓取机器人5得到抓取信号后，通过自动扫描定位系统识别枕木的尺寸和位置，通过机械臂自动抓取枕木，并将自动抓取的枕木放置到管片枕木存储装置6中；管片运输小车8通过自动升降系统、自动运输系统自动运输管片；管片运输小车8区域设置的管片自动水洗系统9、管片自动气洗系统10自动识别管片运输小车8上的管片，管片自动水洗系统9通过高压水对管片进行高压水清洗，管片自动气洗系统10通过高压气将管片上的水和污渍冲洗掉，管片运输小车8区域设置的管片自动清扫系统11将管片清扫干净；管片运输小车8区域设置的管片质量自动扫描系统12对管片进行自动检测，识别管片种类、检测管片是否破损、密封是否破损、管片是否有污渍等。整个运输过程全部自动化，一键控制，不需要人工参与。
39.或者如图10所示，管片销棒安装机器人3在管片转运区域安装管片销棒，管片枕木抓取机器人5在管片运输小车8区域抓取枕木。
40.进一步地，所述运输方法包括人工操作模式，当自动化系统出现维护、故障时，切换到人工操作模式，通过人工介入，按照常规的运输方式运输管片。
41.本实施例中盾构机管片自动化运输系统的结构与实施例2相同。
42.本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。
43.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。