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

本項目旨在以軌道上運行的六軸協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測難題，以實現隧道監測的“全覆蓋、全天候、全掌握”，保障隧道安全運營。

項目通過協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點，解決從各個角度觀察隧道在實際運營中出現的各種缺陷，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的防微杜漸作用。集萃智造(zao)為協(xie)作機器人(ren)和爬壁機器人(ren)提(ti)供了新(xin)的應(ying)用場景，這一創新(xin)，還可拓展應(ying)用于地下(xia)管廊的各(ge)種危化品檢測領域。

過江隧(sui)道    |    山(shan)體隧(sui)道    |    城(cheng)市(shi)隧(sui)道

當前，隧(sui)(sui)道(dao)(dao)工程(cheng)(cheng)在鐵路、公(gong)路、城(cheng)市軌道(dao)(dao)交通以(yi)城(cheng)市地下(xia)綜合管廊等方(fang)面發(fa)揮(hui)著越來越重要的(de)作用，隧(sui)(sui)道(dao)(dao)規模日(ri)趨龐(pang)大(da)且發(fa)展迅速。隧(sui)(sui)道(dao)(dao)工程(cheng)(cheng)設計使用年(nian)限通常為100年(nian)，與短短幾年(nian)工程(cheng)(cheng)建設期(qi)(qi)相比，運營期(qi)(qi)更為漫長(chang)，期(qi)(qi)間(jian)為保障運營期(qi)(qi)間(jian)隧(sui)(sui)道(dao)(dao)結構的(de)安全，需要投入大(da)量的(de)人力、物力和財力。以(yi)南京某(mou)隧(sui)(sui)道(dao)(dao)為例，其(qi)日(ri)常管養的(de)土建工程(cheng)(cheng)直接工程(cheng)(cheng)費用高達近800萬元(yuan)/年(nian)，如若加(jia)上由(you)此產生(sheng)的(de)其(qi)他費用，這個數字高達近1200萬元(yuan)/年(nian)。

盾構隧道由管片拼裝而成，管片之間通過螺栓連接而成，整個隧道內部存在大量的環縫與縱縫，盾構管片接縫的變形，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測的空間極為受限。加之機電設備的運行、車輛尾氣等，使得受限空間內隧道的安全監測與檢測變得極為困難。隧道自動化監測機器人的應用，大大地減少人工勞動量。

典型病(bing)害（左：隧道變形，右(you)：隧道滲水）

伴隨著隧道建設數量的快速增長，隧道后期監測與維護是目前面臨的一個重大難題，隧道監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，軌道式隧道監測機器人尤其適用于大直徑的盾構隧道、頂管隧道等的運營期安全監測。

同時(shi)(shi)，針(zhen)對多(duo)接(jie)縫隧(sui)道(dao)結(jie)構變(bian)形與滲漏(lou)監測(ce)的(de)軌道(dao)機(ji)器(qi)人(ren)可以24小時(shi)(shi)，不間斷實時(shi)(shi)監測(ce)病(bing)(bing)(bing)(bing)害(hai)的(de)變(bian)化情況(kuang)，能夠及(ji)(ji)時(shi)(shi)發現病(bing)(bing)(bing)(bing)害(hai)，提前預警。大(da)(da)大(da)(da)降低(di)隧(sui)道(dao)頂部盾構管片接(jie)縫張(zhang)開、錯臺(tai)、管片滲水等病(bing)(bing)(bing)(bing)害(hai)發生的(de)可能性(xing)。在(zai)檢測(ce)、監測(ce)結(jie)果(guo)的(de)指(zhi)引(yin)下(xia)，及(ji)(ji)時(shi)(shi)發現運營隧(sui)道(dao)的(de)病(bing)(bing)(bing)(bing)害(hai)情況(kuang)，防患于(yu)未然(ran)，減小損失。在(zai)病(bing)(bing)(bing)(bing)害(hai)處置完(wan)成后，根據監測(ce)結(jie)果(guo)反應病(bing)(bing)(bing)(bing)害(hai)治(zhi)理的(de)效果(guo)，為相關工作(zuo)積累經驗(yan)。根據監測(ce)指(zhi)標變(bian)化曲線，反應結(jie)構的(de)安全狀態，及(ji)(ji)時(shi)(shi)采取(qu)補救措施，保(bao)障結(jie)構的(de)安全。

集萃智造研發團隊針對多接縫受限空間隧道——這一特殊環境下的監測系統方案，結合移動式機器人的結構優點，研制了一種手臂展開收攏與四輪驅動模式切換相結合的隧道監測機器人。這款創新的隧道監測機器人，靈活運用協作機器人和爬壁機器人的優勢，集成移動機構、驅動執行機構、傳動系統于一體。

此次(ci)研發的隧(sui)道(dao)監(jian)測機(ji)(ji)器人按各部分功能(neng)(neng)(neng)要(yao)求將隧(sui)道(dao)監(jian)測系(xi)(xi)統分成(cheng)上位機(ji)(ji)、通(tong)訊(xun)(xun)模塊和機(ji)(ji)器人本體三個部分，并對(dui)系(xi)(xi)統每部分硬(ying)件與(yu)軟件進行了(le)選取與(yu)程序(xu)設(she)計(ji)；設(she)計(ji)了(le)由(you)上層操作部分、下(xia)層處理單元和傳感(gan)裝置(zhi)組成(cheng)的硬(ying)件系(xi)(xi)統；基于(yu)Labview設(she)計(ji)了(le)軟件控(kong)制系(xi)(xi)統；功能(neng)(neng)(neng)上該監(jian)測機(ji)(ji)器人采用了(le)可視化(hua)界面，簡(jian)便易操作的手柄(bing)遙控(kong)方法，實現了(le)自(zi)主和半自(zi)主兩種(zhong)控(kong)制模式；搭載高(gao)清攝像裝置(zhi)以及(ji)七種(zhong)氣體采集裝置(zhi)，能(neng)(neng)(neng)夠再現隧(sui)道(dao)內(nei)圖(tu)像與(yu)氣體成(cheng)分，基于(yu)5G通(tong)訊(xun)(xun)保(bao)證通(tong)訊(xun)(xun)的穩定可靠，能(neng)(neng)(neng)夠完(wan)成(cheng)要(yao)求的監(jian)測任務。