申请/专利权人：贵州国致科技有限公司

申请日：2024-02-06

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN118292755A

主分类号：E21B7/02

分类号：E21B7/02;E21B44/02;E21B45/00;E21B47/04

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.07.23#实质审查的生效;2024.07.05#公开

摘要：本发明公开了一种高速公路隧道内壁打孔机器人及控制方法，打孔机器人包括液压履带底盘、机械臂、可调节底座、电锤以及总控系统；电锤的数量与目标打孔区域内单次打孔数量匹配，总控系统包括上位机、机器人控制器、PLC控制器以及数据采集装置；数据采集装置与上位机之间通讯连接，而上位机则分别与机器人控制器、PLC控制器之间通讯连接；上位机包括机械臂轨迹规划模块以及视觉定位模块；PLC控制器包括液压底盘控制模块以及运动滑台控制模块；数据采集装置包括激光测距传感器、编码测速传感器、打孔深度测量传感器以及3d摄像头。本发明打孔机器人不仅能够自动行走、进行高空精准打孔，而且降低了人工成本，减少了生产安全隐患。

主权项：1.一种高速公路隧道内壁打孔机器人，用于隧道弧形墙面的目标打孔区域打孔，包括液压履带底盘（1）、机械臂（2）、电锤以及总控系统（5）；机械臂（2）安装在液压履带底盘（1）上，且机械臂（2）的动力输出端通过安装座（10）与电锤的固定部分联动连接，电锤的动力输出端安装有钻头（8）；其特征在于，机械臂（2）为7轴机械臂；电锤的数量与目标打孔区域内单次打孔数量匹配；安装座（10）为可调节底座，包括安装底座以及设置在安装底座上的一个以上的可移动安装台，安装底座与机械臂（2）的动力输出端连接，可移动安装台的数量与电锤的数量匹配，各电锤的固定部分一一对应地安装在可移动安装台上；总控系统（5）包括上位机、机器人控制器、PLC控制器以及数据采集装置；数据采集装置与上位机之间通讯连接，而上位机则分别与机器人控制器、PLC控制器之间通讯连接；其中：上位机包括机械臂轨迹规划模块以及视觉定位模块；PLC控制器包括液压底盘控制模块以及运动滑台控制模块；数据采集装置包括激光测距传感器（6）、编码测速传感器（7）、打孔深度测量传感器（9）以及3d摄像头（11）；所述的激光测距传感器（6），设置在液压履带底盘（1）上，用于测量车身与边沟之间的距离，并能够将所测量到的距离数据上传至上位机；所述的编码测速传感器（7），设置在液压履带底盘（1）上，用于测量液压履带底盘（1）的行走里程，并能够将所测量到的行走里程数据上传至上位机；所述的打孔深度测量传感器（9），用于检测钻头（8）的打孔深度，并能够将所检测到的打孔深度上传至机器人控制器；所述的3d摄像头（11），设置在安装座上，用于拍摄目标区域的图像，并能够将所拍摄到的图像信息上传至上位机；所述的上位机，根据激光测距传感器（6）以及编码测速传感器（7）反馈的信息，通过液压底盘控制模块控制液压履带底盘（1）移动，直至液压履带底盘（1）抵达作业位置，触发机械臂轨迹规划模块；所述的视觉定位模块，能够根据3d摄像头（11）反馈的图像信息，识别定位出机械臂（2）分别处于第一位置、第二位置时的空间位置，并能够将所识别出的机械臂（2）分别处于第一位置、第二位置时的空间位置传输至机械臂轨迹规划模块；机械臂（2）处于第一位置时，表明机械臂（2）带动各钻头抵达基准线所在区域，此时机械臂（2）的空间位置记为空间位置A；机械臂（2）处于第二位置时，表明机械臂（2）带动各钻头抵达目标打孔位置所在区域，此时机械臂（2）的空间位置记为空间位置B；所述的机械臂轨迹规划模块，预先规划有第一位置机械臂行进轨迹，并能够通过机器人控制器控制机械臂（2）按照第一位置机械臂行进轨迹进行姿态调整，直至视觉定位模块根据3d摄像头（11）反馈的图像信息表明机械臂（2）带动各钻头抵达基准线所在区域，记录下当前机械臂（2）的空间位置，此时机械臂（2）的空间位置即为空间位置A，并将空间位置A上传至机械臂轨迹规划模块以及触发运动滑台控制模块；所述的运动滑台控制模块，用于控制可移动安装台在安装底座所在平面上的位置调整；机械臂轨迹规划模块能够根据空间位置A以及预设的各钻头抵达目标打孔位置时机械臂的空间位置B0，规划出第二位置机械臂行进轨迹，并通过机器人控制器控制机械臂（2）进行姿态调整，使得机械臂（2）从空间位置A开始变换，直至视觉定位模块根据3d摄像头（11）反馈的图像信息表明机械臂（2）带动各钻头抵达目标打孔位置所在区域，记录下当前机械臂（2）的空间位置，此时机械臂（2）的空间位置即为空间位置B，并将空间位置B上传至机械臂轨迹规划模块；机械臂轨迹规划模块根据空间位置B与空间位置B0之间的差异，再次通过机器人控制器控制机械臂（2）进行姿态调整，直至空间位置B与空间位置B0之间的差异满足要求，表明钻头（8）与目标打孔位置在允许误差范围内，钻头（8）与墙面的垂直角度在允许误差范围内，钻头（8）的打孔位姿符合打孔要求，通过机器人控制器启动电锤；所述电锤在机器人控制器的控制下，带动钻头（8）在目标打孔位置进行钻孔，直至打孔深度测量传感器（9）反馈的数值表明钻孔达到预设钻孔深度。

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