「智能协作机器人」新场景应用！为多接缝受限空间隧道进行安全监测

  当前，隧道工程在铁路、公路、城市轨道交通以城市地下综合管廊等方面发挥着逐渐重要的作用，隧道规模日趋庞大且发展迅速。隧道工程设计使用年数的限制通常为100年，与短短几年工程建设期相比，运营期更为漫长，期间为保障运营期间隧道结构的安全，需要投入大量的人力、物力和财力。以南京某隧道为例，其日常管养的土建工程直接工程费用高达近800万元/年，如若加上由此产生的另外的费用，这一个数字高达近1200万元/年。

  盾构隧道由管片拼装而成，管片之间通过螺栓连接而成，整个隧道内部存在大量的环缝与纵缝，盾构管片接缝的变形，宏观上看为横断面的收敛变形以及纵向的不均匀沉降，细观上看是管片的错台与接缝的张开。大直径过江盾构隧道大多数都用在满足行车空间，在满足机电、通风、消防、排水等的要求的前提下，隧道顶部可用于进行人工监测的空间极为受限。加之机电设施的运行、车辆尾气等，使得受限空间内隧道的安全监测与检测变得极为困难。隧道自动化监测机器人的应用，大大地减少人工劳动量。

  伴随着隧道建设数量的迅速增加，隧道后期监测与维护是目前面临的一个重大难题，隧道监测机器人的研究对于受限封闭空间渗漏水及接缝变形观测显得很重要，轨道式隧道监测机器人非常适合于大直径的盾构隧道、顶管隧道等的运营期安全监测。

  同时，针对多接缝隧道结构变形与渗漏监测的轨道机器人能24小时，不间断实时监测病害的变动情况，能够及时有效地发现病害，提前预警。大幅度的降低隧道顶部盾构管片接缝张开、错台、管片渗水等病害发生的可能性。在检测、监测结果的指引下，及时有效地发现运营隧道的病害情况，防患于未然，减小损失。在病害处置完成后，根据监测结果反应病害治理的效果，为相关工作积累经验。根据监测指标变化曲线，反应结构的安全状态，及时采取补救措施，保障结构的安全。

  近期，江苏集萃智能制造技术研究所有限公司参与了江苏省重点研发计划（产业前瞻与关键核心技术）“多接缝受限空间隧道安全监测智能机器人关键研发技术（BE2020082）”项目，提供协作机器人完成隧道安全监测轨道机器人的开发。

  本项目旨在以轨道上运行的六轴协作机器人以及仿生爬壁机器人为载体，通过多源信息感知与融合技术的智能化手段解决“长距离、多接缝、受限空间”条件下长大隧道的安全监测难题，以实现隧道监测的“全覆盖、全天候、全掌握”，保障隧道安全运营。

  项目通过协作机器人解决在顶部上通过多轴的运动控制，利用机器人的灵活、重量轻和运营安全等优点，解决从各个角度观察隧道在实际运营中出现的各种缺陷，尤其是江底隧道、城市轨道交通隧道和公路隧道等，起到保障交通安全运输的防微杜渐作用。集萃智造为协作机器人和爬壁机器人提供了新的应用场景，这一创新，还可拓展应用于地下管廊的各种危化品检测领域。

  集萃智造研发团队针对多接缝受限空间隧道——这一特殊环境下的监测系统方案，结合移动式机器人的结构优点，研制了一种手臂展开收拢与四轮驱动模式切换相结合的隧道监测机器人。这款创新的隧道监测机器人，灵活运用协作机器人和爬壁机器人的优势，集成移动机构、驱动执行机构、传动系统于一体。

  此次研发的隧道监测机器人按各部分功能要求将隧道监测系统分成上位机、通讯模块和机器人本体三个部分，并对系统每部分硬件与软件进行了选取与程序设计；设计了由上层操作部分、下层处理单元和传感装置组成的硬件系统；基于Labview设计了软件控制管理系统；功能上该监测机器人采用了可视化界面，简便易操作的手柄遥控方法，实现了自主和半自主两种控制模式；搭载高清摄像装置以及七种气体采集装置，能够再现隧道内图像与气体成分，基于5G通讯保证通讯的稳定可靠，能完成要求的监测任务。

  此次针对隧道监测机器人的研究，可以辅助解决隧道内多接缝隧道结构变形与渗漏监测难，效率低，准确率差的问题，将推进隧道安全监测工作的快速化、智能化、精确化、全面化发展，提升工作效率、降低人工劳动强度、降低隧道运营维护成本。在解决实际问题的同时，集萃智造在智能机器人应用场景上的创新尝试，也将促进我国智能制造装备的进一步升级，产业空间和未来市场发展的潜力巨大，有望带来显著经济效益。