▍多接縫受限空間隧道日常管養(yǎng)亟需智能機器人加持

當前，隧道工程在鐵路、公路、城市軌道交通以城市地下綜合管廊等方面發(fā)揮著越來越重要的作用，隧道規(guī)模日趨龐大且發(fā)展迅速。隧道工程設(shè)計使用年限通常為100年，與短短幾年工程建設(shè)期相比，運營期更為漫長，期間為保障運營期間隧道結(jié)構(gòu)的安全，需要投入大量的人力、物力和財力。以南京某隧道為例，其日常管養(yǎng)的土建工程直接工程費用高達近800萬元/年，如若加上由此產(chǎn)生的其他費用，這個數(shù)字高達近1200萬元/年。

盾構(gòu)隧道由管片拼裝而成，管片之間通過螺栓連接而成，整個隧道內(nèi)部存在大量的環(huán)縫與縱縫，盾構(gòu)管片接縫的變形，宏觀上看為橫斷面的收斂變形以及縱向的不均勻沉降，細觀上看是管片的錯臺與接縫的張開。大直徑過江盾構(gòu)隧道主要用于滿足行車空間，在滿足機電、通風、消防、排水等的要求的前提下，隧道頂部可用于進行人工監(jiān)測的空間極為受限。加之機電設(shè)備的運行、車輛尾氣等，使得受限空間內(nèi)隧道的安全監(jiān)測與檢測變得極為困難。隧道自動化監(jiān)測機器人的應(yīng)用，大大地減少人工勞動量。

典型病害（左：隧道變形，右：隧道滲水）

伴隨著隧道建設(shè)數(shù)量的快速增長，隧道后期監(jiān)測與維護是目前面臨的一個重大難題，隧道監(jiān)測機器人的研究對于受限封閉空間滲漏水及接縫變形觀測顯得尤為重要，軌道式隧道監(jiān)測機器人尤其適用于大直徑的盾構(gòu)隧道、頂管隧道等的運營期安全監(jiān)測。

同時，針對多接縫隧道結(jié)構(gòu)變形與滲漏監(jiān)測的軌道機器人可以24小時，不間斷實時監(jiān)測病害的變化情況，能夠及時發(fā)現(xiàn)病害，提前預警。大大降低隧道頂部盾構(gòu)管片接縫張開、錯臺、管片滲水等病害發(fā)生的可能性。在檢測、監(jiān)測結(jié)果的指引下，及時發(fā)現(xiàn)運營隧道的病害情況，防患于未然，減小損失。在病害處置完成后，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果反應(yīng)病害治理的效果，為相關(guān)工作積累經(jīng)驗。根據(jù)監(jiān)測指標變化曲線，反應(yīng)結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，及時采取補救措施，保障結(jié)構(gòu)的安全。

▍集萃智造協(xié)作機器人再接省重點研發(fā)項目

近期，江蘇集萃智能制造技術(shù)研究所有限公司參與了江蘇省重點研發(fā)計劃（產(chǎn)業(yè)前瞻與關(guān)鍵核心技術(shù)）“多接縫受限空間隧道安全監(jiān)測智能機器人關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)（BE2020082）”項目，提供協(xié)作機器人完成隧道安全監(jiān)測軌道機器人的開發(fā)。

本項目旨在以軌道上運行的六軸協(xié)作機器人以及仿生爬壁機器人為載體，通過多源信息感知與融合技術(shù)的智能化手段解決“長距離、多接縫、受限空間”條件下長大隧道的安全監(jiān)測難題，以實現(xiàn)隧道監(jiān)測的“全覆蓋、全天候、全掌握”，保障隧道安全運營。

項目通過協(xié)作機器人解決在頂部上通過多軸的運動控制，利用機器人的靈活、重量輕和運營安全等優(yōu)點，解決從各個角度觀察隧道在實際運營中出現(xiàn)的各種缺陷，尤其是江底隧道、城市軌道交通隧道和公路隧道等，起到保障交通安全運輸?shù)姆牢⒍艥u作用。集萃智造為協(xié)作機器人和爬壁機器人提供了新的應(yīng)用場景，這一創(chuàng)新，還可拓展應(yīng)用于地下管廊的各種?；窓z測領(lǐng)域。

▍創(chuàng)新協(xié)作機器人與爬壁機器人應(yīng)用場景

集萃智造研發(fā)團隊針對多接縫受限空間隧道——這一特殊環(huán)境下的監(jiān)測系統(tǒng)方案，結(jié)合移動式機器人的結(jié)構(gòu)優(yōu)點，研制了一種手臂展開收攏與四輪驅(qū)動模式切換相結(jié)合的隧道監(jiān)測機器人。這款創(chuàng)新的隧道監(jiān)測機器人，靈活運用協(xié)作機器人和爬壁機器人的優(yōu)勢，集成移動機構(gòu)、驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)于一體。

此次研發(fā)的隧道監(jiān)測機器人按各部分功能要求將隧道監(jiān)測系統(tǒng)分成上位機、通訊模塊和機器人本體三個部分，并對系統(tǒng)每部分硬件與軟件進行了選取與程序設(shè)計；設(shè)計了由上層操作部分、下層處理單元和傳感裝置組成的硬件系統(tǒng)；基于Labview設(shè)計了軟件控制系統(tǒng)；功能上該監(jiān)測機器人采用了可視化界面，簡便易操作的手柄遙控方法，實現(xiàn)了自主和半自主兩種控制模式；搭載高清攝像裝置以及七種氣體采集裝置，能夠再現(xiàn)隧道內(nèi)圖像與氣體成分，基于5G通訊保證通訊的穩(wěn)定可靠，能夠完成要求的監(jiān)測任務(wù)。

此次針對隧道監(jiān)測機器人的研究，可以輔助解決隧道內(nèi)多接縫隧道結(jié)構(gòu)變形與滲漏監(jiān)測難，效率低，準確率差的問題，將推進隧道安全監(jiān)測工作的快速化、智能化、精確化、全面化發(fā)展，提高工作效率、降低人工勞動強度、降低隧道運營維護成本。在解決實際問題的同時，集萃智造在智能機器人應(yīng)用場景上的創(chuàng)新嘗試，也將促進我國智能制造裝備的進一步升級，產(chǎn)業(yè)空間和市場前景巨大，有望帶來顯著經(jīng)濟效益。