能做“B超”能自救,国内首个沉井作业智能搅吸机器人开工_前沿人工智能网

  黄色的机身、厚厚的履带、尖锐的搅吸头……8月19日上午,在世界最大跨度公铁两用斜拉桥——常泰长江大桥6号主塔墩施工现场,一台外形貌似微型“坦克”的智能履带式绞吸机器人,被吊装着慢慢进入主塔墩沉井内下水。
 
  大型桥梁沉井作业的难点之一是“盲区”取土。由于水下地形复杂,沉井隔仓形成的盲区又难以视探,以往的吸泥设备,存在取土不均匀,沉井安装倾斜、突然下沉的风险。智能履带式绞吸机器人设计方介绍,他们自主研发的这款目前国内首个大型沉井水下取土的机器人,可以在水下行走,并能通过智能感应系统给沉井下沉的河床区域做“B超”,探明工作环境,将施工效率提升4-6倍,同时助力安全施工、减少人力。
 
  挑战盲区取土、


  黏土层吸泥难题
 
  泥面深度、泥水比重、机器人俯仰角度、绞头转速、液压舱参数……在常泰长江大桥6号主塔墩施工现场的控制室内,屏幕上显示着智能履带式绞吸机器人的水下作业环境。
 
  在不远处的江面,一台智能履带式绞吸机器人,被慢慢调入江面。随着搅吸头的转动,江水逐渐浑浊。
 
能做“B超”能自救,国内首个沉井作业智能搅吸机器人开工_前沿人工智能网
智能履带式绞吸机器人,金凤摄
 
  在建的常泰长江大桥是长江上首座集高速公路、城际铁路、一级公路“三位一体”的过江通道,于2019年1月9日开建。其中主航道桥为主跨1176米的斜拉桥,超过目前世界最大跨度斜拉桥、沪苏通大桥。
 
能做“B超”能自救,国内首个沉井作业智能搅吸机器人开工_前沿人工智能网
建成后的常泰长江大桥效果图,中铁大桥局二公司供图
 
  由中铁大桥局施工的6号墩沉井,是国内目前平面尺寸最大的水中沉井。相当于13个篮球场大小、1.2万辆家用小汽车的重量。
 
  要将这么重的一个大家伙破土安置在长江河床上,需要扎实的“底盘”。“目前,大型桥梁沉井施工最大的挑战就是盲区取土困难。”中铁大桥局常泰长江大桥项目经理汤忠国说,所谓的盲区,指的是沉井的隔仓。
 
  6号墩沉井内,众多钢梁组合成一张蜘蛛网状的隔仓,将沉井分隔成一个个空洞洞的井孔,这张“蜘蛛网”就是沉井施工的“盲区”。
 
  “沉井下沉时,隔仓的仓壁、仓底会遭遇泥土的阻力,下沉越深,阻力越大。而此次沉井的最大入土深度达48米,地下有3层粉质黏土层,其中粉质黏土层总厚度达21米,这意味着阻力更大。以往的吸泥设备,有吸泥不均匀、取土量难以控制的问题,这可能存在沉井局部倾斜或者突然下沉的风险,对于沉井结构、沉井内的设备和施工人员会造成威胁。”汤忠国介绍。
 
  6号墩沉井的盲区占沉井总面积的45%,如何这么大区域内的水下看清沉井的着床、取土情况,让沉井安全着床?一年半前,汤忠国团队开始设计智能履带式绞吸机器人。
 
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智能履带式绞吸机器人,金凤摄
 
  为大桥沉井水下环境做“B超”


  工作效率提高4-6倍
 
  在施工现场,科技日报记者看到,下水的机器人,两侧底座有履带,车前的机械臂上,有个尖锐的搅吸头。汤忠国介绍,他们为机器人设计了水下走行系统、水下智能感应系统、水下液压电气系统、自动搅吸排渣系统和岸上的操作控制系统,其中最核心的就是水下智能感应传感系统。
 
能做“B超”能自救,国内首个沉井作业智能搅吸机器人开工_前沿人工智能网
机器人在水中的位置显示及参数,中铁大桥局二公司供图
 
  “每个井孔的水下地形有高低起伏,我们在沉井下方埋了很多土压力盒,可以判断土的压力。机器人处理完井孔中的泥土后,利用水下声呐传感系统和摄像系统,辨别盲区位置,并将感应信号传到地面。工作人员决定吸泥量、吸泥深度、机械臂的位置和吸泥范围,通过调节液压机械臂的角度,选择盲区搅吸的刃角角度,清理盲区泥土。这样一来可以确保均匀取土,二来保护沉井壁的隔仓不被破坏。”汤忠国介绍,机械臂单次的作业半径为6-8米,探测精度可达厘米级,每层可以搅吸约30厘米后的泥土。
 
  作业完毕后,机器人还将通过气举法产生风压,将泥土和残渣吸到江面上运走。“传统吸泥设备每小时约吸土40立方米,但智能履带机器人可以吸土200立方米左右,工作效率提高4-6倍。”
 
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常泰长江大桥6号主塔墩施工现场,金凤摄
 
  水下地质环境复杂,取土中,万一用力过猛,可能遭遇“没顶之灾”。对此,汤忠国团队还给机器人设计了“自救”功能,“取土过程中,沉井有可能下沉或移动,一旦监测到下沉速度超过一定范围,系统会自动预警,在10秒内,将机器人拉上来。”
 
  基于这样的智能控制,沉井取土的机械化、自动化,也将大大节省人力,汤忠国算过一笔帐,采用传统吸泥设备,大约需要6人作业,但现在只需1人便可操作该机器人。
 
  “机器人的使用,将使沉井下沉、着床的姿态可测量可视可控,也有利于确保沉井内设备和人员的安全,这解决了困扰行业多年的盲区取土的难题,为今后的施工提供了中国方案。”汤忠国说,根据目前的施工进度,预计明年春节左右,沉井将下沉到设计位置。   记者 金凤

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