CN109555543B - 一种管片自动输送及识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管片自动输送及识别系统，包括检测装置和用于将管片吊运至检测装置下方的吊运装置，吊运装置具有能够连接于管片内弧面内的检测平面，检测平面上具有标记点，标记点用于表征正对管片拼装机抓取管片后微调中心相对于管片的点；检测装置包括深度相机和固定安装于同一平面的第一激光测距仪、第二激光测距仪和第三激光测距仪，第一激光测距仪位于深度相机的左前方向、第二激光测距仪位于深度相机的右前方向，第三激光测距仪位于深度相机的右后或左后方向。该管片自动输送及识别系统，通过吊运装置将管片运输至检测装置的下方，根据检测装置可获得管片最终的位置、姿态。进而管片拼装机抓取管片时不再依赖于操作人员的熟练度。

Description

一种管片自动输送及识别系统

技术领域

本发明涉及掘进机技术领域，更具体地说，涉及一种管片自动输送及识别系统。

背景技术

在掘进机领域内，非稳定硬岩隧道成型后一般都需要混凝土支护，预制钢筋混凝土管片是常用的方案选择。管片的输送、抓取、拼装等基本都需要人工操作，自动化方面很少涉及。在实际操作过程中，尤其是人工操纵管片拼装机抓取管片时，操作熟练度对工作质量和工作效率影响很大。

目前主要管片抓取方式有两种，一种是机械式单孔抓取，另一种是真空吸盘抓取。在机械式单孔抓取时，操作人员需要对齐管片抓取螺栓与抓取头，并调节微调角度后，方可进行管片抓取。在真空吸盘抓取时，因吸盘盘面较大，操作人员无法直接对齐吸盘插销与管片配合锥孔，只能通过外部辅助装置(如激光等)间接定位。上述两种管片抓取方式，尤其是吸盘方式，对操作人员本身的熟练度等要求较高，且在操作失误的情况下，极大的影响设备以及管片的使用寿命。

综上所述，如何有效地解决管片抓取对操作人员的熟练度要求高等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种管片自动输送及识别系统，该管片自动输送及识别系统的结构设计可以有效地解决管片抓取对操作人员的熟练度要求高的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种管片自动输送及识别系统，包括检测装置和用于将管片吊运至所述检测装置下方的吊运装置，所述吊运装置具有能够连接于所述管片内弧面内的检测平面，所述检测平面上具有标记点，所述标记点用于表征正对管片拼装机抓取所述管片后微调中心相对于所述管片的点；所述检测装置包括深度相机和固定安装于同一平面的第一激光测距仪、第二激光测距仪和第三激光测距仪，所述第一激光测距仪位于所述深度相机的左前方向、所述第二激光测距仪位于所述深度相机的右前方向，所述第三激光测距仪位于所述深度相机的右后或左后方向。

优选地，上述管片自动输送及识别系统中，所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪和所述第三激光测距仪对应等腰直角三角形的三个角分布，所述深度相机位于所述等腰直角三角形的底边中点。

优选地，上述管片自动输送及识别系统中，所述检测装置还包括用于固定所述深度相机、所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪和所述第三激光测距仪的安装板。

优选地，上述管片自动输送及识别系统中，所述安装板包括正方形的安装部，所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪和所述第三激光测距仪分别位于所述正方形的三个角上。

优选地，上述管片自动输送及识别系统中，所述检测装置还包括位于所述深度相机后方用于对所述管片定位的第四激光测距仪。

优选地，上述管片自动输送及识别系统中，所述吊运装置包括与所述第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪和第四激光测距仪均连接的控制器，所述控制器用于在所述第一激光测距仪或所述第二激光测距仪检测到所述管片的距离信息时控制所述吊机低速前进、在所述第四激光测距仪检测到所述管片的距离信息时控制所述吊机停止前进。

优选地，上述管片自动输送及识别系统中，还包括用于支撑所述管片的支撑台，所述支撑台位于所述检测装置的下方，所述控制器还用于在所述第四激光测距仪检测到所述管片的距离信息时控制所述吊机下降以将所述管片放置于所述支撑台上。

优选地，上述管片自动输送及识别系统中，所述吊运装置包括用于吸附管片的真空吸盘，所述真空吸盘的顶面为所述检测平面，底面用于吸附所述管片，且所述真空吸盘的顶面连接有用于将所述真空吸盘吊起并移动的吊机，所述真空吸盘的底面具有定位块，所述定位块具有用于与单预埋件管片内弧面的抓取螺栓配合的定位孔，或者所述真空吸盘的底面连接有用于插入双定位孔管片的锥形定位孔内的引导插销。

优选地，上述管片自动输送及识别系统中，所述定位块内嵌于所述真空吸盘内，所述定位块的底面与所述真空吸盘的底面平齐，且所述真空吸盘的底面还连接有可拆装的所述引导插销。

优选地，上述管片自动输送及识别系统中，所述真空吸盘具有真空腔体和与所述真空腔体连通用于将所述真空腔体抽真空的真空泵。

本发明提供的管片自动输送及识别系统包括检测装置和吊运装置。其中，吊运装置用于将管片吊运至检测装置下方，且具有能够连接于管片内弧面内的检测平面，检测平面上具有标记点，标记点具有用于表征正对管片拼装机抓取管片后微调中心相对于管片的点。检测装置包括深度相机和固定安装于同一平面第一激光测距仪、第二激光测距仪和第三激光测距仪，第一激光测距仪位于深度相机的左前方向、第二激光测距仪位于深度相机的右前方向，第三激光测距仪位于深度相机的右后或左后方向。

应用本发明提供的管片自动输送及识别系统，通过吊运装置将管片运输至检测装置的下方，使得连接于管片内弧面内的检测平面与检测装置相对。将管片拼装机抓取管片后微调中心相对于管片的点作为管片的特征点，并在检测平面上做标记，即标记点，管片绕特征点的姿态即吊运装置的检测平面的姿态。第一激光测距仪、第二激光测距仪和第三激光测距仪的位置分别作为测量点，则根据第一激光测距仪、第二激光测距仪和第三激光测距仪显示的测量点至检测平面的距离、深度相机显示的特征点坐标以及各测量点在空间平面内的二维坐标，可获得管片最终的位置、姿态。进而管片拼装机抓取管片时可根据管片的位姿自动进行调节以抓取，无需人工进行对齐，进而不再依赖于操作人员的熟练度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。

图1为本发明一个具体实施例的管片自动输送及识别系统的结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为自动感应进入识别区域示意图；

图4为自动感应停止前进示意图；

图5为检测装置的结构示意图；

图6为一种真空吸盘的结构示意图；

图7为图6所示的真空吸盘吸附管片的示意图；

图8为另一种真空吸盘的结构示意图；

图9为图8所示的真空吸盘吸附管片的示意图；

图10为管片识别示意图。

附图中标记如下：

检测装置1，吊运装置2，管片3，单预埋件管片4，抓取螺栓5，双定位孔管片6，标记点D；

第一激光测距仪101，第二激光测距仪102，第三激光测距仪103，第四激光测距仪104，深度相机105，安装板106；

吊机201，真空腔体202，定位块203，引导插销204，真空泵205，真空吸盘206，检测平面207。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种管片自动输送及识别系统，自动输送管片并识别管片位姿，以便于管片拼装机自动抓取管片。

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。

请参阅图1-图2和图10，图1为本发明一个具体实施例的管片自动输送及识别系统的结构示意图；图2为图1的俯视结构示意图；图10为管片识别示意图。

本发明提供的管片自动输送及识别系统包括检测装置1和吊运装置2。

其中，吊运装置2用于将管片3吊运至检测装置1下方，且具有能够连接于管片3内弧面内的检测平面207。也就是在吊运装置2将管片3吊起的状态下，检测平面207连接于管片3的内弧面内，进而通过检测平面207的状态反应管片3的位姿。检测平面207上具有标记点D，标记点D具有用于表征正对管片拼装机抓取管片3后微调中心相对于管片3的点。也就是管片拼装机抓取管片3后微调中心相对于管片3的点作为管片3的特征点，也就是标记点D。优选的，标记点D位于检测平面207的中心，检测平面207关于该标记点D对称。

检测装置1包括深度相机105和固定安装于同一平面第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103。也就是第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103对应的测量点位于同一平面内，第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103能够测量各自所在的位置即测量点至检测平面207的距离，也就是如图10所示，测量点A、测量点B和测量点C分别至三者正对的检测平面207上的A’、B’、C’的长度。第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103通过测量各自的测量点至检测平面207的距离，结合深度相机105测量的标记点D的坐标以及各测量点在空间平面内的二维坐标，以表征管片3位姿。检测装置1具体可以固定于基架上。具体深度相机105对应的位置可记为E。

第一激光测距仪101位于深度相机105的左前方向、第二激光测距仪102位于深度相机105的右前方向，第三激光测距仪103位于深度相机105的右后或左后方向。进而通过三者分别测得的测量点至检测平面207的距离即可反映管片3的位姿。

后台程序可按管片3位姿参数设定管片拼装机各项驱动系统参数，管片拼装机的抓取装置则依据相应参数设定的路线抓取管片3，吊运装置2可返回继续进行吊运。

应用本发明提供的管片自动输送及识别系统，通过吊运装置2将管片3运输至检测装置1的下方，使得连接于管片3内弧面内的检测平面207与检测装置1相对。将管片拼装机抓取管片3后微调中心相对于管片3的点作为管片3的特征点，并在检测平面207上做标记，即标记点D，管片3绕特征点的姿态即吊运装置2的检测平面207的姿态。第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103的位置作为测量点，则根据第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103显示的测量点至检测平面207的距离、深度相机105显示的标记点坐标以及各测量点在空间平面内的二维坐标，可获得管片3最终的位置、姿态。进而管片拼装机抓取管片3时可根据管片3的位姿自动进行调节以抓取，无需人工进行对齐，进而不再依赖于操作人员的熟练度。

具体的，第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103对应等腰直角三角形的三个角分布，深度相机105位于等腰直角三角形的底边中点。则第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103至深度相机105的距离均相等，从而便于根据三个测量点的坐标及检测获得的测量点至检测平面207的距离获取管片3的位姿。具体的，标记点D在管片3上的具体位置可以随机设置，管片3运送至检测装置下方时，深度相机105直接测量标记点D相对于测量点所在平面(如安装板106)的距离信息，以及相对二维平面坐标，可得到标记点D位置。检测平面207上面点A’、B’和C’，即测量点A、测量点B和测量点C的投影点的二维参数，与第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103的二维平面参数相同。测距仪可测得检测平面207上面点相对于坐标内的距离参数，最终可得到检测平面207的坐标偏转参数。即管片3的形位均可得到。

进一步地，检测装置1还包括用于固定深度相机105、第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103的安装板106。为了便于各部件的安装，设置安装板106，将深度相机105、第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103分别固定于安装板106上，进而便于整体检测装置1的安装及转移等。优选的，安装板106包括正方形的安装部，第一激光测距仪101、第二激光测距仪102和第三激光测距仪103分别位于正方形的三个角上，则深度相机105可位于正方形的中心。安装板106可以与基座固定连接。

具体的，检测装置1还包括位于深度相机105后方用于对管片3定位的第四激光测距仪104。也就是增加一个测量点H，即第四激光测距仪104处为测量点H。通过在检测装置1的后方设置第四激光测距仪104，则可以通过第四激光测距仪104获知管片3的移动位置。如将第四激光测距仪104与深度相机105前后方向上的距离设置为与标记点D至管片3外端的距离相等，则当第四激光测距仪104检测到管片3边缘的距离信号时，则表明管片3边缘移动至与第四激光测距仪104相对，则此处深度相机105在前后位置上与标记点D正对。

进一步地，吊运装置2包括与第一激光测距仪101、第二激光测距仪102、第三激光测距仪103和第四激光测距仪104均连接的控制器，控制器用于在第一激光测距仪101或第二激光测距仪102检测到管片3的距离信息时控制吊机201低速前进、在第四激光测距仪104检测到管片3的距离信息时控制吊机201停止前进。需要说明的是，此处的低速前进指吊机201降低前进速度，具体速度大小可根据需要设置，此处不作具体限定。请参阅图3-4，图3为自动感应进入识别区域示意图；图4为自动感应停止前进示意图。通过第一激光测距仪101或第二激光测距仪102自动感应到管片3进入检测装置1下方的识别区域时，控制器控制吊机201减速，进而当第四激光测距仪104自动感应到管片3运动到位时，控制器控制吊机201停止前进，进而能够实现输送过程的全自动控制。

进一步地，还包括用于支撑管片3的支撑台，支撑台位于所述检测装置1的下方，控制器还用于在第四激光测距仪104检测到管片3的距离信息时控制吊机201下降以将管片3放置于支撑台上。具体的，支撑台可以为已拼装好的管片环。进行检测时，先将吊运的管片3放下来。管片3放下来后的位置为管片拼装机需要抓取的管片3位置。检测完成后，吊机201离开。

在上述各实施例的基础上，吊运装置2包括用于吸附管片3的真空吸盘206，真空吸盘206的顶面为检测平面207，底面用于吸附管片3，且真空吸盘206的顶面连接有用于将真空吸盘206吊起并移动的吊机201，真空吸盘206的底面具有定位块203，定位块203具有用于与单预埋件管片4内弧面的抓取螺栓5配合的定位孔，或者真空吸盘206的底面连接有用于插入双定位孔管片6的锥形定位孔内的引导插销204。通过将真空吸盘206的顶面作为检测平面207，即真空吸盘206兼作管片特征识别装置。且对于单预埋件管片4和双定位孔管片6可以分别设置对应的真空吸盘206，对于单预埋件管片4，请参阅图6-7，图6为一种真空吸盘206的结构示意图；图7为图6所示的真空吸盘206吸附管片3的示意图。真空吸盘206的底面具有定位块203，定位块203上具有定位孔，定位孔能够与单预埋件管片4内弧面的抓取螺栓5配合，吊运装置2通过定位孔与抓取螺栓5的引导配合，落入单预埋件管片4内弧面，而后真空吸盘206启动将单预埋件管片4吸附，进而通过吊机201带动管片3移动。

对于双定位孔管片6，请参阅图8-9，图8为另一种真空吸盘206的结构示意图；图9为图8所示的真空吸盘206吸附管片3的示意图。真空吸盘206的底面固定连接有引导插销204，引导插销204能够插入双定位孔管片6的锥形定位孔内，进而吊运装置2通过引导插销204与插入双定位孔管片6自带的锥形定位孔的引导配合调整，落于双定位孔管片6的内弧面，而后真空吸盘206启动将双定位孔管片6吸附，进而通过吊机201带动管片3移动。通过上述两种真空吸盘206的设置，使得该管片自动输送及识别系统对单孔抓取管片4、双孔吸盘插销管片6均通用。

具体的，定位块203内嵌于真空吸盘206内，定位块203的底面与真空吸盘206的底面平齐，且真空吸盘206的底面还连接有可拆装的引导插销204。通过将引导插销204与真空吸盘206的可拆卸的连接，则当该真空吸盘206用于单预埋件管片4时，可不连接引导插销204，通过定位块203与抓取螺栓5的引导配合进行管片3吸附。而当该真空吸盘206用于双定位孔管片6时，则可以将引导插销204连接于真空吸盘206的底面，则可以通过引导插销204与锥形定位孔的引导配合进行管片3吸附。如此设置，同一真空吸盘206既可以用于单预埋件管片4，也可以通过连接引导插销204而适用于双定位孔管片6。

进一步地，真空吸盘206具有真空腔体202和与真空腔体202连通用于将真空腔体202抽真空的真空泵205。真空腔体202为真空吸盘206底面与顶面之间围成的腔体，真空泵205与真空腔体202连通，进而当吊运装置2通过定位孔与抓取螺栓5的引导配合，落入单预埋件管片4内弧面，而后真空泵205启动抽取真空腔体202内气体，形成真空将单预埋件管片4吸附，进而通过吊机201带动管片3移动，或者吊运装置2通过引导插销204与双定位孔管片6自带的锥形定位孔的引导配合调整，落于双定位孔管片6的内弧面，而后真空泵205启动抽取真空腔体202内气体，形成真空将双定位孔管片6吸附。

综上，本申请提供的管片自动输送及识别系统，吊运装置2的结构，使用销孔配合便于定位，适用范围包括单预埋件管片4、双孔定位管片6；该方案自动输送、自动识别，可一键操作；检测装置1组成简单，仅包括激光测距仪以及深度测量相机。同时，可有效提高抓取管片3的质量，并使得操作更简便；该方案可作为管片拼装机整体自动化的一部分，对最终的管片智能拼装提供参考；该方案有效利用吊运装置2，不额外增加设备机构；该方案可适用于单预埋件管片4、双孔定位管片6，适用范围广。

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，在其它实施例中实现。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。

Claims (9)

1.一种管片自动输送及识别系统，其特征在于，包括检测装置和用于将管片吊运至所述检测装置下方的吊运装置，所述吊运装置具有能够连接于所述管片内弧面内的检测平面，所述检测平面上具有标记点，所述标记点用于表征正对管片拼装机抓取所述管片后微调中心相对于所述管片的点；所述检测装置包括深度相机和固定安装于同一平面的第一激光测距仪、第二激光测距仪和第三激光测距仪，所述第一激光测距仪位于所述深度相机的左前方向、所述第二激光测距仪位于所述深度相机的右前方向，所述第三激光测距仪位于所述深度相机的右后或左后方向；

所述吊运装置包括用于吸附管片的真空吸盘，所述真空吸盘的顶面为所述检测平面，底面用于吸附所述管片，且所述真空吸盘的顶面连接有用于将所述真空吸盘吊起并移动的吊机，所述真空吸盘的底面具有定位块，所述定位块具有用于与单预埋件管片内弧面的抓取螺栓配合的定位孔，或者所述真空吸盘的底面连接有用于插入双定位孔管片的锥形定位孔内的引导插销；

所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪和所述第三激光测距仪的位置分别作为测量点，根据所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪和所述第三激光测距仪显示的测量点至所述真空吸盘的顶面的距离、所述深度相机显示的标记点坐标以及各测量点在空间平面内的二维坐标，获得管片最终的位置、姿态。

2.根据权利要求1所述的管片自动输送及识别系统，其特征在于，所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪和所述第三激光测距仪对应等腰直角三角形的三个角分布，所述深度相机位于所述等腰直角三角形的底边中点。

3.根据权利要求2所述的管片自动输送及识别系统，其特征在于，所述检测装置还包括用于固定所述深度相机、所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪和所述第三激光测距仪的安装板。

4.根据权利要求3所述的管片自动输送及识别系统，其特征在于，所述安装板包括正方形的安装部，所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪和所述第三激光测距仪分别位于所述正方形的三个角上。

5.根据权利要求1所述的管片自动输送及识别系统，其特征在于，所述检测装置还包括位于所述深度相机后方用于对所述管片定位的第四激光测距仪。

6.根据权利要求5所述的管片自动输送及识别系统，其特征在于，所述吊运装置包括与所述第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪和第四激光测距仪均连接的控制器，所述控制器用于在所述第一激光测距仪或所述第二激光测距仪检测到所述管片的距离信息时控制所述吊机低速前进、在所述第四激光测距仪检测到所述管片的距离信息时控制所述吊机停止前进。

7.根据权利要求6所述的管片自动输送及识别系统，其特征在于，还包括用于支撑所述管片的支撑台，所述支撑台位于所述检测装置的下方，所述控制器还用于在所述第四激光测距仪检测到所述管片的距离信息时控制所述吊机下降以将所述管片放置于所述支撑台上。

8.根据权利要求1-7任一项所述的管片自动输送及识别系统，其特征在于，所述定位块内嵌于所述真空吸盘内，所述定位块的底面与所述真空吸盘的底面平齐，且所述真空吸盘的底面还连接有可拆装的所述引导插销。

9.根据权利要求8所述的管片自动输送及识别系统，其特征在于，所述真空吸盘具有真空腔体和与所述真空腔体连通用于将所述真空腔体抽真空的真空泵。