(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210495503.5 (22)申请日 2022.05.08 (71)申请人 四川大学 地址 610065 四川省成 都市一环路南 一段 24号 (72)发明人 佃松宜　肖权　向国菲　廖亮　 王红莉　卓越　林春刚　王华　 邹翀　 (74)专利代理 机构 北京中济纬天专利代理有限 公司 11429 专利代理师 李蜜 (51)Int.Cl. E21D 11/08(2006.01) E01F 15/08(2006.01) G06T 7/73(2017.01)G06T 7/60(2017.01) G06T 7/80(2017.01) G06T 7/11(2017.01) G06T 7/136(2017.01) G06T 7/187(2017.01) G06T 1/00(2006.01) (54)发明名称 基于多传感信息融合的盾构隧道中隔墙定 位抓取系统及方法 (57)摘要 本发明属于隧道施工技术领域， 公开了一种 基于多传感信息融合的盾构隧道中隔墙定位抓 取系统及方法， 通过设计的六自由度传动组件和 多传感信息获取组件， 首先实现抓取平台与中隔 墙的平行调整， 再在此基础上实现抓取平台和中 隔墙的中心定位孔对准和安装孔对准， 进而能够 实现抓取平台对中隔墙的自动定位、 抓取， 提高 了对盾构隧道中隔墙预制件的中心定位孔 以及 抓取孔的定位精度， 为实现盾构隧道中隔墙预制 件自动化 拼接提供了保证 。 权利要求书3页 说明书11页 附图5页 CN 114810137 A 2022.07.29 CN 114810137 A 1.一种基于多传感信 息融合的盾构隧道中隔墙定位抓取系统， 其特征在于， 包括： 安装 机(2)， 安装于安装机(2)上的抓取平台(3)， 六自由度传动组件， 多传感信息获取组件以及 后台服务器； 所述抓取平台(3)， 用于抓取中隔墙， 其一侧沿长度 方向设计有与中隔墙外形适配的装 配面(31)； 所述装配面上与中隔墙安装孔对应位置设置有插销(32)； 所述装配面上还嵌入 安装有用于采集中隔墙图像的视 觉相机； 六自由度传动组件， 用于实现抓取平台六自由度运动， 包括用于驱动抓取平台沿隧道 径向进给的顶升油缸(4)， 用于驱动抓取平台旋转的旋转油缸(5)， 用于驱动抓取平台沿隧 道水平方向进给的推进油缸(6)， 用于调整抓取平台俯仰角的俯仰油缸(7)、 用于调整抓取 平台偏航的偏航油缸(8)以及用于驱动抓取平台沿隧道轴线 进给的横移油缸(9)； 多传感信 息获取组件， 用于采集六自由度传动组件各油缸位移信 息及抓取平台与中隔 墙之间距离信息； 所述后台服务器用于基于多传感信息获取组件获取的六自由度传动组件各油缸位移 信息、 抓取平台与中隔墙之间距离信息及视觉相机获取 的中隔墙图像， 确定六自由度传动 组件各油缸调整量， 从而实现抓取平台与中隔墙的准确定位和抓取。 2.根据权利要求1所述的基于多传感信息融合的盾构隧道中隔墙定位抓取系统， 其特 征在于， 所述安装机呈门式框架， 其包括沿安装机长度方向滑动安装于门式框架横梁上 的 第一安装滑块(21)， 以及沿竖直方向与第一安装滑块转动连接在一起的第二安装滑块 (22)。 3.根据权利要求2所述的基于多传感信息融合的盾构隧道中隔墙定位抓取系统， 其特 征在于， 所述顶升油缸安装在安装机本体周向底部， 实现安装机本体的升降调整， 从而实现 抓取平台沿盾构隧道径向调整进给； 所述旋转油缸， 垂直安装在抓取平台与第二安装滑块 连接处； 所述推进油缸沿盾构隧道水平方向平行固定安装于第二安装滑块上， 其伸缩杆与 旋转油缸连接， 实现抓取平台的水平推进与缩回； 所述俯仰油缸垂直安装在第一安装滑块 与第二安装滑块之间， 通过调整第二安装滑块的俯仰角， 实现抓取平台的俯仰角度调整； 所 述偏航油缸经安装于旋转油缸上的安装支架与抓取平台连接， 实现抓取平台的偏航角度调 整； 所述横移油缸平行盾构隧道轴线安装于第一安装滑块与安装机顶部梁之间， 实现抓取 平台沿盾构隧道轴线 进给。 4.根据权利要求1至3任一所述的基于多传感信息融合的盾构隧道中隔墙定位抓取系 统， 其特征在于， 所述顶升油缸、 推进油缸、 旋转油缸、 俯仰油缸、 偏航油缸和横移油缸均为 步进式油缸。 5.根据权利要求1所述的基于多传感信息融合的盾构隧道中隔墙定位抓取系统， 其特 征在于， 所述多传感信息获取组件包括顶升油缸位移传感器、 推进油缸位移传感器、 旋转油 缸位移传感器、 俯仰油缸位移传感器、 偏航油缸位移传感器、 横移油缸位移传感器以及分别 设置于抓取平台各边的激光测距传感器。 6.一种基于多传感信息融合的盾构隧道中隔墙定位抓取方法， 其特征在于， 使用权利 要求1至5任一项所述的盾构隧道中隔墙定位 抓取系统按照以下步骤进行： S1抓取平台与中隔墙平行度调整 基于测量的抓取平台各边到中隔墙的距离， 确定中隔墙的俯仰角和偏航角； 再利用六权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114810137 A 2自由度传动组件调整抓取平台至抓取平台装配面与中隔墙相应面平行； S2抓取平台与中隔墙定位 获取中隔墙图像， 然后依据获取的中隔墙图像获取其中心定位孔和安装孔圆心在世界 坐标系下的坐标； 并将获取中隔墙中心定位孔和安装孔圆心的坐标与中隔墙中心定位孔和 安装孔圆心预定坐标比较， 确定抓取平台装配面相对于中隔墙对应面的旋转角、 沿盾构隧 道轴向的轴向位移和沿盾构隧道径向的径向位移； 再利用旋转油缸、 横移油缸和顶升油缸 依据旋转角、 轴向位移和径向位移驱动抓取平台， 实现抓取平台与中隔墙对准、 定位； S3抓取中隔墙 通过控制推进油缸， 驱动 抓取平台水平推进至抓取平台装配面上的插销插入中隔墙安 装孔， 完成中隔墙的定位 抓取工作。 7.根据权利要求6所述的基于多传感信息融合的盾构隧道中隔墙定位抓取方法， 其特 征在于， 步骤S1中， 利用抓取平台各边安装的激光测距传感器测量抓取平台各边到中隔墙 的距离， 计算出中隔墙的俯仰角和偏航角， 再将俯仰角和偏航角转换成俯仰油缸和偏航油 缸变化量， 进而通过驱动俯仰油缸和偏航油缸来调整抓取平台装配面。 8.根据权利要求6所述的基于多传感信息融合的盾构隧道中隔墙定位抓取方法， 其特 征在于， 步骤S2具体实现方式 中包括以下分步骤： S21获取中隔墙图像， 依据获取的中隔墙图像， 识别中隔墙中心定位孔位置， 并计算出 中心定位孔在世界坐标系 下的坐标， 将其与中心定位孔预定坐标比较， 确定沿盾构隧道轴 向的第一轴向位移和沿盾构隧道径向的第一径向位移， 控制顶升油缸和横移油缸驱动抓取 平台移动， 使抓取平台 中心与中隔墙中心定位 孔初对准； S22重新获取中隔墙图像， 依据获取的中隔墙图像， 确定中心定位孔与安装孔之间的位 置关系， 并将其与中心定位孔与安装孔预定坐标比对， 确定抓取平台装配面相对于中隔墙 相应面的旋转角， 控制 旋转油缸驱动抓取平台旋转， 使抓取平台上 的插销与中隔墙上 的安 装孔对齐； S23重新获取中隔墙图像， 依据获取的中隔墙图像， 获取中心定位孔或/和安装孔的图 像坐标， 并计算出中心定位孔或/和安装孔在世界坐标系下 的坐标， 将其与中心定位孔或/ 和安装孔预定坐标比较， 确定沿盾构隧道轴向的第二轴向位移和沿盾构隧道径向的第二径 向位移， 控制顶升油缸和横移油缸驱动抓取平台移动， 使抓取平台中心与中隔墙中心定位 孔以及抓取平台上插销与中隔墙上安装孔对准。 9.根据权利要求8所述的基于多传感信息融合的盾构隧道中隔墙定位抓取方法， 其特 征在于， 步骤S21中， 采用椭圆的Hough变换算法获得中隔墙中心定位孔在像素坐标系的中 心位置坐标； 然后， 将获得的椭圆中心 位置转换为世界坐标系中的位置坐标， 并将其与中心 定位孔在世界坐标系中的预定坐标比较， 确定横移油缸和顶升油缸调整量， 也即沿盾构隧 道轴向的第一轴向位移和沿盾构隧道径向的第一径向位移， 进而控制抓取机构横向和径向 移动， 使抓取平台 中心位置对准中隔墙中心孔。 10.根据权利要求8所述的基于多传感信息 融合的盾构隧道中隔墙定位抓取方法， 其特 征在于， 步骤S2 2具体实现过程中包括以下分步骤： (1)对获取的中隔墙图像进行自动阈值分割； (2)对自动阈值分割后的图像进行 连通域分割；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114810137 A 3