權(quán)利要求書： 1.一種隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包括：用于鉆孔的鉆機(jī)(1)；

用于安裝在隧道掘進(jìn)機(jī)上的機(jī)器人(2)，所述鉆機(jī)(1)與所述機(jī)器人(2)的末端(22)固定連接；

控制器(3)，其與所述機(jī)器人(2)的驅(qū)動(dòng)模塊(21)相連，所述控制器(3)用于獲取鉆孔參數(shù)、所述隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程和掘進(jìn)速度，并根據(jù)所述鉆孔參數(shù)確定各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)，根據(jù)所述掘進(jìn)里程定位所述機(jī)器人(2)的位置，根據(jù)所述掘進(jìn)速度計(jì)算所述機(jī)器人(2)的實(shí)時(shí)偏移量，進(jìn)而根據(jù)各個(gè)所述目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)、所述機(jī)器人(2)的位置和所述實(shí)時(shí)偏移量，控制所述機(jī)器人(2)動(dòng)作，以使所述鉆機(jī)(1)運(yùn)動(dòng)至各個(gè)所述目標(biāo)鉆孔位置進(jìn)行鉆孔，并在所述隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)所述實(shí)時(shí)偏移量控制所述機(jī)器人(2)實(shí)時(shí)調(diào)整位姿，以使所述鉆機(jī)(1)的軸線保持不變。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器(3)與所述隧道掘進(jìn)機(jī)的工業(yè)電腦相連，以獲取所述掘進(jìn)里程和所述掘進(jìn)速度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，還包括觸控顯示屏(4)，其與所述控制器(3)的輸入端連接，以通過(guò)所述觸控顯示屏(4)向所述控制器(3)輸入所述鉆孔參數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人(2)的末端(22)與所述鉆機(jī)(1)之間設(shè)有用于檢測(cè)各個(gè)方向上的力和扭矩的力傳感器(5)，所述力傳感器(5)與所述控制器(3)相連，以當(dāng)所述力傳感器(5)檢測(cè)的力和/或扭矩大于預(yù)設(shè)安全閾值時(shí)，使所述控制器(3)控制所述鉆機(jī)(1)停止運(yùn)動(dòng)，并控制所述機(jī)器人(2)動(dòng)作，使所述鉆機(jī)(1)退出鉆孔。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述力傳感器(5)分別通過(guò)連接法蘭(6)與所述機(jī)器人(2)的末端(22)和所述鉆機(jī)(1)相連。

6.一種隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的控制器，包括：

獲取鉆孔參數(shù)，并根據(jù)所述鉆孔參數(shù)計(jì)算各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)；

獲取隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程，并根據(jù)所述掘進(jìn)里程定位所述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人的位置；

獲取所述隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速度，并根據(jù)所述掘進(jìn)速度計(jì)算所述機(jī)器人的實(shí)時(shí)偏移量；

根據(jù)所述目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)、所述機(jī)器人的位置和所述實(shí)時(shí)偏移量，控制所述機(jī)器人動(dòng)作，以使所述鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)至所述目標(biāo)鉆孔位置，并控制所述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔；

在所述隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)所述機(jī)器人的實(shí)時(shí)偏移量，實(shí)時(shí)調(diào)整所述機(jī)器人的位姿，以使所述鉆機(jī)的軸線保持不變。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，在控制所述鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔的過(guò)程中，還包括：

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述鉆機(jī)和所述機(jī)器人受到的力和扭矩；

當(dāng)所述鉆機(jī)和所述機(jī)器人受到的力和/或扭矩大于預(yù)設(shè)安全閾值時(shí)，則控制所述鉆機(jī)停機(jī)，并控制所述機(jī)器人動(dòng)作，使所述鉆機(jī)退出鉆孔。

8.一種隧道掘進(jìn)機(jī)，包括掘進(jìn)機(jī)本體和設(shè)于所述掘進(jìn)機(jī)本體的機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人系統(tǒng)為權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的隧道掘進(jìn)機(jī)，其特征在于，所述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)固設(shè)于所述掘進(jìn)機(jī)本體的設(shè)備拖車(7)上，所述隧道掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行時(shí)，所述設(shè)備拖車(7)跟隨所述掘進(jìn)機(jī)本體移動(dòng)。

說(shuō)明書： 一種隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法、隧道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及隧道鉆孔設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及一種上述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法以及包括上述隧道鉆孔機(jī)器

人系統(tǒng)的隧道掘進(jìn)機(jī)。

背景技術(shù)[0002] 在地鐵、鐵路、水利等隧道工程施工過(guò)程中，需要敷設(shè)大量的水管管路和電纜線路等，因此，需要對(duì)隧道進(jìn)行鉆孔，以安裝管線支架，便于水管管路和電纜線路的敷設(shè)。

[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用人工施工的方式進(jìn)行隧道鉆孔，也即，施工人員手持鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，顯然，人工鉆孔的效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且鉆孔的一致性差。

[0004] 為了解決人工鉆孔存在的上述技術(shù)問(wèn)題，鉆孔機(jī)器人逐漸得到應(yīng)用。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的鉆孔機(jī)器人，通常是將一個(gè)作業(yè)點(diǎn)的所有孔鉆完后，再移動(dòng)到下一個(gè)作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行鉆

孔作業(yè)，也即，鉆孔施工與隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)過(guò)程是兩個(gè)單獨(dú)的工序，兩者無(wú)法同時(shí)進(jìn)行，

需要隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工完成后，再進(jìn)行鉆孔施工，導(dǎo)致施工周期長(zhǎng)。

[0005] 因此，如何提供一種能夠使鉆孔施工與隧道掘進(jìn)施工同步進(jìn)行的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法，在隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，可確保鉆機(jī)軸線始終保持不變，以使鉆孔與隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工的同

步進(jìn)行。

[0007] 本發(fā)明的另一目的是提供一種包括上述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的隧道掘進(jìn)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)施工與鉆孔施工的同步作業(yè)，縮短了隧道施工的整體施工周期。

[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：[0009] 一種隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，包括：[0010] 用于鉆孔的鉆機(jī)；[0011] 用于安裝在隧道掘進(jìn)機(jī)上的機(jī)器人，所述鉆機(jī)與所述機(jī)器人的末端固定連接；[0012] 控制器，其與所述機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)模塊相連，所述控制器用于獲取鉆孔參數(shù)、所述隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程和掘進(jìn)速度，并根據(jù)所述鉆孔參數(shù)確定各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)，根

據(jù)所述掘進(jìn)里程定位所述機(jī)器人的位置，根據(jù)所述掘進(jìn)速度計(jì)算所述機(jī)器人的實(shí)時(shí)偏移

量，進(jìn)而根據(jù)各個(gè)所述目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)、所述機(jī)器人的位置和所述實(shí)時(shí)偏移量，控制所

述機(jī)器人動(dòng)作，以使所述鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)至各個(gè)所述目標(biāo)鉆孔位置進(jìn)行鉆孔，并在所述隧道掘進(jìn)

機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)所述實(shí)時(shí)偏移量控制所述機(jī)器人實(shí)時(shí)調(diào)整位姿，以使所述鉆機(jī)的軸線

保持不變。

[0013] 優(yōu)選地，所述控制器與所述隧道掘進(jìn)機(jī)的工業(yè)電腦相連，以獲取所述掘進(jìn)里程和所述掘進(jìn)速度。

[0014] 優(yōu)選地，還包括觸控顯示屏，其與所述控制器的輸入端連接，以通過(guò)所述觸控顯示屏向所述控制器輸入所述鉆孔參數(shù)。

[0015] 優(yōu)選地，所述機(jī)器人的末端與所述鉆機(jī)之間設(shè)有用于檢測(cè)各個(gè)方向上的力和扭矩的力傳感器，所述力傳感器與所述控制器相連，以當(dāng)所述力傳感器檢測(cè)的力和/或扭矩大于

預(yù)設(shè)安全閾值時(shí)，使所述控制器控制所述鉆機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，并控制所述機(jī)器人動(dòng)作，使所述鉆

機(jī)退出鉆孔。

[0016] 優(yōu)選地，所述力傳感器分別通過(guò)連接法蘭與所述機(jī)器人的末端和所述鉆機(jī)相連。[0017] 一種隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用于上述任意一種隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的控制器，包括：

[0018] 獲取鉆孔參數(shù)，并根據(jù)所述鉆孔參數(shù)計(jì)算各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)；[0019] 獲取隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程，并根據(jù)所述掘進(jìn)里程定位所述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人的位置；

[0020] 獲取所述隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速度，并根據(jù)所述掘進(jìn)速度計(jì)算所述機(jī)器人的實(shí)時(shí)偏移量；

[0021] 根據(jù)所述目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)、所述機(jī)器人的位置和所述實(shí)時(shí)偏移量，控制所述機(jī)器人動(dòng)作，以使所述鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)至所述目標(biāo)鉆孔位置，并控制所述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的

鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔；

[0022] 在所述隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)所述機(jī)器人的實(shí)時(shí)偏移量，實(shí)時(shí)調(diào)整所述機(jī)器人的位姿，以使所述鉆機(jī)的軸線保持不變。

[0023] 優(yōu)選地，在控制所述鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔的過(guò)程中，還包括：[0024] 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述鉆機(jī)和所述機(jī)器人受到的力和扭矩；[0025] 當(dāng)所述鉆機(jī)和所述機(jī)器人受到的力和/或扭矩大于預(yù)設(shè)安全閾值時(shí)，則控制所述鉆機(jī)停機(jī)，并控制所述機(jī)器人動(dòng)作，使所述鉆機(jī)退出鉆孔。

[0026] 一種隧道掘進(jìn)機(jī)，包括掘進(jìn)機(jī)本體和設(shè)于所述掘進(jìn)機(jī)本體的機(jī)器人系統(tǒng)，所述機(jī)器人系統(tǒng)為上述任意一種隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)。

[0027] 優(yōu)選地，所述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)固設(shè)于所述掘進(jìn)機(jī)本體的設(shè)備拖車上，所述隧道掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行時(shí)，所述設(shè)備拖車跟隨所述掘進(jìn)機(jī)本體移動(dòng)。

[0028] 本發(fā)明提供的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法，控制器根據(jù)其獲取的鉆孔參數(shù)，計(jì)算得到各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)，由于各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置與隧道掘進(jìn)機(jī)之間具有確

定的相對(duì)位置關(guān)系，同時(shí)，機(jī)器人設(shè)置在隧道掘進(jìn)機(jī)上，也即，各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置與機(jī)器人

具有確定的相對(duì)位置關(guān)系，當(dāng)控制器根據(jù)掘進(jìn)里程定位機(jī)器人的位置后，即可確定機(jī)器人

末端與目標(biāo)鉆孔位置之間的坐標(biāo)差，結(jié)合著隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中機(jī)器人的實(shí)時(shí)偏移量，

即可計(jì)算出機(jī)器人末端到達(dá)目標(biāo)鉆孔位置所需的位姿變化量，因此，控制器通過(guò)控制機(jī)器

人動(dòng)作，可以使鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)至各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置，當(dāng)鉆機(jī)到達(dá)目標(biāo)鉆孔位置時(shí)，控制器控制鉆

機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，在此過(guò)程中，隧道掘進(jìn)機(jī)同步掘進(jìn)，此時(shí)，控制器根據(jù)機(jī)器人的實(shí)時(shí)偏移

量控制機(jī)器人實(shí)時(shí)調(diào)整位姿，以使鉆機(jī)的軸線保持不變，保證鉆孔質(zhì)量。

[0029] 由此可以看出，本發(fā)明提供的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法，在隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，可以實(shí)時(shí)補(bǔ)償機(jī)器人的實(shí)時(shí)偏移量，進(jìn)而可確保鉆機(jī)軸線始終保持不變，使鉆

機(jī)軸線與鉆孔軸線始終重合，確保鉆孔質(zhì)量，也即，在隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，可同步進(jìn)行

鉆孔施工，因此可縮短整體施工周期。

[0030] 本發(fā)明提供的隧道掘進(jìn)機(jī)，包括上述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，因此可實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)施工與鉆孔施工的同步作業(yè)，縮短了隧道施工的整體施工周期。

附圖說(shuō)明[0031] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本

發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)

提供的附圖獲得其他的附圖。

[0032] 圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例所提供的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)置在隧道掘進(jìn)機(jī)的設(shè)備拖車上后的結(jié)構(gòu)示意圖；

[0033] 圖2為圖1所示隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)鉆孔時(shí)的示意圖；[0034] 圖3為圖1中隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人、鉆機(jī)和力傳感器的連接結(jié)構(gòu)示意圖；[0035] 圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例所提供的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法的流程圖。[0036] 圖1至圖3中的附圖標(biāo)記如下：[0037] 1為鉆機(jī)、2為機(jī)器人、21為驅(qū)動(dòng)模塊、22為末端、3為控制器、4為觸控顯示屏、5為力傳感器、6為連接法蘭、7為設(shè)備拖車、8為軌道、9為運(yùn)輸機(jī)車。

具體實(shí)施方式[0038] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?br />
本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他

實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

[0039] 本發(fā)明的核心是提供一種隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法，在隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，可確保鉆機(jī)軸線始終保持不變，以使鉆孔與隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工的同步進(jìn)行。本發(fā)

明的另一核心是提供一種包括上述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的隧道掘進(jìn)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)施

工與鉆孔施工的同步作業(yè)，縮短了隧道施工的整體施工周期。

[0040] 請(qǐng)參考圖1?圖3，圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例所提供的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)置在隧道掘進(jìn)機(jī)的設(shè)備拖車上后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)鉆孔時(shí)的示意

圖；圖3為圖1中隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人、鉆機(jī)和力傳感器的連接結(jié)構(gòu)示意圖。

[0041] 本發(fā)明提供一種隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，主要包括鉆機(jī)1、機(jī)器人2和控制器3等。[0042] 具體地，鉆機(jī)1用于對(duì)隧道進(jìn)行鉆孔，鉆機(jī)1的主體結(jié)構(gòu)及其工作原理與現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)鉆機(jī)1的結(jié)構(gòu)及其工作原理對(duì)應(yīng)相同，本文不再贅述。

[0043] 鉆機(jī)1固設(shè)于機(jī)器人2的末端22，以隨著機(jī)器人2末端22的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，也即，本發(fā)明利用機(jī)器人2的運(yùn)動(dòng)，控制鉆機(jī)1的位置，以使鉆機(jī)1達(dá)到所需的鉆孔位置。

[0044] 需要說(shuō)明的是，機(jī)器人2用于安裝在隧道掘進(jìn)機(jī)上，以隨著隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)而同步移動(dòng)。

[0045] 本發(fā)明對(duì)機(jī)器人2的具體實(shí)現(xiàn)形式不做限定，只要能夠通過(guò)控制機(jī)器人2的動(dòng)作來(lái)調(diào)整鉆機(jī)1的位置即可。例如，機(jī)器人2可以優(yōu)選為六軸機(jī)器人2，鉆機(jī)1固設(shè)于六軸機(jī)器人2

的第六軸的自由端。

[0046] 另外，控制器3與機(jī)器人2的驅(qū)動(dòng)模塊相連，以通過(guò)向驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送控制指令，控制機(jī)器人2的動(dòng)作。

[0047] 具體地，控制器3用于獲取鉆孔參數(shù)、隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程和掘進(jìn)速度；并根據(jù)鉆孔參數(shù)確定各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)，根據(jù)掘進(jìn)里程定位機(jī)器人2的位置，根據(jù)掘進(jìn)速度

計(jì)算機(jī)器人2的實(shí)時(shí)偏移量；進(jìn)而根據(jù)各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)、機(jī)器人2的位置和機(jī)器人2

的實(shí)時(shí)偏移量，控制機(jī)器人2動(dòng)作，以使鉆機(jī)1運(yùn)動(dòng)至目標(biāo)鉆孔位置并控制鉆機(jī)1進(jìn)行鉆孔，

同時(shí)，在隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，控制器3根據(jù)機(jī)器人2的實(shí)時(shí)偏移量控制機(jī)器人2實(shí)時(shí)調(diào)整

位姿，以使鉆機(jī)1的軸線保持不變。

[0048] 需要說(shuō)明的是，通常沿隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)方向在不同的隧道截面上間隔設(shè)置鉆孔，且同一隧道截面上通常需要鉆多個(gè)孔，因此鉆孔參數(shù)包括不同隧道截面的鉆孔間距、同

一隧道截面上第一個(gè)目標(biāo)鉆孔位置的鉆孔角度、同一隧道截面上的鉆孔數(shù)量以及鉆孔深度

等信息。

[0049] 優(yōu)選地，設(shè)定隧道掘進(jìn)機(jī)開始掘進(jìn)時(shí)的當(dāng)前位置為鉆孔的基準(zhǔn)位置，以該基準(zhǔn)位置處的隧道截面為準(zhǔn)，根據(jù)鉆孔間距，可以確定各個(gè)待鉆孔的隧道截面。

[0050] 同時(shí)，根據(jù)隧道截面的整體角度和鉆孔數(shù)量，可以計(jì)算得到同一隧道截面上相鄰兩個(gè)鉆孔之間的角度差，根據(jù)該角度差和同一隧道截面上第一個(gè)目標(biāo)鉆孔位置的鉆孔角

度，可以確定同一隧道截面上各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置坐標(biāo)。

[0051] 也即，控制器3根據(jù)其獲取的鉆孔參數(shù)，可計(jì)算得到各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)。[0052] 可以理解的是，各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置與隧道掘進(jìn)機(jī)之間具有確定的相對(duì)位置關(guān)系，同時(shí)，機(jī)器人2設(shè)置在隧道掘進(jìn)機(jī)上，也即，各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置與機(jī)器人2具有確定的相對(duì)位

置關(guān)系，當(dāng)根據(jù)掘進(jìn)里程定位機(jī)器人2的位置后，即可確定機(jī)器人2末端22與目標(biāo)鉆孔位置

之間的坐標(biāo)差，結(jié)合著隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中機(jī)器人2的實(shí)時(shí)偏移量，即可計(jì)算出機(jī)器人2

末端22到達(dá)目標(biāo)鉆孔位置所需的位姿變化量，因此，控制器3通過(guò)控制機(jī)器人2動(dòng)作，可以使

鉆機(jī)1運(yùn)動(dòng)至各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置，當(dāng)鉆進(jìn)到達(dá)目標(biāo)鉆孔位置時(shí)，控制器3控制鉆機(jī)1進(jìn)行鉆孔

施工，在此過(guò)程中，隧道掘進(jìn)機(jī)同步掘進(jìn)，此時(shí)，控制器3根據(jù)機(jī)器人2的實(shí)時(shí)偏移量控制機(jī)

器人2實(shí)時(shí)調(diào)整位姿，以使鉆機(jī)1的軸線保持不變，保證鉆孔質(zhì)量。

[0053] 由此可以看出，本發(fā)明提供的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，在隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，可以實(shí)時(shí)補(bǔ)償機(jī)器人2的實(shí)時(shí)偏移量，進(jìn)而可確保鉆機(jī)1軸線始終保持不變，與鉆孔軸線重合，

確保鉆孔質(zhì)量，也即，在隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，可同步進(jìn)行鉆孔施工，因此可縮短整體施

工周期。

[0054] 需要說(shuō)明的是，本發(fā)明對(duì)控制器3獲取隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程和掘進(jìn)速度的具體方式不做限定，例如，可以通過(guò)設(shè)置里程計(jì)來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程，并通過(guò)計(jì)時(shí)

器計(jì)時(shí)，利用里程計(jì)和計(jì)時(shí)器的檢測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速度。

[0055] 當(dāng)然，考慮到隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程和掘進(jìn)速度獲取的方便性，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，控制器3與隧道掘進(jìn)機(jī)的工業(yè)電腦相連，以獲取隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程和掘進(jìn)速

度。

[0056] 也就是說(shuō)，本實(shí)施例中的控制器3與隧道掘進(jìn)機(jī)的工業(yè)電腦電連接或通信連接，以通過(guò)隧道掘進(jìn)機(jī)的工業(yè)電腦將隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程和掘進(jìn)速度發(fā)送至控制器3。

[0057] 可以理解的是，通常情況下，隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程由隧道導(dǎo)向系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量得到，也即，使用專業(yè)測(cè)量?jī)x器如全站儀等設(shè)備周期性測(cè)量，再通過(guò)計(jì)算得出，屬于隧道掘進(jìn)

機(jī)的常規(guī)參數(shù)，也即，為已知量。

[0058] 掘進(jìn)速度由隧道掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)的推進(jìn)油缸行程傳感器給出，也即，由推進(jìn)油缸行程傳感器檢測(cè)的油缸伸出長(zhǎng)度，除以單位時(shí)間，得出的平均速度，屬于隧道掘進(jìn)機(jī)的常規(guī)參

數(shù)，為已知量。

[0059] 因此，考慮到控制器3獲取掘進(jìn)里程和掘進(jìn)速度獲取的方便性，只需要在控制器3與隧道掘進(jìn)機(jī)的工業(yè)電腦之間建立通訊，即可使控制器3獲得隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程和掘

進(jìn)速度。

[0060] 需要說(shuō)明的是，本發(fā)明對(duì)控制器3獲取鉆孔參數(shù)的具體方式不做限定，鉆孔參數(shù)可以預(yù)先設(shè)置在控制器3的程序內(nèi)。

[0061] 考慮到鉆孔參數(shù)更改的方便性，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，還包括觸控顯示屏4，其與控制器3的輸入端連接，以通過(guò)觸控顯示屏4向控制器3輸入鉆孔參數(shù)。

[0062] 也就是說(shuō)，在鉆孔施工之前，施工操作員可根據(jù)實(shí)際施工需要向觸控顯示屏4輸入鉆孔參數(shù)，使觸控顯示屏4將該鉆孔參數(shù)傳送至控制器3，以便于隨時(shí)更改鉆孔參數(shù)。

[0063] 當(dāng)然，有些鉆孔參數(shù)可預(yù)先設(shè)置在控制器3的控制程序內(nèi)，例如，預(yù)先在控制器3內(nèi)設(shè)定隧道掘進(jìn)機(jī)開始掘進(jìn)時(shí)的當(dāng)前位置為鉆孔的基準(zhǔn)位置，也即，以該基準(zhǔn)位置處的隧道

截面為準(zhǔn)，根據(jù)輸入的不同隧道截面的鉆孔間距，可確定出待鉆孔的各個(gè)隧道截面的位置。

[0064] 可以理解的是，在鉆孔施工過(guò)程中，機(jī)器人2和鉆機(jī)1會(huì)受到基于空間直角坐標(biāo)系X、Y、Z三個(gè)方向的力和扭矩，當(dāng)機(jī)器人2和鉆機(jī)1受到的力和/或扭矩過(guò)大時(shí)，將對(duì)機(jī)器人2和

鉆機(jī)1造成損壞，為了避免對(duì)機(jī)器人2和鉆機(jī)1造成損壞，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，機(jī)器人2

的末端22與鉆機(jī)1之間設(shè)有用于檢測(cè)各個(gè)方向上的力和扭矩的力傳感器5，力傳感器5與控

制器3相連，以當(dāng)力傳感器5檢測(cè)的力和/或扭矩大于預(yù)設(shè)安全閾值時(shí)，使控制器3控制鉆機(jī)1

停止運(yùn)動(dòng)，并控制機(jī)器人2動(dòng)作，使鉆機(jī)1退出鉆孔。

[0065] 也就是說(shuō)，本實(shí)施例通過(guò)力傳感器5來(lái)檢測(cè)機(jī)器人2和鉆機(jī)1受到的力和扭矩，以此來(lái)判斷是否存在鉆孔障礙，預(yù)設(shè)安全閾值預(yù)先設(shè)定好，當(dāng)力傳感器5檢測(cè)的力和/或扭矩大

于預(yù)設(shè)安全閾值時(shí)，則表明存在鉆孔障礙，此時(shí)，通過(guò)控制鉆機(jī)1停機(jī)，并使機(jī)器人2動(dòng)作，帶

動(dòng)鉆機(jī)1退回，來(lái)保護(hù)鉆機(jī)1和機(jī)器人2免受損壞。

[0066] 此時(shí)，施工操作員可通過(guò)在觸控顯示屏4上更改鉆孔參數(shù)等，使鉆機(jī)1避開障礙，以繼續(xù)鉆孔。

[0067] 需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例對(duì)力傳感器5分別與機(jī)器人2的末端22和鉆機(jī)1的連接方式不做限定，作為一種優(yōu)選方案，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，力傳感器5分別通過(guò)連接法蘭6

與機(jī)器人2的末端22和鉆機(jī)1相連。

[0068] 請(qǐng)參考圖4，為本發(fā)明具體實(shí)施例所提供的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法的流程圖。

[0069] 除了上述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種上述實(shí)施例公開的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法，該控制方法應(yīng)用于隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的控制器，包括步驟S1至步

驟S8：

[0070] 步驟S1：獲取鉆孔參數(shù)。[0071] 步驟S2：根據(jù)鉆孔參數(shù)計(jì)算各個(gè)目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)。[0072] 步驟S3：獲取隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程。[0073] 步驟S4：根據(jù)掘進(jìn)里程定位隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人的位置。[0074] 步驟S5：獲取隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速度。[0075] 步驟S6：根據(jù)掘進(jìn)速度計(jì)算機(jī)器人的實(shí)時(shí)偏移量。[0076] 步驟S7：根據(jù)目標(biāo)鉆孔位置的坐標(biāo)、機(jī)器人的位置和實(shí)時(shí)偏移量，控制機(jī)器人動(dòng)作，以使鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)至目標(biāo)鉆孔位置，并控制隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。

[0077] 步驟S8：在隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)機(jī)器人的實(shí)時(shí)偏移量，實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)器人的位姿，以使鉆機(jī)的軸線保持不變。

[0078] 顯然，本實(shí)施例對(duì)獲取鉆孔參數(shù)、隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)里程和掘進(jìn)速度的先后順序不做限定，也即，不受步驟序號(hào)的限定。

[0079] 可以理解的是，控制器的這一控制方法，能夠?qū)崟r(shí)補(bǔ)償機(jī)器人在隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)偏移量，進(jìn)而可實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)器人的位姿，確保鉆機(jī)軸線始終保持不變，與鉆孔

軸線重合，確保鉆孔質(zhì)量，也即，在隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，可同步進(jìn)行鉆孔施工，因此可縮

短整體施工周期。

[0080] 在鉆孔施工過(guò)程中，為了避免機(jī)器人和鉆機(jī)因受到的力和/或扭矩過(guò)大造成損壞，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，在控制鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔的過(guò)程中，還包括：

[0081] 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆機(jī)和機(jī)器人受到的力和扭矩。[0082] 當(dāng)鉆機(jī)和機(jī)器人受到的力和/或扭矩大于預(yù)設(shè)安全閾值時(shí)，則控制鉆機(jī)停機(jī)，并控制機(jī)器人動(dòng)作，使鉆機(jī)退出鉆孔。

[0083] 需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例對(duì)控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆機(jī)和機(jī)器人受到的力和扭矩的具體方式不做限定，例如，可以通過(guò)設(shè)置力傳感器來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)鉆機(jī)和機(jī)器人受到的力和扭矩，并

通過(guò)力傳感器與控制器的連接，使力傳感器將其檢測(cè)信號(hào)傳送至控制器，實(shí)現(xiàn)控制器對(duì)鉆

機(jī)和機(jī)器人受到的力和扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

[0084] 除了上述隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種包括上述實(shí)施例公開的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的隧道掘進(jìn)機(jī)，該隧道掘進(jìn)機(jī)還包括掘進(jìn)機(jī)本體，隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)于

掘進(jìn)機(jī)本體，隨掘進(jìn)機(jī)本體的掘進(jìn)而移動(dòng)。

[0085] 需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中掘進(jìn)機(jī)本體的主體結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)隧道掘進(jìn)機(jī)的主體結(jié)構(gòu)相同，本文不再贅述。

[0086] 本實(shí)施例的重點(diǎn)在于，采用上述任意一個(gè)實(shí)施例公開的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，由于該隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)在隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中可以實(shí)時(shí)補(bǔ)償機(jī)器人2的實(shí)時(shí)偏移量，

確保鉆機(jī)1軸線始終保持不變，因此，該隧道掘進(jìn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)施工與鉆孔施工的同步

作業(yè)，縮短了隧道施工的整體施工周期。

[0087] 考慮到隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的具體設(shè)置方式，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)固設(shè)于掘進(jìn)機(jī)本體的設(shè)備拖車7上，隧道掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行時(shí)，設(shè)備拖車7跟隨掘進(jìn)

機(jī)本體移動(dòng)。

[0088] 需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例對(duì)隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)在設(shè)備拖車7上的具體設(shè)置位置不做限定，以機(jī)器人2在鉆孔時(shí)不與隧道施工用的運(yùn)輸機(jī)車9干涉為準(zhǔn)。

[0089] 如圖1和2所示，在掘進(jìn)機(jī)本體掘進(jìn)時(shí)，設(shè)備拖車7優(yōu)選沿軌道8移動(dòng)。[0090] 本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

[0091] 以上對(duì)本發(fā)明所提供的隧道鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)及其控制方法、隧道掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)

明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)

人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)

和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。