本发明涉及沉井施工，特指一种压入式机械化沉井装备全自动控制方法及系统。
背景技术：
1、近年来，国内各地加快建设海绵城市、地下智慧车库等民生工程，超大直径、超深竖井工程越来越多。传统工法是在地面浇筑好整个沉井钢砼结构，通过井内挖土使沉井在自重作用下逐渐下沉，施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。因此，研发新型地面压入式机械化沉井施工装备(如申请人在先申请的专利申请号为：202310058717.0，发明名称为：主动控制型装配式机械化沉井系统)具有重大现实意义。然而，该装备实际施工作业时须由多个系统协同配合完成，采用人工操作具有极高的难度，尤其是水下机器人的运动控制。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种压入式机械化沉井装备全自动控制方法及系统，解决现有的沉井装备采用人工操作具有极高的难度以及水下机器人运动控制难等的问题。
2、实现上述目的的技术方案是：
3、本发明提供了一种压入式机械化沉井装备全自动控制方法，所述沉井装备包括取土机器人、推进设备以及同步注浆系统，所述全自动控制方法包括如下步骤：
4、s11，管片环拼装就位；
5、s12，控制取土机器人开始取土工作；
6、s13，在所述取土机器人挖掘取土达到设定深度后，控制所述推进设备下压管片环至对应的位置；
7、s14，在管片环下压的过程中，获取各注浆点的目标注浆量，并根据各注浆点的目标注浆量控制同步注浆系统进行同步注浆；
8、s15，控制取土机器人继续向下挖掘取土；
9、s16，循环步骤s13至步骤s15，直至当前的管片环完成下沉工作；
10、s17，打开推进设备，在当前的管片环上方拼装下一个管片环，关闭推进设备；
11、s18，循环步骤s12至s17，直至完成所有管片环的下沉工作。
12、本发明压入式机械化沉井装备全自动控制方法的进一步改进在于，在控制取土机器人进行取土工作时，将取土工作区域根据安装所述取土机器人用的十字梁划分为四个象限区，再将每一象限区划分为内圈区域和外圈区域；
13、让取土机器人先挖掘四个象限区的内圈区域，后挖掘四个象限区的外圈区域，在挖掘四个象限区时，采用对称挖掘的方式进行顺序挖掘。
14、本发明压入式机械化沉井装备全自动控制方法的进一步改进在于，在四个象限区的土体挖掘完成后，采集沉井姿态并判断是否需要纠偏，在判断需要纠偏时，进行纠偏工作：
15、对沉井倾斜的反向所在象限区的内圈区域进行下一个进尺的土体挖掘，若沉井姿态回归，则纠偏完成；
16、若沉井姿态未回归，则对当前象限区的外圈区域进行下一个进尺的土体挖掘，若沉井姿态回归，则纠偏完成；
17、若沉井姿态未回归，则对十字梁下方的内圈区域进行下一个进尺的土体挖掘，若沉井姿态回归，则纠偏完成；
18、若沉井姿态未回归，则对十字梁下方的外圈区域进行下一个进尺的土体挖掘，若沉井姿态回归，则纠偏完成；
19、若沉井姿态未回归，则对当前象限区的钢刃脚环下方进行土体挖掘，直至沉井姿态回归。
20、本发明压入式机械化沉井装备全自动控制方法的进一步改进在于，在控制推进设备下压管片环时，设定一虚拟油缸，设定所述虚拟油缸的伸出速度和伸出总行程，所设定的虚拟油缸的伸出总行程为取土机器人挖掘取土的设定深度；
21、控制推进设备的推进油缸和所设定的虚拟油缸开启，让设定的虚拟油缸以设定的伸出速度匀速伸出，各推进油缸行程传感器实时采集自身的当前行程；
22、将各推进油缸的当前行程与虚拟油缸的伸出行程进行对比求差值，将差值传入到各推进油缸的行程控制器内，由所述行程控制器计算对应的推进油缸的比例流量阀目标开启程度，进而控制比例流量阀执行对应的开启程度，以实现动态调节各推进油缸的伸出速度，实现各推进油缸可与虚拟油缸同步伸出，直至伸出至取土机器人挖掘取土的设定深度。
23、本发明压入式机械化沉井装备全自动控制方法的进一步改进在于，在取土机器人工作的过程中，还包括对机器人进行碰撞检测：
24、将取土机器人、钢刃脚环和十字梁进行数字建模，确定取土机器人的零位姿态；
25、对取土机器人、钢刃脚环和十字梁的数字建模进行网格划分形成对应数量的单元体；
26、在取土机器人工作的过程中，获取取土机器人的各关节传感器数据，通过数据映射方式驱动取土机器人的数字模型，实时呈现取土机器人在全局坐标系下的空间状态；
27、获取并存储当前计算时刻取土机器人、钢刃脚环和十字梁的每个单元体在全局坐标系下的中心的位置空间坐标，分别记为pi、qj和gk；
28、计算所有的pi和qj的距离mi-j以及所有pi和gk的距离ni-k，并获取上述距离中的最小值min{mi-j,ni-k}；
29、若获取的最小值大于10cm，则判断取土机器人工作状态为安全；
30、若获取的最小值大于5cm且小于等于10cm，则判断取土机器人的工作状态为警示，控制取土机器人降速运行；
31、若获取的最小值大于0cm且小于等于5cm，则判断取土机器人工作状态为危险，控制取土机器人停止工作。
32、本发明还提供了一种压入式机械化沉井装备全自动控制系统，所述沉井装备包括取土机器人、推进设备以及同步注浆系统，所述全自动控制系统包括中央控制中心、与所述中央控制中心连接的取土控制子系统、与所述中央控制中心连接的推进控制子系统以及与所述中央控制中心和所述推进控制子系统均连接的注浆控制子系统；
33、其中，所述中央控制中心用于在管片环拼装就位后向所述取土控制子系统发出工作指令，让所述取土控制子系统开启并控制取土机器人开始取土工作，在所述取土机器人挖掘取土达到设定深度后，向所述中央控制中心发送完成指令；
34、所述中心控制中心接收到所述取土控制子系统发送的完成指令后，向推进控制子系统和注浆控制子系统发出工作指令，让推进控制子系统控制推进设备下压管片环至对应的位置，让注浆控制子系统在管片环下压的过程中，获取各注浆点的目标注浆量，并根据各注浆点的目标注浆量控制同步注浆系统进行同步注浆，完成时所述推进控制子系统和所述注浆控制子系统向所述中央控制中心发送完成指令；
35、所述中央控制中心发送下一个设定深度的工作指令给所述取土控制子系统以重复取土工作，接着根据上述的过程重复下压管片环和同步注浆的动作，直至当前的管片环完成下沉工作；
36、中央控制中心向推进控制子系统发送打开指令，控制推进设备打开，在当前的管片环上方拼装好下一个管片环后，控制推进设备关闭，中央控制中心重复上述的管片环下沉工作的动作，直至完成所有的管片环的下沉工作。
37、本发明压入式机械化沉井装备全自动控制系统的进一步改进在于，所述取土控制子系统包括取土区域划分模块以及取土动作控制模块；
38、所述取土区域划分模块用于将取土工作区域根据安装所述取土机器人用的十字梁划分为四个象限区，再将每一象限区划分为内圈区域和外圈区域；
39、所述取土动作控制模块与所述取土区域划分模块连接，用于控制取土机器人先挖掘四个象限区的内圈区域，后挖掘四个象限区的外圈区域，在挖掘四个象限区时，采用对称挖掘的方式进行顺序挖掘。
40、本发明压入式机械化沉井装备全自动控制系统的进一步改进在于，所述取土控制子系统还包括纠偏执行模块；
41、所述全自动控制系统还包括与所述中央控制中心连接的自动量测子系统，所述自动测量子系统用于在四个象限区的土体挖掘完成后，采集沉井姿态数据并发送给中央控制中心；
42、所述中央控制中心根据接收到的沉井姿态数据判断是否需要纠偏，在需要纠偏时发送纠偏指令给所述取土控制子系统；
43、所述取土控制子系统接收到纠偏指令后，开启纠偏执行模块；
44、所述纠偏执行模块用于控制取土机器人对沉井倾斜的反向所在象限区的内圈区域进行下一个进尺的土体挖掘，若沉井姿态回归，则纠偏完成；
45、若沉井姿态未回归，则对当前象限区的外圈区域进行下一个进尺的土体挖掘，若沉井姿态回归，则纠偏完成；
46、若沉井姿态未回归，则对十字梁下方的内圈区域进行下一个进尺的土体挖掘，若沉井姿态回归，则纠偏完成；
47、若沉井姿态未回归，则对十字梁下方的外圈区域进行下一个进尺的土体挖掘，若沉井姿态回归，则纠偏完成；
48、若沉井姿态未回归，则对当前象限区的钢刃脚环下方进行土体挖掘，直至沉井姿态回归。
49、本发明压入式机械化沉井装备全自动控制系统的进一步改进在于，所述推进控制子系统用于在控制推进设备下压管片环时，设定一虚拟油缸，设定所述虚拟油缸的伸出速度和伸出总行程，所设定的虚拟油缸的伸出总行程为取土机器人挖掘取土的设定深度；
50、所述推进控制子系统还用于控制推进设备的推进油缸和所设定的虚拟油缸开启，让设定的虚拟油缸以设定的伸出速度匀速伸出，各推进油缸行程传感器实时采集自身的当前行程；
51、所述推进控制子系统获取各推进油缸行程传感器采集的当前行程，将各推进油缸的当前行程与虚拟油缸的伸出行程进行对比求差值，将差值传入到各推进油缸的行程控制器内，由所述行程控制器计算对应的推进油缸的比例流量阀目标开启程度；
52、所述推进控制子系统接收所述行程控制器计算得到的对应的推进油缸的比例流量阀目标开启程度，进而控制比例流量阀执行对应的开启程度，以实现动态调节各推进油缸的伸出速度，实现各推进油缸可与虚拟油缸同步伸出，直至伸出至取土机器人挖掘取土的设定深度。
53、本发明压入式机械化沉井装备全自动控制系统的进一步改进在于，还包括与所述中央控制中心和取土控制子系统连接的机器人碰撞检测子系统；
54、所述机器人碰撞子系统包括建模模块、划分模块、映射模块、获取模块、计算模块以及判断模块；
55、所述建模模块用于将取土机器人、钢刃脚环和十字梁进行数字建模，确定取土机器人的零位姿态；
56、所述划分模块与所述建模模块连接，用于对取土机器人、钢刃脚环和十字梁的数字建模进行网格划分形成对应数量的单元体；
57、所述映射模块与所述建模模块连接，用于在取土机器人工作的过程中，获取取土机器人的各关节传感器数据，通过数据映射方式驱动取土机器人的数字模型，实时呈现取土机器人在全局坐标系下的空间状态；
58、所述获取模块与所述建模模块、所述划分模块以及所述映射模块连接，用于获取并存储当前计算时刻取土机器人、钢刃脚环和十字梁的每个单元体在全局坐标系下的中心的位置空间坐标，分别记为pi、qj和gk；
59、所述计算模块与所述建模模块、所述划分模块、所述映射模块以及所述获取模块连接，用于计算所有的pi和qj的距离mi-j以及所有pi和gk的距离ni-k，并获取上述距离中的最小值min{mi-j,ni-k}；
60、所述判断模块与所述计算模块连接，用于在最小值大于10cm时，判断得到取土机器人工作状态为安全并发送安全信号给所述中央控制中心；在最小值大于5cm且小于等于10cm时，判断得到取土机器人的工作状态为警示并发送警示信号给所述中央控制中心，所述中央控制中心基于所述警示信号向所述取土控制子系统发送降速指令以控制取土机器人降速运行；用于在最小值大于0cm且小于等于5cm，判断得到取土机器人工作状态为危险并发送危险信号给所述中央控制中心，所述中央控制中心基于所述危险信号向所述取土控制子系统发送停机指令以控制取土机器人停止工作。
61、本发明的压入式机械化沉井装备全自动控制方法及系统的有益效果为：
62、本发明的全自动控制方法及系统实现了沉井装备的全自动控制，无需人工介入，有效解决了地面压入式机械化沉井装备多系统协同控制过程中人工操作难度大、作业效率低、安全风险高等问题。
63、本发明的全自动控制方法及系统控制取土机器人(也即水下机器人)按照先内再外，对称挖掘的方式进行取土工作，并利用步进式的方式每次向下挖掘设定深度，能够有效的保证挖掘工作的顺利进行，还能够利于确保沉井结构的姿态稳定。
64、本发明的全自动控制方法及系统还提供了纠偏模型，对于取土机器人在挖掘玩四个象限区内的土体后，就对沉井结构的姿态进行判断，发生偏移就及时的进行纠偏工作，确保沉井姿态在施工要求范围内。
65、本发明的全自动控制方法及系统对推进设备的推进油缸根据设定的虚拟油缸的参数作为参照，进而能够通过差值快速的计算出各个推进油缸的控制参数也即比例流量阀目标开启程度，实现各个推进油缸根据虚拟油缸实现同步推进的效果。
66、本发明的全自动控制方法及系统还具有机器人碰撞检测功能，其根据建立的数字建模，实时获取取土机器人与对应的结构包括钢刃脚环和十字梁的最小距离，在最小距离落入相应的范围内时进行降速或停机处理，确保取土机器人的工作安全。
1.一种压入式机械化沉井装备全自动控制方法，所述沉井装备包括取土机器人、推进设备以及同步注浆系统，其特征在于，所述全自动控制方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的压入式机械化沉井装备全自动控制方法，其特征在于，在控制取土机器人进行取土工作时，将取土工作区域根据安装所述取土机器人用的十字梁划分为四个象限区，再将每一象限区划分为内圈区域和外圈区域；
3.如权利要求2所述的压入式机械化沉井装备全自动控制方法，其特征在于，在四个象限区的土体挖掘完成后，采集沉井姿态并判断是否需要纠偏，在判断需要纠偏时，进行纠偏工作：
4.如权利要求1所述的压入式机械化沉井装备全自动控制方法，其特征在于，在控制推进设备下压管片环时，设定一虚拟油缸，设定所述虚拟油缸的伸出速度和伸出总行程，所设定的虚拟油缸的伸出总行程为取土机器人挖掘取土的设定深度；
5.如权利要求1所述的压入式机械化沉井装备全自动控制方法，其特征在于，在取土机器人工作的过程中，还包括对机器人进行碰撞检测：
6.一种压入式机械化沉井装备全自动控制系统，所述沉井装备包括取土机器人、推进设备以及同步注浆系统，其特征在于，所述全自动控制系统包括中央控制中心、与所述中央控制中心连接的取土控制子系统、与所述中央控制中心连接的推进控制子系统以及与所述中央控制中心和所述推进控制子系统均连接的注浆控制子系统；
7.如权利要求6所述的压入式机械化沉井装备全自动控制系统，其特征在于，所述取土控制子系统包括取土区域划分模块以及取土动作控制模块；
8.如权利要求7所述的压入式机械化沉井装备全自动控制系统，其特征在于，所述取土控制子系统还包括纠偏执行模块；
9.如权利要求6所述的压入式机械化沉井装备全自动控制系统，其特征在于，所述推进控制子系统用于在控制推进设备下压管片环时，设定一虚拟油缸，设定所述虚拟油缸的伸出速度和伸出总行程，所设定的虚拟油缸的伸出总行程为取土机器人挖掘取土的设定深度；
10.如权利要求6所述的压入式机械化沉井装备全自动控制系统，其特征在于，还包括与所述中央控制中心和取土控制子系统连接的机器人碰撞检测子系统；
