[发明专利]用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置及方法

权利要求书

1.用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，包括：相机组件、控制器以及斜向伸缩机构，所述控制器控制斜向伸缩机构将相机组件斜向送至围岩附近，并使相机正对围岩表面且距离保持不变进行拍摄，控制斜向伸缩机构旋转直至相机组件将整个围岩拍摄完毕。

2.根据权利要求1所述的用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，还包括行走装置，所述斜向伸缩机构安装在所述行走装置上。

3.根据权利要求2所述的用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，所述行走装置为履带底盘。

4.根据权利要求2所述的用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，所述斜向伸缩机构包括铰接组件、第二安装板以及分别与所述控制器电连接的平台式旋转电机、第一旋转电机、伺服电动缸、球形旋转电机，所述平台式旋转电机安装在所述行走装置上，所述伺服电动缸底部通过铰接组件与平台式旋转电机连接，所述第一旋转电机安装在所述铰接组件上以驱动铰接组件旋转，所述伺服电动缸顶部通过第二安装板与球形旋转电机底部连接，所述球形旋转电机顶部与相机组件进行连接。

5.根据权利要求4所述的用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，所述铰接组件包括凵型铰接架和凵型底座，所述凵型底座安装在所述平台式旋转电机上，所述凵型铰接架与凵型底座开口相对扣合在一起，所述凵型铰接架和凵型底座的一侧壁通过所述第一旋转电机铰接，所述凵型铰接架和凵型底座的另一侧壁通过转轴铰接。

6.根据权利要求4中任意一项所述的用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，所述相机组件包括相机、保护罩、对正机构、雨水传感器、灰尘传感器、雨水清扫机构、灰尘清扫机构、LED灯带以及第一安装板；所述保护罩与第一安装板形成封闭腔体，所述相机位于该封闭腔体内，所述LED灯带位于封闭腔体内，且周向布置于相机四周。

7.根据权利要求6所述的用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，所述灰尘传感器安装在保护罩上，所述灰尘清扫机构包括滤气型气泵和扁口吹气嘴，所述扁口吹气嘴安装在保护罩的盖板上，当灰尘传感器检测到灰尘达到预设值时，扁口吹气嘴对盖板表面进行清扫；所述雨水清扫机构包括雨刷和雨刷驱动电机，所述雨刷安装在盖板上，当雨水传感器检测到盖板上的雨水达到预设值时，雨刷驱动电机驱动雨刷对盖板进行清扫。

8.根据权利要求6所述的用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，所述对正机构为安装在保护罩四周的四个距离传感器，当至少三个距离传感器所测距离在预设范围内时判定为对正。

9.根据权利要求6所述的用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集装置，其特征在于，还包括定位机构，所述定位机构包括第一倾角传感器、第二倾角传感器、第一角度传感器，所述第一倾角传感器和第一角度传感器安装在第一安装板上，所述第二倾角传感器安装在第二安装板上；通过第一倾角传感器、第二倾角传感器、第一角度传感器、平台式旋转电机的旋转角度、伺服电动缸行程、保护罩的高度、对正机构对正时距离传感器所测距离、球形旋转电机的高度、第一旋转电机旋转中心凵型铰接架的底板距离测得围岩坐标。

10.用于围岩分级和变形预测的隧道围岩形貌采集方法，其特征在于，所述采集方法基于权利要求9所述的采集装置实现，所述采集方法包括：

在隧道内进行爆破并完成后，将调试完毕的采集装置驶入定位点坐标，所述定位点坐标位于围岩斜下方；

驱动第一旋转电机、平台式旋转电机、伺服电动缸，使相机组件移动至围岩附近；

驱动球形旋转电机，使相机组件正对围岩，通过相机组件拍摄围岩，拍摄时通过定位机构对围岩进行坐标定位；

旋转伺服电动缸对围岩所在剖面的各个位置进行拍摄；

将围岩的各点坐标以及图像输入至模拟软件中，得到此围岩剖面的二维轮廓坐标和整个围岩成像图。