管片吊装和垫木清运的方法及装置与流程

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1.本发明是关于隧道施工技术领域，尤其涉及一种管片吊装和垫木清运的方法及装置。

背景技术：

2.随着城市地铁、跨江跨海隧道等地下工程施工规模的逐年扩大，盾构施工法因其高效率、高安全性以及环境友好性等特点，应用工程越来越多。盾构施工自动化水平不断提升，隧道掘进机管片吊运系统大多依靠作业人员通过无线遥控器来进行控制，在管片吊机对管片进行抓取的过程中，需要作业人员对吊机和管片的相对位置不断观察以适时的调整管片吊具的位置和姿态。管片吊运作业严重依赖作业人员的经验和现场判断，存在很大的主观性，一定程度上影响管片吊运作业的质量和效率；管片垫木(垫木也可以称为枕木)的清运在隧道施工中绝大部分采用人工去进行清运，存在对作业人员的安全造成了一定的隐患。或采用固定式3d视觉/工业相机均存在检测距离变化过大，极大的影响检测定位精度的问题，以一摞存在三层管片为例，最上层与最下层管片垂直最小距离约1000mm。
3.公开号为cn215057467u的实用新型专利公开了一种管片吊运系统。在拖车行走梁上设置有带动机械手运动的驱动装置，以对管片垫木进行清除。针对盾构复杂的施工环境常规成熟的视觉识别系统不太适用，比如隧道内的粉尘、水汽、设备振动等都不适用于现有识别系统及识别方法。
4.公开号为cn113443556a的发明专利公开了一种管片智能自动识别运输系统以及运输方法，设置有视觉识别系统安装于吊梁上，虽安装了雷达及距离传感器，但面对盾构复杂的施工环境无相应的减振装置，采集数据质量不一，且视觉识别系统为固定式安装并不能满足大跨度、多层管片高精度定位的问题。
5.公开号为cn111706369a的发明专利公开了一种垫木抓取装置及其控制方法。通过在管片卸载区域的设置轴向行走单元及垫木抓取单元。轴向行走单元前后运动并会带动抓取单元同步移动，抓取单元能够将管片卸载区域的垫木抓起，在轴向行走单元的带动下，将垫木输送至特定的位置，由站在拖车两侧的操作人员从抓取单元上将垫木取下。但该专利提及的垫木抓取方式存在以下问题，垫木由于每次放置位置不一，需要用人工借助遥控器或其他方式驱动轴向行走单元来回调节抓取单元位置；若垫木放置位置倾斜、振动造成枕木发生倾斜等状况，平衡梁两侧的双抓取手会存在无法同时牢靠抓取垫木的严重问题；因为存在双层以上的管片枕木抓取的现象，该专利是由升降绳下降带动抓取单元，完成垫木的抓取作业，未提及怎么判断升降绳是否到达垫木抓取位的问题；最重要的是垫木的清除作业需要多重人工判断参与，比如判断是否要进行垫木的清除；升降绳可能由人工加以判定是否到垫木抓取位，抓取枕木时需要人工来回调整轴向移动以保证抓取手能够准确抓取等等问题。
6.以上方法均不涉及一种面对大跨度、多层管片高精度定位技术，因此，面对复杂的盾都施工作业工况以及高效安全施工的作业需求，亟需设计一种适用于盾构施工用对管片
自动吊装、管片垫木自动清运特征精准定位方法。
7.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种管片吊装和垫木清运的方法及装置，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种管片吊装和垫木清运的方法及装置，能实现对管片和垫木的高精度自动定位，并能实现管片的自动吊装及垫木的自动清运，定位精度和稳定性较高。
9.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
10.本发明提供一种管片吊装和垫木清运的方法，包括如下步骤：
11.将检测清运执行装置移动至管片卸载区域，调整检测清运执行装置，以使检测清运执行装置中的点云采集装置移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值；
12.对点云采集装置采集的信息进行解析；
13.若解析结果包括当前顶层管片的位姿和当前顶层管片上垫木的位姿，则检测清运执行装置根据当前顶层管片上垫木的位姿对当前顶层管片上的垫木执行垫木清运作业，完成垫木清运作业并将检测清运执行装置移动至安全待命位置后，管片吊机根据当前顶层管片的位姿对当前顶层管片执行管片吊装作业；
14.若解析结果仅包括当前顶层管片的位姿，则调整检测清运执行装置并将其移动至安全待命位置后，管片吊机根据当前顶层管片的位姿对当前顶层管片执行吊装作业；
15.重复上述步骤，直至完成第一层管片的管片吊装作业。
16.在本发明的一较佳实施方式中，在管片卸载区域内设有距离检测模块；
17.将检测清运执行装置移动至管片卸载区域之前，还包括如下步骤：
18.根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，并记作m，第m层管片为当前顶层管片；
19.其中，0≤m≤n，m和n均为整数，n表示管片运输装置上一摞管片中管片的总层数。
20.在本发明的一较佳实施方式中，距离检测模块包括从上至下间隔设置的多层检测器，每层检测器包括一对传感器或者沿掘进轴线方向间隔设置的至少两对传感器，每对传感器包括关于掘进轴线方向对称设置的两个距离传感器；
21.根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，包括如下步骤：
22.根据各距离传感器检测的横向距离，计算各层检测器中各对传感器中的两个距离传感器检测的横向距离之和的平均值，各横向距离之和的平均值数值中等于第二固定值的数量为一摞管片中当前存在的管片总层数；
23.其中，第二固定值小于一对传感器中两个距离传感器之间的横向间距。
24.在本发明的一较佳实施方式中，将一对传感器中两个距离传感器之间的横向间距记作x；
25.当各层检测器中各对传感器中的两个距离传感器检测的横向距离之和的平均值由2x变至第二固定值，并维持经过预设时间后，再根据距离检测模块的检测结果判断管片
卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数。因此，利用两侧的距离传感器，根据距离检测模块可以自动判别管片已处于管片卸载区域，并处于待吊装状态。
26.在本发明的一较佳实施方式中，距离检测模块包括位于管片卸载区域顶部的一组传感器，该组传感器包括一个距离传感器或者沿掘进垂直方向间隔设置的至少两个距离传感器；
27.根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，包括如下步骤：
28.根据各距离传感器检测的垂向距离，计算该组传感器中各距离传感器检测的垂向距离的平均值，并记作h；
29.当h＝hn+ax时，则m＝a；
30.其中，hn表示该组传感器中各距离传感器到第n层管片的垂向距离之和的平均值，0≤a≤n-1，且a为正数，x表示上下相邻两个管片的上表面之间的竖直高度差。
31.在本发明的一较佳实施方式中，将点云采集装置移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值后，先对当前顶层管片的表面进行清洁，然后再利用点云采集装置进行信息采集并进行解析。
32.在本发明的一较佳实施方式中，在管片卸载区域还设有监控摄像机和蜂鸣器，监控摄像机能对管片卸载区域进行全方位监控，在检测清运执行装置移动、执行垫木清运作业以及执行管片吊装作业的过程中蜂鸣器能发出报警声。
33.本发明还提供一种管片吊装和垫木清运的装置，包括：
34.检测清运执行装置，其包括清运执行机构和设在清运执行机构上的点云采集装置，清运执行机构能沿掘进掘进方向往复移动，并能用于抓取垫木；
35.管片吊机，其能沿掘进轴线方向往复移动，并能用于抓取管片；
36.控制装置，其与清运执行机构、点云采集装置和管片吊机均电连接，能将清运执行机构移动至管片卸载区域，并通过调整清运执行机构，以使点云采集装置移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值；还能对点云采集装置采集的信息进行解析，以控制清运执行机构执行垫木清运作业或控制管片吊机执行管片吊装作业。
37.在本发明的一较佳实施方式中，管片吊装和垫木清运的装置还包括用于设在管片卸载区域内的距离检测模块，控制装置与距离检测模块电连接，并能根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内是否具有待吊运管片以及一摞管片中当前存在的管片总层数。
38.在本发明的一较佳实施方式中，距离检测模块包括从上至下间隔设置的多层检测器，每层检测器包括一对传感器或者沿掘进轴线方向间隔设置的至少两对传感器，每对传感器包括关于掘进轴线方向对称设置的两个距离传感器；或者距离检测模块包括位于管片卸载区域顶部的一组传感器，该组传感器包括一个距离传感器或者沿掘进垂直方向间隔设置的至少两个距离传感器。
39.在本发明的一较佳实施方式中，清运执行机构包括轨道梁、安装件、六自由度机械臂和末端抓取机构，轨道梁用于固设在拖车的顶部，且轨道梁的长度方向平行于掘进轴线方向；安装件能滑动地悬挂在轨道梁上，六自由度机械臂的上端和下端分别与安装件和末端抓取机构固接，点云采集装置设在末端抓取机构上。
40.在本发明的一较佳实施方式中，末端抓取机构为真空吸盘；或者末端抓取机构包括固定板、导轨、气缸、第一夹爪和第二夹爪，气缸通过相应的电控制阀与控制装置电连接；固定板的上表面与六自由度机械臂的下端连接，导轨、气缸和第一夹爪均固设在固定板的下表面上；第二夹爪通过滑块与导轨能滑动的连接，气缸的输出轴与第二夹爪连接，并能驱动第二夹爪沿导轨向靠近或远离第一夹爪的方向移动；点云采集装置设在固定板上。
41.在本发明的一较佳实施方式中，在末端抓取机构上设有减振装置，点云采集装置通过连接件与减振装置连接；在末端抓取机构上还设有高压气清洁装置，能用于对相应管片喷气清洁。
42.在本发明的一较佳实施方式中，管片吊装和垫木清运的装置还包括监控摄像机和蜂鸣器，监控摄像机用于对管片卸载区域进行全方位监控；监控摄像机和蜂鸣器均与控制装置电连接，控制装置能在检测清运执行装置移动、执行垫木清运作业以及执行管片吊装作业的过程中控制蜂鸣器发出报警声，并能在监控摄像机监测到管片卸载区域内为有人状态时控制检测清运执行装置停机以及蜂鸣器发出报警声。
43.由上所述，本发明中的方法及装置，将检测清运执行装置移动至管片卸载区域后，每次都将点云采集装置移动至距离当前顶层管片为第一固定值的位置，是理论固定距离，第一固定值根据点云采集装置的最佳采集区间进行确定；这样，每次点云采集装置采集当前顶层管片的数据时，都是相对于该待检测管片固定高度的采集，保证了每层采集高度都处于该点云采集装置的统一最佳采集高度，进而可以有效解决大跨度(多层)、宽视野下的高精度问题，避免了现有固定式点云采集装置对不同距离下检测精度不一，机器视觉检测会对环境敏感度大，深度学习检测样本参数较大等相关问题。根据点云采集装置的检测数据再进行垫木清运作业或管片吊装作业，实现了管片的自动吊装及垫木的自动清运，方法相对简单、定位精度和稳定性较高，对施工现场环境适用性较好，提高了隧道施工作业的安全性。
附图说明
44.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
45.图1：为本发明提供的盾构机后配套区域的结构示意图。
46.图2：为图1中在检测清运执行装置处的截面示意图。
47.图3：为本发明提供的检测清运执行装置的结构示意图。
48.图4：为本发明提供的末端抓取机构与点云采集装置配合的结构图一。
49.图5：为本发明提供的末端抓取机构与点云采集装置配合的结构图二。
50.图6：为本发明提供的单侧距离传感器实际采集示意图。
51.图7：为本发明提供的存在三层管片时六个距离传感器进行检测时的示意图。
52.图8：为本发明提供的第三层无管片时六个距离传感器进行检测时的示意图。
53.图9：为本发明提供的存在三层管片时点云采集装置进行数据采集的示意图。
54.图10：为本发明提供的第三层管片完成吊装后存在二层管片时点云采集装置进行数据采集的示意图。
55.图11：为本发明提供的第二层管片完成吊装后存在一层管片时点云采集装置进行数据采集的示意图。
56.图12：为本发明提供的盾构机后配套区域的另一结构示意图。
57.图13：为图12中在检测清运执行装置处的截面示意图。
58.图14：为本发明提供的距离传感器设在顶部时的结构示意图。
59.附图标号说明：
60.1、拖车；
61.2、管片吊机；
62.3、管片；31、垫木；
63.4、管片快速卸载装置；41、支撑座；
64.5、编组列车；
65.6、距离传感器；
66.7、清运执行机构；
67.71、轨道梁；
68.72、安装件；721、安装板；722、滑轮对；723、电机；724、联轴器；
69.73、六自由度机械臂；731、连接板；
70.74、末端抓取机构；741、固定板；742、导轨；7421、滑块；743、气缸；744、第一夹爪；745、第二夹爪；
71.75、减振装置；751、连接件；
72.76、高压气清洁装置；
73.8、点云采集装置；
74.91、监控摄像机；
75.92、蜂鸣器。
具体实施方式
76.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
77.实施方式一
78.如图1至图14所示，本技术提供一种管片吊装和垫木清运的方法，包括如下步骤：
79.将检测清运执行装置移动至管片卸载区域，调整检测清运执行装置，以使检测清运执行装置中的点云采集装置8移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值，以保证每层采集高度都处于该点云采集装置8的统一最佳采集高度；
80.对点云采集装置8采集的信息进行解析；
81.若解析结果包括当前顶层管片的位姿和当前顶层管片上垫木31的位姿，则检测清运执行装置根据当前顶层管片上垫木31的位姿对当前顶层管片上的垫木31执行垫木清运作业，完成垫木清运作业并将检测清运执行装置移动至安全待命位置后，管片吊机2根据当前顶层管片的位姿对当前顶层管片执行管片吊装作业；
82.若解析结果仅包括当前顶层管片的位姿(也即当前顶层管片上并无垫木31)，则调整检测清运执行装置并将其移动至安全待命位置后，管片吊机2根据当前顶层管片的位姿对当前顶层管片执行吊装作业；
83.重复上述步骤，直至完成第一层管片的管片吊装作业。
84.其中，调整检测清运执行装置时，优选使点云采集装置8的探头竖直朝下并正对管片3的理论中心位置，该理论中心位置是指管片运输装置无任何偏移、管片3无任何偏移时管片3的中心位置，这样点云采集装置8基本正对当前顶层管片的中心。管片3及垫木31在管片运输装置上的位姿每次运输各不相同，根据点云采集装置8反馈管片3、垫木31的定位位姿结果，管片吊机2及检测清运执行装置调整各关节位姿以进行准确吊装、清运作业。上述的第一固定值应根据设备具体结构尺寸、空间布置尺寸，进行选用合理的点云采集装置8的型号规格而定，具体为该点云采集装置8的最佳采集距离，该最佳采集距离可以为一个区间范围，以保证数据的最佳采集效果。
85.可以理解，当前顶层管片和垫木31的位姿具体是指管片3和垫木31在三维空间坐标系中的坐标值和角度值。将管片运输装置上一摞管片中管片3的总层数记作n，当n＝0时，即不存在待吊装管片，不需要检测清运执行装置携带点云采集装置8进行管片及垫木信息的采集，也无需进行垫木清运作业和管片吊装作业。当n≥1时，检测清运执行装置移动至一摞管片相对最上层(即当前顶层)进行信息采集，根据点云采集装置8对当前顶层管片及垫木进行点云信息采集并经pc进行信息分析；若当前顶层不存在垫木31的信息，此时检测清运执行装置携带点云采集装置8调整自身位姿并移动至安全待命位置后，管片吊机2进行管片3的吊运；若存在待清运垫木信息，首先检测清运执行装置对当前顶层管片上两侧垫木31进行清运作业并清运至指定位置(一般指垫木放置箱)后，才完成对当前顶层管片上垫木31的清运作业；之后管片吊机2再根据管片点云位姿对管片3进行吊装。上述的安全待命区域可以是垫木放置箱所在的区域，也可以是其他指定区域，根据需要进行设定。
86.由此，本实施例中的方法，将检测清运执行装置移动至管片卸载区域后，每次都将点云采集装置8移动至距离当前顶层管片为第一固定值h的位置，是理论固定距离，第一固定值根据点云采集装置8的最佳采集区间进行确定；这样，每次点云采集装置8采集当前顶层管片的数据时，都是相对于该待检测管片3固定高度(即第一固定值h)的采集，保证了每层采集高度都处于该点云采集装置8的统一最佳采集高度，进而可以有效解决大跨度(多层)、宽视野下的高精度问题，避免了现有固定式点云采集装置对不同距离下检测精度不一，机器视觉检测会对环境敏感度大，深度学习检测样本参数较大等相关问题。根据点云采集装置8的检测数据再进行垫木清运作业或管片吊装作业，实现了管片3的自动吊装及垫木31的自动清运，方法相对简单、定位精度和稳定性较高，对施工现场环境适用性较好，提高了隧道施工作业的安全性。
87.在具体实现方式中，会根据相应的检测数据反馈，判断当前顶层管片是第几层管片，以便于准确调整点云采集装置8与该层管片3之间的距离。具体为：
88.在管片卸载区域内设有距离检测模块；
89.将检测清运执行装置移动至管片卸载区域之前，还包括如下步骤：
90.根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片3总层数，并记作m，第m层管片为当前顶层管片；
91.其中，0≤m≤n，m和n均为整数，n表示管片运输装置上一摞管片中管片3的总层数。n＝0(m＝0)时，表示管片卸载区域内没有待吊装管片，不需要执行管片吊运及垫木清运；n≥1(m≥1)时才进行相关点云采集、清运、吊装。检测清运执行装置根据距离检测模块反馈的当前存在的待吊运管片层数，移动至距离当前一摞管片中相对最高层管片为第一固定值
h的位置下采集，定位更加精准。
92.进一步地，根据距离检测模块的结构不同，对当前存在的管片3总层数也有如下两种检测方式：
93.第一种：参照图1、图2和图6，距离检测模块包括从上至下间隔设置的多层检测器，每层检测器包括一对传感器或者沿掘进轴线方向间隔设置的至少两对传感器，每对传感器包括关于掘进轴线方向对称设置的两个距离传感器6；
94.根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片3总层数，包括如下步骤：
95.根据各距离传感器6检测的横向距离(也即距离传感器6的探头到相应管片侧表面的距离)，计算各层检测器中各对传感器中的两个距离传感器6检测的横向距离之和的平均值，各横向距离之和的平均值数值中等于第二固定值的数量为一摞管片中当前存在的管片3总层数；
96.其中，第二固定值小于一对传感器中两个距离传感器6之间的横向间距。
97.可以理解，检测器的层数应与管片快速卸载装置4或编组列车5上实际能最大承载的一摞管片的总层数相同(使用时，若一摞管片的总层数发生变化，可以再相应增减检测器的层数，之后点云采集装置8依次根据距离传感器6的反馈结果，移动至相同最佳位进行数据采集)，且上下相邻两对传感器之间的间隔应与上下相邻两个管片3的竖直高度差相匹配，底层的传感器能正对第一层管片的侧面，以保证各层检测器能分别对一摞管片中的各层管片3进行检测。当每层检测器中包括一对传感器时，上述所说的每层检测器中各对传感器中的两个距离传感器6检测的横向距离之和的平均值，也即每对传感器中的两个距离传感器6的数据之和。当每层检测器中包含的传感器对数大于等于两对时，各对传感器之间的间隔应保证各距离传感器6能检测到对应层管片3的侧面上；此时假如某层检测器中共有两对传感器，第一对传感器中两个距离传感器6检测的数据为c1和c2，另一对传感器检测的数据为c1′
和c2′
，则该层检测器中各对传感器中的两个距离传感器6检测的横向距离之和的平均值＝(c1+c2+c1′
+c2′
)/2。
98.该种方式，每对传感器中的两个距离传感器6的探头应正对彼此设置，以用于对距离相应层管片3的两侧面之间的横向距离进行检测。将距离检测模块中的各距离传感器6安装在正对各层管片3侧面的位置，各距离传感器6可以一直处于实时检测状态，且即便出现作业人员处于管片卸载区域内或其他干扰因素时，也基本不会影响该距离检测模块的检测结果判断，对当前存在的管片3总层数判断更加稳定可靠。
99.具体分析如下，在盾构机的后配套区域内会设有拖车1和管片吊机2，管片吊机2设在拖车1上，并能沿掘进轴线方向(也即隧道轴线方向)前后移动，以用于抓取管片3。在拖车1的下方区域设有管片卸载区域，管片运输装置可以将成摞管片运送至管片卸载区域，在成摞管片的相邻管片3之间均放置有两块垫木31。管片运输装置既可以采用管片运输车，也可以采用编组列车5。
100.具备管片快速卸载装置4的结构形式：参照图1和图2，在管片卸载区域设有管片快速卸载装置4，一个管片快速卸载装置4包括关于拖车1轴线对称设置的两个卸载装置，每个卸载装置具有两个支撑座41，管片快速卸载装置4安装在拖车1上，利用共四个支撑座41可以将管片运输车上成摞的管片3一起临时托起(在将管片3托起后，该管片运输车便可离开
+l4＝l2+l5＝l3+l6＝l；当某层无管片3时，例如第三层(最上层)无管片3时，参照图8，则l1＝l4＝x，l1+l4＝2x，l2+l5＝l，l3+l6＝l。
107.(1)沿掘进轴线方向管片运输车相对标准设定位置存在前后微偏移：
108.由于管片3的厚度尺寸相对较大，且距离传感器6可检测管片3侧面的长度较长，因此，针对管片3前后偏移的情况，距离传感器6也可稳定的采集到每层管片3的数据。
109.(2)管片3存在弧向偏移：
110.由于管片3的外圆弧面的半径为标准的r，内圆弧面的半径为标准r，即使管片3存在弧向偏移使每次放置不一样，管片3也是绕固定圆环轴线转动，不影响两侧距离传感器6的稳定采集。
111.(3)沿掘进垂直方向存在管片3平行偏移：
112.管片3发生侧向偏移时，仅是影响两侧距离传感器6的数值可能有较大差别(该差别是指相对无误差稳定采集时的数值而言，也即相对管片3处于标准位置时采集的数值而言)，但两侧距离传感器6采集的结果基本保持不变；将这六个距离传感器6检测的数据分别记作l
11
、l
21
、l
31
、l
41
、l
51
、l
61
，存在三层管片3时，则l
11
+l
41
＝l1+l4，l
21
+l
51
＝l2+l5，l
31
+l
61
＝l3+l6。
113.(4)沿着掘进轴线方向、掘进垂直方向、管片33弧向的混合偏移：
114.此状态为以上三种状态的叠加，由以上分析可知，此状态下两侧距离传感器6采集的结果基本保持不变；将这六个距离传感器6检测的数据分别记作l
12
、l
22
、l
32
、l
42
、l
52
、l
62
，存在三层管片3时，则l
12
+l
42
≈l，l
22
+l
52
≈l，l
32
+l
62
≈l。
115.综合以上分析可知，对于同一施工隧道管片运输车固定、管片3固定。即使管片3每次放置的位置不同，但同一层管片3相对于标准位置仅存在上述四种状态，距离传感器6采集到的同层管片3的数据具有一致性。无论管片3处于上述何种状态，管片3被管片快速卸载装置4举升之后，对于同一层管片位置，各对传感器中的两个距离传感器6采集的数据之和在该层位置存在管片3时等于l，不存在管片3时等于2x，仅存在这两种状态。类似的，对于管片运输装置采用编组列车5时，管片3在编组列车5上的状态也存在如上述四种偏移状态，由于其支撑结构与管片快速卸载装置4类似，同理，其两侧距离传感器6检测结果保持不变，且对应层结果基本一致。之后检测清运执行装置根据拖车1两侧距离传感器6的反馈结果，进行一摞管片中相对最高层(即当前顶层管片)的最佳检测距离下进行点云数据采集。
116.进而，使用时各距离传感器6可以实时检测，且受到的干扰更少；对于同一层管片3位置来说，若该层存在管片3，则该对传感器中两个距离传感器6检测数据之和等于l；若该层无管片3，则该对传感器中两个距离传感器6检测数据之和等于2x；根据各对传感器中两个传感器检测的数据之和中有几个数值等于l(也即上述的第二固定值)，则可以判断出当前共存在多少层管片3，判断更加准确。
117.以n＝3、管片快速卸载装置4支撑管片的结构形式为例，对上述六个距离传感器6采集的数据进行分析，检测方案中设置两个关键阈值l和2x，这两个阈值的含义分别如下：
118.l即上述的第二固定值，表示存在管片3时一对传感器中两个距离传感器6检测的横向距离之和，具体该值的大小根据设备参数设计而定；
119.2x表示一对传感器中两个距离传感器6的探头之间的横向间距的两倍。
120.则，某对传感器中两个距离传感器6检测的数据之和等于l时，说明该层位置存在
管片3；某对传感器中两个距离传感器6检测的数据之和等于2x时，说明该层位置不存在管片3。
121.根据这六个距离传感器6实时检测的数据与这两个阈值比较，来判断目前管片快速卸载装置4上共存在的管片3层数以及是否需要移动检测清运执行装置以利用点云采集装置8进行点云采集，反馈结果如下表1：
122.表1距离传感器6反馈结果
[0123][0124]
当然，以为类推，当为其他更多层管片3，也是只需设置l和2x这两个阈值参数，增加相应的阈值区间即可，其方法原理不变。具体是根据各对传感器中两个距离传感器6检测数据之和中等于l的个数，便可判断当前共存在的管片3层数；只要至少存在一层管片3，都会移动检测清运执行装置，以进行管片3、垫木31的固定距离下的定位检测。另外，当每层检测器包括至少两对传感器时，则按照各层检测器中各对传感器中的两个距离传感器6检测的横向距离之和的平均值进行判断即可。
[0125]
可以理解，实际使用时，应确定管片3进入管片卸载区域并已到位后，再根据距离检测模块的检测结果判断当前管片3总层数。第一种方式下，具体确定方法如下：
[0126]
将一对传感器中两个距离传感器6之间的横向间距记作x；
[0127]
当各层检测器中各对传感器中的两个距离传感器6检测的横向距离之和的平均值由2x变至第二固定值，并维持经过预设时间后，再根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片3总层数。
[0128]
由于管片运输装置将一摞管片运送至管片卸载区域之前，管片卸载区域内并无管
片3，此时各层检测器中各对传感器中两个距离传感器6检测的数据之和的平均值为2x；当管片运输装置将管片3运送至管片卸载区域的过程中还未到位，但距离传感器6已经可以检测到管片3的侧面时，此时各层检测器中各对传感器中两个距离传感器6检测的数据之和的平均值会变为l；再经过一定时间，待管片运输装置到位后，该数据之和的平均值仍为l。因此，待该数据之和的平均值由2x转变为l，并稳定一段时间后，则表明管片3已经到位，便可以根据距离传感器6检测的数据来判断当前管片3的层数，更加合理可靠。
[0129]
第二种：参照图14，距离检测模块包括位于管片卸载区域顶部的一组传感器，该组传感器包括一个距离传感器6或者沿掘进垂直方向(即垂直于掘进轴线的方向)间隔设置的至少两个距离传感器6；
[0130]
根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片3总层数，包括如下步骤：
[0131]
根据各距离传感器6检测的垂向距离，计算该组传感器中各距离传感器6检测的垂向距离的平均值，并记作h；
[0132]
当h＝hn+ax时，则m＝a；
[0133]
其中，hn表示该组传感器中各距离传感器6到第n层管片的垂向距离之和的平均值，0≤a≤n-1，且a为正数，x表示上下相邻两个管片3的上表面之间的竖直高度差。
[0134]
可以理解，各距离传感器6的探头均竖直朝下设置，且各距离传感器6的探头位于同一水平面内。此方式下，一般距离传感器6不进行实时检测，需要在确定管片3已到位需要进行管片3检测时才去触发距离传感器6采集。确定管片3是否已到位的方式可以人为判断并触发距离传感器6，也可以采用其他的检测装置进行自动检测确定。根据距离传感器6采集的结果，并与设置判断参数进行比较来判断当前共存在的管片3层数，进而便于后续触发检测清运执行装置进行相应层的点云数据采集。
[0135]
上述第一种方式将距离传感器6设在管片3侧面的布置相较于第二种方式将距离传感器6设在管片3上方的布置而言，判断时受干扰更少，判断更加稳定可靠。
[0136]
采用上述两种方式中的任一方式，根据各距离传感器6的检测结果，需要进行管片3、垫木31的固定距离下的定位检测时，则检测清运执行装置自动进行路径规划携带点云采集装置8运动至一摞管片中相对最上层且相对该层管片3固定位采集点云信息；参照图9，当前共存在三层管片3时，点云采集装置8运动至距离第三层管片3的底部上表面的距离为第一固定值h的位置再进行信息采集；参照图10当前共存在两层管片3时，点云采集装置8运动至距离第二层管片3的底部上表面的距离为第一固定值h的位置再进行信息采集；参照图11，当前共存在一层管片3时，点云采集装置8运动至距离第一层管片的底部上表面的距离为第一固定值h的位置再进行信息采集。每次检测清运执行装置携带点云采集装置8分别移动至不同位置，但都是相对当前顶层管片的底部上表面为第一固定值h的位置，以利用点云采集装置8进行固定距离下的点云数据采集，进而保证了每层管片3信息的采集精度，实现管片3和垫木31的高精度自动定位，解决了大跨度变化引起点云精度下降的问题，进而保证管片3吊装需要高精度定位的问题。该第一固定值h为理论设计值，实际采集时点云采集装置8运动至距一摞管片相对最上层理论设计值的位置。
[0137]
接下来，pc根据采集点云分析待吊装管片3位姿，待抓取垫木31位姿。若存在垫木31，首先检测清运执行装置直接根据垫木31位姿直接进行路径规划，进行垫木31的自动清
运并放置在规定位置(一般指垫木放置箱)，而无需返回检测待命位置；待两块垫木31清理完毕后，管片吊机2根据待吊装管片3的位姿信息进行吊装，且二者执行过程互锁，即垫木清运作业与管片卸载区域内管片吊装作业两者应错开执行，管片吊机2和检测清运执行装置只能有一个进入管片快速卸载装置4上方进行作业，另一个处于待命状态。若无垫木31，检测清运执行装置直接返回待命位置，并只执行管片吊装作业。可以理解，因管片3上会放置两个垫木31，因此对管片3上的垫木31进行垫木清运作业时，需要将该层管片3上的一层垫木31(即两个垫木31)全部清除，才算完成垫木清运作业。
[0138]
管片3吊装后，根据两侧距离传感器6的检测结果，检测清运执行装置自动进行路径规划并移动至下一层采集位，进行数据采集。
[0139]
管片吊机2、检测清运执行装置需结合点云采集装置8进行系统标定，以便完成管片吊机2及检测清运执行装置根据点云处理后的数据进行位姿调节进行管片3吊装及垫木31清除。
[0140]
作为优选地，将点云采集装置8移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值后，先对当前顶层管片的表面进行清洁，然后再用点云采集装置8进行信息采集并进行解析。
[0141]
对于清洁方式可以根据需要而定，例如本实施例中点云采集装置8进行采集前，利用高压气清洁装置76对待采集数据层管片3进行喷气清洁，进一步保证采集数据的精度及稳定性。
[0142]
进一步地，在管片卸载区域还设有监控摄像机91和蜂鸣器92，监控摄像机91能对管片卸载区域进行全方位监控，在检测清运执行装置移动、执行垫木清运作业以及执行管片吊装作业的过程中蜂鸣器92能发出报警声。利用监控摄像机91和蜂鸣器92进一步保证了机器施工作业的安全。
[0143]
进一步地，检测清运执行装置还包括减振装置75，点云采集装置8通过连接件751与减振装置75连接，利用减振装置75可以对点云采集装置8实现减振，有效保证点云采集装置8采集数据更加稳定和精准。
[0144]
实施方式二
[0145]
如图1至图14所示，本技术还提供一种管片吊装和垫木清运的装置，包括：
[0146]
检测清运执行装置，其包括清运执行机构7和设在清运执行机构7上的点云采集装置8，清运执行机构7能沿掘进掘进方向往复移动，并能用于抓取垫木31；
[0147]
管片吊机2，其能沿掘进轴线方向往复移动，并能用于抓取管片3；
[0148]
控制装置，其与清运执行机构7、点云采集装置8和管片吊机2均电连接，能将清运执行机构7移动至管片卸载区域，并通过调整清运执行机构7，以使点云采集装置8移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值；还能对点云采集装置8采集的信息进行解析，以控制清运执行机构7执行垫木清运作业或控制管片吊机2执行管片吊装作业。
[0149]
整个装置的工作原理以及有益效果与实施方式一的方法相同，在此不再赘述。
[0150]
进一步地，为了便于确定一摞管片中当前存在的管片3总层数，以确定当前顶层管片所处的层数位置，更利于准确调整点云采集装置8与该层管片3之间的距离，管片吊装和垫木清运的装置还包括用于设在管片卸载区域内的距离检测模块；控制装置与距离检测模块电连接，并能根据距离检测模块的检测结果判断管片卸载区域内是否存在待吊运管片以
及一摞管片中当前存在的管片3总层数。
[0151]
在一些实施例中，距离检测模块包括从上至下间隔设置的多层检测器，每层检测器包括一对传感器或者沿掘进轴线方向间隔设置的至少两对传感器，每对传感器包括关于掘进轴线方向对称设置的两个距离传感器6。
[0152]
在另一些实施例中，距离检测模块包括位于管片卸载区域顶部的一组传感器，该组传感器包括一个距离传感器6或者沿掘进垂直方向(即垂直于掘进轴线的方向)间隔设置的至少两个距离传感器6。
[0153]
该距离传感器6与控制装置电连接，距离检测模块的这两种具体结构的检测方法在上述实施方式一中已经详细介绍，在此不再赘述。
[0154]
为了更便于清运执行机构7抓取垫木31，如图2至图5所示，清运执行机构7包括轨道梁71、安装件72、六自由度机械臂73和末端抓取机构74，轨道梁71用于固设在拖车1的顶部，且轨道梁71的长度方向平行于掘进轴线方向；安装件72能滑动地悬挂在轨道梁71上，六自由度机械臂73的上端和下端分别与安装件72和末端抓取机构74固接，点云采集装置8设在末端抓取机构74上。
[0155]
根据点云采集装置8采集的信息确定当前顶层管片上是否存在垫木31，并获得垫木31的位姿后，可以通过六自由度机械臂73的相应动作，将末端执行机构准确移动至相应垫木31所在位置，并抓取垫木31，定位精准。对于六自由度机械臂73的结构采用现有任一结构即可，本发明对此不进行限定。垫木清运工作完成之后，六自由度机械臂73回到初始安全区域及位姿，等待下一次检测清运执行装置的检测定位命令。
[0156]
更具体地，为了便于末端抓取机构74对垫木31的抓取，可以采用如下两种方式：
[0157]
第一种：末端抓取机构74为真空吸盘，点云采集装置8设在真空吸盘上。
[0158]
第二种：参照图3至图5，末端抓取机构74包括固定板741、导轨742、气缸743、第一夹爪744和第二夹爪745，气缸743通过相应的电控制阀与控制装置电连接；固定板741的上表面与六自由度机械臂73的下端连接，导轨742、气缸743和第一夹爪744均固设在固定板741的下表面上；第二夹爪745通过滑块7421与导轨742能滑动的连接，气缸743的输出轴与第二夹爪745连接，并能驱动第二夹爪745沿导轨742向靠近或远离第一夹爪744的方向移动；点云采集装置8设在固定板741上。
[0159]
其中，导轨742包括平行间隔设置的两根滑轨，第二夹爪745与两个滑块7421以及气缸743的输出轴固接，这两个滑块7421能滑动地与两根滑轨连接，通过气缸743的输出轴伸缩，可以使第二夹爪745沿导轨742滑移。六自由度机械臂73携带末端抓取机构74移动至相应垫木31的位置时，先利用气缸743驱动第二夹爪745移动，使两个夹爪张开，然后利用六自由度机械臂73动作使末端抓取机构74下移一定距离，再利用气缸743带动第二夹爪745向靠近第一夹爪744的方向移动，以抓紧垫木31，实现垫木31的抓取，操作简单。
[0160]
对于两个夹爪的形状可以根据实际需要而定，以满足不同规格的垫木31且具有足够的夹取面；例如本实施例中，两个夹爪均为平板结构，两个夹爪的板面均垂直于安装板721的板面，抓取时两个夹爪的长度方向与垫木长度方向平行；抓取垫木31时，两个夹爪与垫木31均为面接触，抓取更加稳定可靠。
[0161]
为了便于安装件72沿轨道梁71的稳定滑动，轨道梁71包括平行间隔设置的两个单梁，安装件72包括安装板721以及平行间隔设在安装板721上的两组滑轮对722，每组滑轮对
722包括相对设置的两个滑轮，每组滑轮对722中的两个滑轮能滑动的卡设在对应的单梁上；在安装板721上还设有电机723，电机723与控制装置电连接，电机723通过联轴器724与其中一个滑轮连接，并能驱动该滑轮转动。该电机723可以通过螺栓固定在安装板721的上表面，电机723与联轴器724配合可驱动其中一组滑轮对722转动，进而实现安装件72在轨道梁71上沿隧道轴线(即掘进轴线方向)前后移动。上述的六自由度机械臂73的上端可以通过连接板731与安装板721连接。
[0162]
在一优选的实施例中，如图5所示，在末端抓取机构74上设有减振装置75，点云采集装置8通过连接件751与减振装置75连接。该减振装置75具体设在固定板741上，其具体结构为现有结构，由于隧道施工过程存在强振动，通过减振装置75的设置，可以有效保证点云采集装置8采集数据更加稳定和精准。
[0163]
进一步优选地，如图5所示，在末端抓取机构74上还设有高压气清洁装置76，能用于对相应管片3喷气清洁，以保证待采集数据层管片3的表面清洁，进一步保证采集数据的精度及稳定性。高压气清洁装置76也可以采用现有任一结构，本发明对此不进行限定。
[0164]
进一步地，如图2所示，管片吊装和垫木清运的装置还包括监控摄像机91和蜂鸣器92，监控摄像机91用于对管片卸载区域进行全方位监控；监控摄像机91和蜂鸣器92均与控制装置电连接，控制装置能在检测清运执行装置移动、执行垫木清运作业以及执行管片吊装作业的过程中控制蜂鸣器92发出报警声，并能在监控摄像机91监测到管片卸载区域内为有人状态时控制检测清运执行装置停机以及蜂鸣器92发出报警声。
[0165]
一般监控摄像头安装在拖车1上，蜂鸣器92可以安装在清运执行机构7上，例如安装在上述安装板721的底面上。该监控摄像头配有行人检测，在执行清运作业和/或执行管片吊装作业和/或管片卸载区域有人时，该蜂鸣器92均可以发出报警提示，且管片卸载区域有人，还会使整个装置停机，施工更加安全。
[0166]
需要说明的是，实施方式一中的方法具体可以采用实施方式二中的装置来实施，实施方式二中的装置也可以采用实施方式一中的方法来操作。
[0167]
综上，本技术的方法及装置，主要用于盾构机施工中面向多层管片吊装和垫木清运时，对管片3和垫木31的高精度自动定位、对管片自动吊装以及对垫木自动清运。在复杂的盾构机施工作业过程中，能够提出一种稳定、高效的管片吊装、管片垫木清运的方法及装置，实现在盾构机管片卸载区域内对管片3的特征点采集、定位以便自动吊装及垫木31的清运作业，机器代人进行作业，降低作业人员劳动强度，提高隧道施工作业效率，同时更重要的是保障施工作业的安全、可靠。有效解决了现有管片吊运作业严重依赖作业人员的经验，存在很大的主观性；或采用固定式管片检测系统在面对大跨度、多层管片定位检测方面，存在检测距离对定位精度影响较大等问题。
[0168]
整个方法包括如下步骤：管片快速卸载装置4或拖车1上的距离检测模块判断出管片卸载区域是否具有待吊装管片及垫木；根据距离检测模块反馈结果，检测清运执行装置移动至管片卸载区域并调整其末端位姿，以使检测清运执行装置中的点云采集装置8移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值h；点云采集装置8进行信息采集，根据采集的点云信息解析出是否存在待清运垫木及垫木位姿和当前待吊装管片的位姿；若存在垫木，检测清运执行装置根据垫木位姿先对管片上垫木进行清运，否则管片吊机2根据待吊装管片位姿进行吊装；重复上述步骤，直至完成第一层管片的管片吊装作业。本
发明能根据管片快速卸载装置4或拖车1上的距离检测模块实现对相对顶层管片及垫木信息进行相对固定距离信息采集，减振装置75及高压气清洁装置76进一步保证点云信息采集的准确性，进而实现对管片及垫木的高精度自动定位，并能够实现管片的自动吊装及垫木的自动清运，定位精度、鲁棒性较高。
[0169]
利用各距离传感器6和点云采集装置8，其反馈结果表述管片卸载区域内是否已具备待吊装管片，需对哪一层管片进行吊装及垫木进行清运；距离传感器6采集数据稳定、适用环境强；管片吊机2根据检测装置反馈的待吊装管片位姿对管片3进行吊装作业；清运执行机构7在其各部件的共同作用下对垫木31进行清运并转移至垫木放置箱内；监控摄像机91对管片卸载区域进行实时画面监测，同时具有蜂鸣报警提醒，进一步保证施工作业的安全。
[0170]
各距离传感器6位于管片卸载区域内，其安装位置优选正对每层管片侧面，通过对各层管片对应的距离传感器6采集的数据进行分析，可以判断管片3是否到位以及分析出相对最上层管片，反馈给点云采集装置8并移动至相对最上层管片相对固定位进行信息采集，将采集的信息传输至pc系统内，pc对采集的点云信息进行分析，得出待吊装管片的位姿坐标、管片垫木的位姿。具体是，根据距离传感器6的反馈结果，六自由度机械臂73带动高压气清洁装置76、点云采集装置8运动至待检测管片上方；首先高压气清洁装置76对待检测管片进行吹高压气进行管片表面清洁，进一步保证管片特征点、垫木信息采集的准确性，同时表面清洁的管片有益于管片的吊装，以便点云采集装置准确采集和管片更好吊装；接着点云采集装置8分别再对每层待吊运管片以一定相对管片固定位(管片固定位即管片3的理论中心位置)分别采集一定区域下的信息，并分别解析垫木31的位姿以及管片3吊装位的位姿。根据每层距离反馈结果，每次点云采集装置8采集相对最上层(每一层)数据时，都相对于该待检测管片最底层固定高度h采集，保证了每层采集高度都处于该点云采集装置8的统一最佳采集高度，这样就解决了大跨度(多层)、宽视野下的高精度问题。
[0171]
点云采集装置8相对管片固定位采集，在硬件数据采集方面减少过多无效干扰点云的数据量，同时能够每次保持在最佳检测距离下进行数据采集，保证了对多层管片的高精度定位检测。避免了固定式点云采集装置对不同距离下检测精度不一，机器视觉检测会对环境敏感度大，深度学习检测样本参数较大等相关问题。根据点云分析反馈结果，管片吊机2根据反馈管片位姿进行自动吊装；清运执行机构7自动进行路径规划，完成垫木31的清运作业；点云采集装置8安装在检测清运执行装置末端的减振装置75上，保证了点云采集的数据的稳定性；管片卸载区域安装的监控设备，能够在上位机更直观、显示该区域的实时画面同时配有蜂鸣报警提醒。
[0172]
整个管片自动吊装及垫木清运系统方法相对简单、定位精度和稳定性较高，对施工现场环境适用性较好，能够安全、高效地实现管片吊装特征点的高精度定位，以便管片吊机吊装、垫木清运自动作业，提高了隧道施工作业的安全性。解决了目前国内外盾构施工作业中，管片吊运系统大多依靠作业人员通过无线遥控器来进行控制，需要作业人员对吊机和管片的相对位置不断观察以适时的调整管片吊具的位置和姿态；或采用固定式管片检测系统在面对大跨度、多层管片定位检测方面，存在检测距离对定位精度影响较大等问题。解决了面对大跨度、多层管片吊装下需要人工主观判断或采用固定式点云采集装置精度不一、鲁棒性差，管片需要人工清运等相关问题，而且机器代人作业提高了隧道施工的效率，
降低劳动强度。
[0173]
以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

技术特征：

1.一种管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，包括如下步骤：将检测清运执行装置移动至管片卸载区域，调整所述检测清运执行装置，以使所述检测清运执行装置中的点云采集装置移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值；对所述点云采集装置采集的信息进行解析；若解析结果包括当前顶层管片的位姿和当前顶层管片上垫木的位姿，则所述检测清运执行装置根据当前顶层管片上垫木的位姿对当前顶层管片上的垫木执行垫木清运作业，完成垫木清运作业并将所述检测清运执行装置移动至安全待命位置后，管片吊机根据当前顶层管片的位姿对当前顶层管片执行管片吊装作业；若解析结果仅包括当前顶层管片的位姿，则调整所述检测清运执行装置并将其移动至安全待命位置后，管片吊机根据当前顶层管片的位姿对当前顶层管片执行吊装作业；重复上述步骤，直至完成第一层管片的管片吊装作业。2.如权利要求1所述的管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，在所述管片卸载区域内设有距离检测模块；将检测清运执行装置移动至管片卸载区域之前，还包括如下步骤：根据所述距离检测模块的检测结果判断所述管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，并记作m，第m层管片为当前顶层管片；其中，0≤m≤n，m和n均为整数，n表示管片运输装置上一摞管片中管片的总层数。3.如权利要求2所述的管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，所述距离检测模块包括从上至下间隔设置的多层检测器，每层所述检测器包括一对传感器或者沿掘进轴线方向间隔设置的至少两对传感器，每对所述传感器包括关于掘进轴线方向对称设置的两个距离传感器；根据所述距离检测模块的检测结果判断所述管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，包括如下步骤：根据各所述距离传感器检测的横向距离，计算各层所述检测器中各对所述传感器中的两个所述距离传感器检测的横向距离之和的平均值，各所述横向距离之和的平均值数值中等于第二固定值的数量为一摞管片中当前存在的管片总层数；其中，第二固定值小于一对所述传感器中两个所述距离传感器之间的横向间距。4.如权利要求3所述的管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，将一对所述传感器中两个所述距离传感器之间的横向间距记作x；当各层所述检测器中各对所述传感器中的两个所述距离传感器检测的横向距离之和的平均值由2x变至所述第二固定值，并维持经过预设时间后，再根据所述距离检测模块的检测结果判断所述管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数。5.如权利要求2所述的管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，所述距离检测模块包括位于所述管片卸载区域顶部的一组传感器，该组所述传感器包括一个距离传感器或者沿掘进垂直方向间隔设置的至少两个距离传感器；根据所述距离检测模块的检测结果判断所述管片卸载区域内一摞管片中当前存在的管片总层数，包括如下步骤：根据各所述距离传感器检测的垂向距离，计算该组所述传感器中各所述距离传感器检
测的垂向距离的平均值，并记作h；当h＝h
n
+ax时，则m＝a；其中，h
n
表示该组所述传感器中各所述距离传感器到第n层管片的垂向距离之和的平均值，0≤a≤n-1，且a为正数，x表示上下相邻两个管片的上表面之间的竖直高度差。6.如权利要求1所述的管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，将所述点云采集装置移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值后，先对当前顶层管片的表面进行清洁，然后再用所述点云采集装置进行信息采集并进行解析。7.如权利要求1所述的管片吊装和垫木清运的方法，其特征在于，在所述管片卸载区域还设有监控摄像机和蜂鸣器，所述监控摄像机能对所述管片卸载区域进行全方位监控，在所述检测清运执行装置移动、执行垫木清运作业以及执行管片吊装作业的过程中所述蜂鸣器能发出报警声。8.一种管片吊装和垫木清运的装置，其特征在于，包括：检测清运执行装置，其包括清运执行机构和设在所述清运执行机构上的点云采集装置，所述清运执行机构能沿掘进掘进方向往复移动，并能用于抓取垫木；管片吊机，其能沿掘进轴线方向往复移动，并能用于抓取管片；控制装置，其与所述清运执行机构、所述点云采集装置和所述管片吊机均电连接，能将所述清运执行机构移动至管片卸载区域，并通过调整所述清运执行机构，以使所述点云采集装置移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值；还能对所述点云采集装置采集的信息进行解析，以控制所述清运执行机构执行垫木清运作业或控制所述管片吊机执行管片吊装作业。9.如权利要求8所述的管片吊装和垫木清运的装置，其特征在于，所述管片吊装和垫木清运的装置还包括用于设在所述管片卸载区域内的距离检测模块，所述控制装置与所述距离检测模块电连接，并能根据所述距离检测模块的检测结果判断所述管片卸载区域内是否存在待吊运管片以及一摞管片中当前存在的管片总层数。10.如权利要求9所述的管片吊装和垫木清运的装置，其特征在于，所述距离检测模块包括从上至下间隔设置的多层检测器，每层所述检测器包括一对传感器或者沿掘进轴线方向间隔设置的至少两对传感器，每对所述传感器包括关于掘进轴线方向对称设置的两个距离传感器；或者所述距离检测模块包括位于所述管片卸载区域顶部的一组传感器，该组所述传感器包括一个距离传感器或者沿掘进垂直方向间隔设置的至少两个距离传感器。11.如权利要求8所述的管片吊装和垫木清运的装置，其特征在于，所述清运执行机构包括轨道梁、安装件、六自由度机械臂和末端抓取机构，所述轨道梁用于固设在拖车的顶部，且所述轨道梁的长度方向平行于掘进轴线方向；所述安装件能滑动地悬挂在所述轨道梁上，所述六自由度机械臂的上端和下端分别与所述安装件和所述末端抓取机构固接，所述点云采集装置设在所述末端抓取机构上。12.如权利要求11所述的管片吊装和垫木清运的装置，其特征在于，所述末端抓取机构为真空吸盘；或者所述末端抓取机构包括固定板、导轨、气缸、第一夹爪和第二夹爪，所述气缸通过相应
的电控制阀与所述控制装置电连接；所述固定板的上表面与所述六自由度机械臂的下端连接，所述导轨、所述气缸和所述第一夹爪均固设在所述固定板的下表面上；所述第二夹爪通过滑块与所述导轨能滑动的连接，所述气缸的输出轴与所述第二夹爪连接，并能驱动所述第二夹爪沿所述导轨向靠近或远离所述第一夹爪的方向移动；所述点云采集装置设在所述固定板上。13.如权利要求11所述的管片吊装和垫木清运的装置，其特征在于，在所述末端抓取机构上设有减振装置，所述点云采集装置通过连接件与所述减振装置连接；在所述末端抓取机构上还设有高压气清洁装置，能用于对相应管片喷气清洁。14.如权利要求11所述的管片吊装和垫木清运的装置，其特征在于，所述管片吊装和垫木清运的装置还包括监控摄像机和蜂鸣器，所述监控摄像机用于对所述管片卸载区域进行全方位监控；所述监控摄像机和所述蜂鸣器均与所述控制装置电连接，所述控制装置能在所述检测清运执行装置移动、执行垫木清运作业以及执行管片吊装作业的过程中控制所述蜂鸣器发出报警声，并能在所述监控摄像机监测到所述管片卸载区域内为有人状态时控制所述检测清运执行装置停机以及所述蜂鸣器发出报警声。

技术总结

本发明为一种管片吊装和垫木清运的方法及装置，其中，方法包括如下步骤：根据距离检测模块反馈的当前存在的管片层数，将检测清运执行装置移动至管片卸载区域，调整检测清运执行装置以使点云采集装置移动至距离一摞管片中当前顶层管片的垂向距离为第一固定值；点云采集装置进行信息采集，根据采集的点云信息解析出是否存在待清运垫木及垫木位姿和当前待吊装管片的位姿；若存在垫木，检测清运执行装置根据垫木位姿先对管片上垫木进行清运，否则管片吊机根据待吊装管片位姿进行吊装；重复上述步骤，直至完成第一层管片的管片吊装作业。本发明能实现对管片和垫木的高精度自动定位，并能实现管片的自动吊装及垫木的自动清运，定位精度和稳定性较高。精度和稳定性较高。精度和稳定性较高。