隧道作业监控预警方法及装置与流程

本发明涉及隧道施工，尤其涉及一种隧道作业监控预警方法及装置。

背景技术：

1、本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

2、全断面硬岩隧道掘进机(tbm，tunnel boring machine)已经成为隧道工程施工的重要装备，被广泛应用于水利隧洞、城市轨道、市政交通和铁路隧道等领域。tbm掘进过程中，需要各种机械设备进行清渣、打锚杆、立拱等工序作业，这些设备均安装在tbm上，在运动过程中，设备间可能相互发生干涉、碰撞，导致施工危险；此外，目前隧道施工虽机械化程度较高，但部分工序仍需要人工进行辅助作业，导致设备作业过程，误操作等原因可能导致设备与人发生安全事故。

3、目前，为保证施工安全，工程上普遍通过限制液压系统油液的最大压力，以此限制设备最大的输出力保证安全，但是，液压系统一般设定的压力是固定的，而各设备作业工况复杂、差异较大，在不同位姿、不同作业类型下，其受力情况是不一样的，因此，统一设定最大压力会限制各个设备的工作效率。

4、现有技术中存在通过视觉的方式监控安全作业，但是隧道在地下几乎密闭的环境，条件恶劣，光线较差、视觉系统识别的角度容易受限，因此该方法安全性监控效果较差。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种隧道作业监控预警方法，用以提高安全性监控效果，该方法包括：

2、获取每个机器人的多个关节处的关节运动数据，所述机器人包括多个安装于隧道掘进机上的用于实现不同工序作业的机械设备；

3、获取每个机器人的关节驱动件油路上的压力数据；所述压力数据反映机器人液压油缸中油液的实际压力值；

4、根据每个机器人的关节运动数据，进行每个机器人的运动规划，计算输出每个机器人按规划运动需要的关节驱动数据，所述关节驱动数据包括关节驱动力、关节驱动力矩；

5、将每个机器人的压力数据分别输入预先建立的实际驱动计算模型，输出每个机器人实时作业中的关节驱动数据；所述实际驱动计算模型反映机器人液压油缸中油液压力与关节驱动数据的转换关系，所述实际驱动计算模型基于动力学理论和机器人关节液压油缸在铰接点的位置几何关系构建；

6、将每个机器人的关节运动数据输入预先建立的运动学模型，输出每个机器人实时作业中的多个关节的位置数据；所述运动学模型基于机器人运动学建模方法构建；

7、根据每个机器人按规划运动需要的关节驱动数据、每个机器人实时作业中的关节驱动数据、每个机器人实时作业中的多个关节的位置数据，进行隧道作业预警提示。

8、本发明实施例还提供一种隧道作业监控预警装置，用以提高安全性监控效果，该装置包括：

9、数据获取模块，用于获取每个机器人的多个关节处的关节运动数据，所述机器人包括多个安装于隧道掘进机上的用于实现不同工序作业的机械设备；获取每个机器人的关节驱动件油路上的压力数据；所述压力数据反映机器人液压油缸中油液的实际压力值；

10、驱动力理论数据计算模块，用于根据每个机器人的关节运动数据，进行每个机器人的运动规划，计算输出每个机器人按规划运动需要的关节驱动数据，所述关节驱动数据包括关节驱动力、关节驱动力矩；

11、驱动力实际数据计算模块，用于将每个机器人的压力数据分别输入预先建立的实际驱动计算模型，输出每个机器人实时作业中的关节驱动数据；所述实际驱动计算模型反映机器人液压油缸中油液压力与关节驱动数据的转换关系，所述实际驱动计算模型基于动力学理论和机器人关节液压油缸在铰接点的位置几何关系构建；

12、位置数据计算模块，用于将每个机器人的关节运动数据输入预先建立的运动学模型，输出每个机器人实时作业中的多个关节的位置数据；所述运动学模型基于机器人运动学建模方法构建；

13、预警模块，用于根据每个机器人按规划运动需要的关节驱动数据、每个机器人实时作业中的关节驱动数据、每个机器人实时作业中的多个关节的位置数据，进行隧道作业预警提示。

14、本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述隧道作业监控预警方法。

15、本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述隧道作业监控预警方法。

16、本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述隧道作业监控预警方法。

17、本发明实施例中，从位置、关节驱动力/力矩两个维度进行机械设备安全作业预警，综合考虑了隧道作业施工中多个机械设备，并考虑了更多安全因素，安全监督预警更可靠，实现了机械设备间碰撞检测、安全作业的预警，该方法避免单纯依靠视觉进行监督，实现恶劣环境下，有效降低设备作业过程中的失误率，提高了安全性监控效果，提高了设备作业的安全性。

技术特征：

1.一种隧道作业监控预警方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关节运动数据包括如下之一或任意组合：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据每个机器人的关节运动数据，进行每个机器人的运动规划，计算输出每个机器人按规划运动需要的关节驱动数据，包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将每个机器人的压力数据分别输入预先建立的实际驱动计算模型，输出每个机器人实时作业中的关节驱动数据，包括：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按如下公式，根据机器人的压力数据和液压油缸几何参数，确定液压油缸作用在机器人的关节上的第一推力值或第二推力值：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将每个机器人的关节运动数据输入预先建立的运动学模型，输出每个机器人实时作业中的多个关节的位置数据，包括：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每个机器人按规划运动需要的关节驱动数据、每个机器人实时作业中的关节驱动数据、每个机器人实时作业中的多个关节的位置数据，进行隧道作业预警提示，包括：

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行隧道作业预警提示前，还包括：

9.一种隧道作业监控预警装置，其特征在于，包括：

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述关节运动数据包括如下之一或任意组合：

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，驱动力理论数据计算模块具体用于：

12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，驱动力实际数据计算模块具体用于：

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，按如下公式，根据机器人的压力数据和液压油缸几何参数，确定液压油缸作用在机器人的关节上的第一推力值或第二推力值：

14.如权利要求9所述的装置，其特征在于，位置数据计算模块具体用于：

15.如权利要求9所述的装置，其特征在于，预警模块具体用于：

16.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

17.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8任一所述方法。

18.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一所述方法。

19.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一所述方法。

技术总结本发明公开了一种隧道作业监控预警方法及装置，涉及隧道施工技术领域，其中该方法包括：获取每个机器人的多个关节处的关节运动数据、关节驱动件油路上的压力数据；根据关节运动数据，进行每个机器人的运动规划，计算输出理论上的关节驱动力或力矩；将每个机器人的压力数据分别输入实际驱动计算模型，输出实际的关节驱动力或力矩；实际驱动计算模型反映机器人液压油缸中油液压力和关节驱动力、力矩的转换关系；将关节运动数据输入预先建立的运动学模型，输出关节位置数据；根据理论上和实际的关节驱动力或关节驱动力矩、关节位置数据，进行隧道作业预警提示。本发明可以提高安全性监控效果。技术研发人员：姜礼杰,孙颜明,李正道,原晓伟,杨航,文勇亮,王一新,彭飞虎,钱豪受保护的技术使用者：中铁工程装备集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13