本發(fā)明屬于水下運(yùn)維機(jī)器人的，主要涉及了一種用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)如今已是橋梁大國(guó)，隨著時(shí)間的推移，外界的影響、河床的沖淤、水質(zhì)的變化，橋梁基礎(chǔ)出現(xiàn)的問題會(huì)越來越多，需要加固的也會(huì)越來越多。樁基礎(chǔ)是由設(shè)置于巖土中的樁和與樁頂連接的承臺(tái)共同組成的基礎(chǔ)或由柱與樁直接連接的單樁基礎(chǔ)，作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的樁是將承臺(tái)荷載(豎向的和水平的)全部或部分傳遞給地基土(或巖層)的具有一定剛度和抗彎能力的桿件，因?yàn)闃蛄夯A(chǔ)不僅承載著整個(gè)橋梁的自重，還承載著二期恒載與活載，是橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要基礎(chǔ)。對(duì)于基樁偏位、混凝土脫落、蜂窩、開裂、露筋、空洞等病害，將導(dǎo)致基礎(chǔ)承載能力、抗震能力和耐久性不足，嚴(yán)重時(shí)影響結(jié)構(gòu)安全和使用功能。因此，如何簡(jiǎn)化水下樁基礎(chǔ)的修復(fù)加固工藝、縮短施工工期、降低修復(fù)工作對(duì)河道交通的影響，成為水下樁基礎(chǔ)修復(fù)加固技術(shù)面臨的一個(gè)棘手問題。

2、目前夾克法已成為橋梁水下墩柱修復(fù)的主流方法。然而，由于傳統(tǒng)夾克法在施工工藝上主要依托潛水員輔助施工，特別是在套管水下安裝定位、水下密封、灌漿澆筑等關(guān)鍵工藝上，均受水下復(fù)雜環(huán)境與潛水員操作能力限制，極大地制約了夾克法的適用范圍、修復(fù)效率、施工質(zhì)量以及成本效益。

3、因此，通過改良夾克法水下施工工藝，研發(fā)水下作業(yè)機(jī)器人及裝備替代潛水員水下操作，可有效提高修復(fù)效率與質(zhì)量，降低修復(fù)成本，大幅提升夾克法用于水下墩柱病害修復(fù)的適用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中缺乏用于水下墩柱病害修復(fù)作業(yè)機(jī)器人的問題，提供一種用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝系統(tǒng)及方法，包括模塊化機(jī)械臂、快接夾緊機(jī)構(gòu)、修復(fù)工具模塊、頂壓定位模塊和動(dòng)力模塊，模塊化機(jī)械臂等角度環(huán)繞于玻纖套筒周圍，通過快接裝置組成作業(yè)單元，由機(jī)器人或者人工運(yùn)送至圓柱橋墩上后，模塊化機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)動(dòng)力模塊運(yùn)載玻纖套筒沿著圓柱橋墩運(yùn)動(dòng)至待修復(fù)區(qū)域，到達(dá)指定位置后，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿精確調(diào)節(jié)推桿長(zhǎng)度，以適應(yīng)不同直徑墩柱，完成定位功能，在定位后，通過修復(fù)工具模塊中的臍帶纜為充氣氣囊供氣，實(shí)現(xiàn)筒體底部密封并進(jìn)行壓漿灌漿工藝，作業(yè)完成后，模塊化機(jī)械臂自動(dòng)脫離，并通過臍帶纜回收。本發(fā)明以提出的模塊化機(jī)械臂為載體，通過與玻纖套筒的快接，實(shí)現(xiàn)套筒的運(yùn)送、定位、灌漿、以及作業(yè)臂的回收等工藝，自動(dòng)化程度高，可以有效替代潛水員的水下操作，有利于墩柱病害修復(fù)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝系統(tǒng)，至少包括模塊化機(jī)械臂、快接夾緊機(jī)構(gòu)、修復(fù)工具模塊、頂壓定位模塊和動(dòng)力模塊；

3、所述模塊化機(jī)械臂設(shè)有三組，快接夾緊機(jī)構(gòu)包括一對(duì)夾緊裝置及臍帶纜，夾緊裝置分別位于機(jī)械臂主體的上下兩端，夾緊裝置末端設(shè)有夾緊爪，通過大扭矩水下舵機(jī)驅(qū)動(dòng)夾緊爪，使得模塊化機(jī)械臂與玻纖套筒的管片相連；所述模塊化機(jī)械臂通過快接夾緊機(jī)構(gòu)等角度間距安裝于玻纖套筒上，且以玻纖套筒中心呈對(duì)稱分布；頂壓定位模塊設(shè)有兩組，位于模塊化機(jī)械臂上下兩側(cè)，以模塊化機(jī)械臂主體中心呈對(duì)稱分布。

4、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述頂壓定位模塊包括電動(dòng)推桿、彈簧裝置、電機(jī)、深度計(jì)和姿態(tài)傳感器，所述彈簧裝置位于電動(dòng)推桿的一端。

5、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述動(dòng)力模塊位于模塊化機(jī)械臂底部，至少包括螺旋槳推進(jìn)器。

6、作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，所述修復(fù)工具模塊至少包括臍帶纜，其中兩組機(jī)械臂模塊的臍帶纜的管線設(shè)計(jì)為充氣密封裝置供氣，安裝于模塊化機(jī)械臂底部，另一組機(jī)械臂模塊的臍帶纜的管線設(shè)計(jì)為壓漿裝置管線，安裝于模塊化機(jī)械臂頂部。

7、作為本發(fā)明的又一種改進(jìn)，還包括控制通信模塊，所述控制通信模塊分別與動(dòng)力模塊、快接夾緊機(jī)構(gòu)、頂壓定位模塊相連接，用于接收模塊化機(jī)械臂的深度信息和姿態(tài)信息、向動(dòng)力模塊、頂壓、定位模塊、快接夾緊機(jī)構(gòu)和修復(fù)工具模塊發(fā)送指令。

8、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還采取的技術(shù)方案是：用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝方法，包括以下步驟：

9、s1：操作人員依據(jù)水下檢測(cè)與評(píng)估結(jié)論，制作適宜水下修復(fù)的玻纖套筒，將三組模塊化機(jī)械臂通過快接夾緊機(jī)構(gòu)等間距快接到玻纖套筒組成作業(yè)單元，由人工或者機(jī)器人平臺(tái)運(yùn)載將作業(yè)單元運(yùn)送至墩柱上、抱柱、快接成筒體結(jié)構(gòu)；

10、s2：通過動(dòng)力模塊控制筒體結(jié)構(gòu)上浮與下沉，將套筒下沉運(yùn)送到待修復(fù)區(qū)域；

11、s3：模塊化機(jī)械臂通過作業(yè)臂自帶頂壓定位模塊通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿，根據(jù)不同直徑的墩柱，調(diào)節(jié)電動(dòng)推桿長(zhǎng)度，將筒體結(jié)構(gòu)卡止在待修復(fù)區(qū)域；

12、s4：通過修復(fù)工具模塊供氣，完成對(duì)筒體結(jié)構(gòu)底部的充氣密封，形成中部灌漿區(qū)；

13、s5：通過修復(fù)工具模塊中的臍帶纜泵壓水下固化環(huán)氧樹脂做封底支撐，待初凝后繼續(xù)泵壓水下固化環(huán)氧樹脂，期間調(diào)控動(dòng)力模塊中的螺旋槳推進(jìn)力平衡漿體自重，直至泵壓漿體完全填滿中部灌漿區(qū)；

14、s6：待漿體初凝后，模塊化機(jī)械臂與筒體結(jié)構(gòu)自動(dòng)脫離，由臍帶纜拖曳至水面回收。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果：本發(fā)明公開了一種用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝系統(tǒng)，通過可快速拆裝的模塊化機(jī)械臂結(jié)構(gòu)與玻纖套筒組成作業(yè)單元，將其運(yùn)用于水下圓柱橋墩修復(fù)作業(yè)，可替代人工在惡劣水下環(huán)境中完成套筒的運(yùn)送、定位、灌漿、以及作業(yè)臂的回收等工藝，自動(dòng)化程度高，保障人員安全，大幅提升墩柱病害修復(fù)效率，節(jié)約成本。

技術(shù)特征：

1.用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝系統(tǒng)，其特征在于:至少包括模塊化機(jī)械臂、快接夾緊機(jī)構(gòu)、修復(fù)工具模塊、頂壓定位模塊和動(dòng)力模塊；

2.如權(quán)利要求1所述的用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝系統(tǒng)，其特征在于：所述定位模塊包括電動(dòng)推桿、彈簧裝置、電機(jī)、深度計(jì)和姿態(tài)傳感器，所述彈簧裝置位于電動(dòng)推桿的一端。

3.如權(quán)利要求2所述的用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝系統(tǒng)，其特征在于：所述動(dòng)力模塊位于模塊化機(jī)械臂底部，至少包括螺旋槳推進(jìn)器。

4.如權(quán)利要求3所述的用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝系統(tǒng)，其特征在于：所述修復(fù)工具模塊至少包括臍帶纜，其中兩組機(jī)械臂模塊的臍帶纜的管線設(shè)計(jì)為充氣密封裝置供氣，安裝于模塊化機(jī)械臂底部，另一組機(jī)械臂模塊的臍帶纜的管線設(shè)計(jì)為壓漿裝置管線，安裝于模塊化機(jī)械臂頂部。

5.如權(quán)利要求4所述的用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝系統(tǒng)，其特征在于：還包括控制通信模塊，所述控制通信模塊分別與動(dòng)力模塊、快接夾緊機(jī)構(gòu)、頂壓定位模塊相連接，用于接收模塊化機(jī)械臂的深度信息和姿態(tài)信息、向動(dòng)力模塊、頂壓定位模塊、快接夾緊機(jī)構(gòu)和修復(fù)工具模塊發(fā)送指令。

6.使用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于水下圓柱橋墩加固的玻纖套筒自動(dòng)化安裝系統(tǒng)及方法，包括模塊化機(jī)械臂、快接夾緊機(jī)構(gòu)、修復(fù)工具模塊、頂壓、定位模塊和動(dòng)力模塊，模塊化機(jī)械臂等角度環(huán)繞于玻纖套筒周圍，通過快接夾緊機(jī)構(gòu)組成作業(yè)單元，模塊化機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)動(dòng)力模塊運(yùn)載玻纖套筒沿著圓柱橋墩運(yùn)動(dòng)至待修復(fù)區(qū)域，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿精確調(diào)節(jié)推桿長(zhǎng)度，完成定位，通過修復(fù)工具模塊中的臍帶纜為充氣氣囊供氣，實(shí)現(xiàn)筒體底部密封并進(jìn)行壓漿灌漿工藝，作業(yè)完成后，模塊化機(jī)械臂自動(dòng)脫離，并通過臍帶纜回收。本發(fā)明以提出的模塊化機(jī)械臂為載體，通過與玻纖套筒的快接，實(shí)現(xiàn)套筒的運(yùn)送、定位、灌漿及作業(yè)臂的回收，自動(dòng)化程度高，有效替代潛水員的水下操作，完成墩柱病害修復(fù)。

技術(shù)研發(fā)人員：宋光明,曹霖,王飛,劉海心,侯士通,唐煜,陳琦,吳剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21