盾构机管片拼装机器人与视觉系统研究

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1、ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙ硕士学位论文盾构机管片拼装机器人与视觉系统研究作者姓名李穗婷学科专业机械工程指导教师谢小鹏教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期２０１８年４月ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｅｍｅｎｔＲｏｂｏｔａｎｄＶｉｓｉｏｎＳｓｔｅｍｆｏｒＳｈｉｅｌｄｇｙＭａｃｈｉｎｅＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｇＣａｎｄｉｄａｔｅ：

2、ＬｉＳｕｉｔｉｎｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＸｉｅＸｉａｏｐｅｎｇＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙＧｕａｎｚｈｏｕＣｈｉｎａｇ，分类号：ＴＰ２４２学校代号：１０５６１学号：２０１５２０１００７４８华南理工大学硕士学位论文盾构机管片拼装机器人与视觉系统研究作者姓名：：李穗婷指导教师姓名、职称谢小鹏教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：机械工程研宄方向：机械电子工程论文提交日期：２０１８年４月１２日论文

3、答辩日期：２０１８年５月３１日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：成国真委员：谢小鹏丁问司张勤陈东华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研宄所収得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：曰期：

4、年月厂曰６学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位？论文被査阅（除在保密期内的保密论文外）：学校ＨＪ以公布学位论文的全部、、或部分内容，可以允许采用影印缩印或其它复制手段保存汇编学位论文一。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致。本学位论文属于：□保密（校保密委员会审定为涉密学位论文时间：＾＿年＿月＿日）

5、，＿于年月日解密后适用本授权书。＿＿＿不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交屮国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入ＣＮＫＩ《屮国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。“”（请在以上相应方框内打Ｖ）作者签名：苓祕二曰期：》畔邮日ｖ指导教师签名：ｙ＾日期：謂本祕切：作者联系电话：电＋邮箱联系地址（含邮编）：摘要一管片的拼装是盾构法隧道建设中十分重要的个步骤，它起到了对已挖隧道进行保护、防

6、止隧道沉降、防止地下水渗漏等作用。目前国内大部分管片的拼装，主要使用管工近距离操纵管片拼装机，片拼装机，管片运输拼装全过程均需要人因此管片拼装的速度与精度主要依赖工人的熟练程度。为了提高管片运输及安装的效率与精度，本文进行了如下研宄：首先，对管片拼装过程进行研宄，提出了管片拼装机器人结构及其视觉系统设计方案，运用ＡＤＡＭＳ仿真测量拼装过程中关键部件驱动力，验证管片拼装机器人结构设计的合理性。建立平移运动的液压缸和回转运动的马达的控制模型，运用ＡＭＥＳｉｒｎ和ＭＡＴＬＡＢ联合仿真，

7、实现对平移运动系统的油缸进行位移控制。在这基础上设计了基。于三次方的位移跟随系统，通过仿真验证系统的跟随效果一其次，难，本文对基，为解决单识别算法噪声较多时以准确识别管片位置的问题于ＹＯＬＯ的快速管片识别系统进行研宄，利用１０６层卷积的深度学习网络对管片图像进行学习。通过实验，证明该识别算法的准确率达到９３．３％，且平均每幅图像的处理速度２。为．７８ｓ，证明该系统能满足快速拼装的要求再次，，为准确检测出管片抓取螺栓的位置本文对管片螺栓相对管片所在位置进行研宄，并提出了基于特征点匹

8、配的管片螺栓位置提取算法。实验证明，该算法的准确率为９６．４％，平均运算时间为３．８３ｓ。综上所述，利用摄像头进行位置提取的总识别时间为６．６１ｓ。结合运动控制系统，管片拼装机器人能在１分钟内准确抓取管片，而利用人工进行定位需要５分钟，证明利用视觉系统能提髙工作效率。最后，本文设计了盾构机管片拼装机器人双目测距系统，建立管片螺栓、摄像机和管片拼装机器人之间的坐标转换关系。通过标定实验可以计算并