管道自动吊装一体设备及控制方法

1.一种管道自动吊装一体设备，路基面（12）上设有沟槽（13），其特征在于，管道自动吊装一体设备包括悬臂式起重机（1）、管道姿态检测装置（3）、管尾检测装置（5）、管道对接装置（4）和控制系统（8），所述悬臂式起重机（1）设置于沟槽（13）内，用于将管道从路基面（12）吊运至沟槽（13）中；所述管道姿态检测装置（3）设置于已铺设管道（9）内，且所述管道姿态检测装置（3）能够沿管道内壁行走，用于检测待铺设管道（10）的姿态以及待铺设管道（10）与已铺设管道（9）之间的距离；所述管尾检测装置（5）设置于待铺设管道（10）远离已铺设管道（9）的一端，用于检测待铺设管道（10）的管尾位置；所述管道对接装置（4）设置于所述悬臂式起重机（1）上，用于调整待铺设管道（10）的姿态以将待铺设管道（10）的首端与已铺设管道（9）的尾端对接；所述控制系统（8）分别与所述悬臂式起重机（1）、所述管道姿态检测装置（3）、所述管尾检测装置（5）和所述管道对接装置（4）电连接；路基面（12）上设有起吊位置，沟槽（13）上方设有吊放位置；所述悬臂式起重机（1）包括行走主体（1.1）、门架（1.3）、门柱支撑（1.6）、横向移动机构（1.4）和吊装小车（1.5），所述行走主体（1.1）设置于沟槽（13）内；所述门架（1.3）设置于所述行走主体（1.1）上，所述行走主体（1.1）能够带动所述门架（1.3）沿沟槽（13）的长度方向行走；所述门柱支撑（1.6）设置于路基面（12）上；所述横向移动机构（1.4）包括主梁（1.4.1）和横移驱动组件，所述主梁（1.4.1）分别与所述门架（1.3）和所述门柱支撑（1.6）滑动连接，所述横移驱动组件的输出端与所述主梁（1.4.1）连接，且所述横移驱动组件能够驱动所述主梁（1.4.1）沿沟槽（13）的宽度方向相对所述门架（1.3）和所述门柱支撑（1.6）滑动；所述吊装小车（1.5）滑动设置于所述主梁（1.4.1）上，且所述吊装小车（1.5）能够在所述起吊位置和所述吊放位置之间移动，所述吊装小车（1.5）用于吊运管道。 2.如权利要求1所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述横移驱动组件包括移动轨道（1.4.4）、齿条、横向驱动件（1.4.5）和驱动齿轮，所述移动轨道（1.4.4）沿沟槽（13）的宽度方向设置于所述主梁（1.4.1）上，所述门架（1.3）通过所述移动轨道（1.4.4）与所述主梁（1.4.1）滑动连接；所述齿条设置于所述主梁（1.4.1）上，且所述齿条均沿所述主梁（1.4.1）的长度方向设置；所述横向驱动件（1.4.5）设置于所述门架（1.3）上；所述驱动齿轮与所述横向驱动件（1.4.5）的输出轴连接，且所述驱动齿轮与所述齿条啮合。 3.如权利要求2所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述主梁（1.4.1）上还设有沿沟槽（13）的宽度方向设置的行走轨道（1.4.7）；所述吊装小车（1.5）包括行走梁架（1.5.1）、行走轮组（1.5.2）和提升机构，所述行走梁架（1.5.1）通过所述行走轮组（1.5.2）设置于所述行走轨道（1.4.7）上，所述行走轮组（1.5.2）能够带动所述行走梁架（1.5.1）沿所述行走轨道（1.4.7）移动；所述行走梁架（1.5.1）上至少设有两个所述提升机构，且两个所述提升机构沿沟槽（13）的宽度方向呈对称设置，所述提升机构包括两个同步运行的提升单件，所述提升单件包括卷扬机（1.5.3）、旋转编码器和制动器，所述卷扬机与所述旋转编码器同轴设置，所述旋转编码器能够控制所述卷扬机的转动圈数，所述制动器设置于所述卷扬机（1.5.3）上，用于对所述卷扬机（1.5.3）进行制动。 4.如权利要求3所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述门柱支撑（1.6）包括连接梁（1.6.6）和相对设置的两个支撑单件，所述支撑单件包括固定支腿（1.6.1）、伸缩支腿、L形支腿（1.6.2）、支撑导向轮（1.6.3）和支撑行走轮，所述固定支腿（1.6.1）通过所述连接梁（1.6.6）与另一所述支撑单件的所述固定支腿（1.6.1）连接，且所述固定支腿（1.6.1）的第一端沿沟槽（13）的宽度方向滑动设置于所述主梁（1.4.1）上，第二端与伸缩支腿连接，所述伸缩支腿能够竖直方向进行伸缩；所述L形支腿（1.6.2）设置于所述固定支腿（1.6.1）上，所述L形支腿（1.6.2）通过所述支撑导向轮（1.6.3）与所述主梁（1.4.1）滚动接触，所述L形支腿（1.6.2）通过所述支撑行走轮设置于所述主梁（1.4.1）的所述移动轨道（1.4.4）上，且所述支撑行走轮能够带动所述L形支腿（1.6.2）沿所述行走轨道（1.4.7）移动。 5.如权利要求4所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述固定支腿（1.6.1）包括固定节（A1）和标准节（A2），所述固定节（A1）的第一端与所述L形支腿（1.6.2）连接，第二端通过所述标准节（A2）与所述伸缩支腿可拆卸式连接；所述标准节（A2）的数量为一个或一个及以上，且相邻两个所述标准节（A2）可拆卸式连接。 6.如权利要求5所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述伸缩支腿包括伸缩外腿（1.6.7）、伸缩内腿（1.6.8）和伸缩驱动件，所述伸缩外腿（1.6.7）设置于所述固定支腿（1.6.1）上，且所述伸缩外腿（1.6.7）上设有沿竖直方向设置的腰型通孔；所述伸缩内腿（1.6.8）滑动套设于所述伸缩外腿（1.6.7）内，且所述伸缩内腿（1.6.8）上设有沿多个沿竖直方向间隔设置的圆形通孔；所述伸缩驱动件连接于所述伸缩外腿（1.6.7）和所述伸缩内腿（1.6.8）之间；所述门柱支撑（1.6）还包括防吊点机构（1.6.9），所述防吊点机构（1.6.9）包括基座（1.6.9.3）、插销（1.6.9.1）、支撑块（1.6.9.2）和螺柱（1.6.9.5），所述伸缩外腿（1.6.7）的两侧均设有所述基座（1.6.9.3），且所述基座（1.6.9.3）位于所述腰型通孔上方；所述插销（1.6.9.1）能够穿过所述腰型通孔和任意一所述圆形通孔以贯穿所述伸缩外腿（1.6.7）和所述伸缩内腿（1.6.8）；所述插销（1.6.9.1）的两端分别套设一所述支撑块（1.6.9.2）；所述螺柱（1.6.9.5）竖直贯穿所述基座（1.6.9.3），且与所述基座（1.6.9.3）螺纹连接，所述螺柱（1.6.9.5）能够与所述支撑块（1.6.9.2）抵接以限位所述插销（1.6.9.1）。 7.如权利要求6所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述悬臂式起重机（1）还包括第一测距传感器（1.4.6）、第二测距传感器（1.4.10）、第三测距传感器（1.4.8）和第四测距传感器（1.4.9），所述第一测距传感器（1.4.6）设置于所述移动轨道（1.4.4）上，用于测量所述主梁（1.4.1）相对所述门架（1.3）的移动量；所述第二测距传感器（1.4.10）设置于所述移动轨道（1.4.4）上，用于测量所述门柱支撑（1.6）的移动量；所述第三测距传感器（1.4.8）和所述第四测距传感器（1.4.9）分别设置于所述行走轨道（1.4.7）的两端，分别用于测量所述吊装小车（1.5）是否移动到位。 8.如权利要求7所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，沟槽（13）内铺设有沿沟槽（13）长度方向设置的导轨（1.2）；所述悬臂式起重机（1）还包括换轨机构（1.8），所述换轨机构（1.8）包括横梁、斜拉杆、吊轨小车、电动葫芦和抓轨器，所述横梁沿沟槽（13）的长度方向设置于所述门架（1.3）上；所述斜拉杆连接于所述横梁与所述门架（1.3）之间；所述吊轨小车设置于所述横梁上，且所述吊轨小车能够沿所述横梁行走；所述电动葫芦设置于所述吊轨小车上，且所述电动葫芦的吊钩与抓轨器连接，所述电动葫芦能够通过抓轨器抓取导轨（1.2），并将导轨（1.2）从所述行走主体（1.1）行进方向的后端吊运至前端。 9.如权利要求8所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述管道姿态检测装置（3）包括底盘（3.1）、动力机构、检测机构（3.3）、监控摄像头（3.6）和姿态检测控制模块（3.4），所述底盘（3.1）能够沿已铺设管道（9）的内壁行走；所述动力机构设置于所述底盘（3.1）上，所述动力机构能够为所述底盘（3.1）提供行走动力；所述检测机构（3.3）包括立柱（3.3.1）、检测盘（3.3.2）、线结构光传感器（3.3.3）和激光扫描传感器（3.3.4），所述立柱（3.3.1）设置于所述底盘（3.1）上；所述检测盘设置于所述立柱（3.3.1）上，所述检测盘上设有多个绕所述检测盘的中心呈周向设置的线结构光传感器（3.3.3），且所述线结构光传感器（3.3.3）的测量方向沿已铺设管道（9）呈径向布置，所述线结构光传感器（3.3.3）用于测量已铺设管道（9）和待铺设管道（10）之间的管缝间隙；所述激光扫描传感器（3.3.4）设置于所述检测盘的中心位置，用于扫描获得已铺设管道（9）和待铺设管道（10）的内壁轮廓信息；所述监控摄像头（3.6）设置于所述立柱（3.3.1）上，且所述监控摄像头（3.6）与所述控制系统（8）电连接，用于监控待铺设管道（10）及其周边环境；所述姿态检测控制模块（3.4）能够接收所述检测机构（3.3）和所述监控摄像头（3.6）的检测信息，且所述姿态检测控制模块（3.4）能够控制所述动力机构驱动所述底盘（3.1）沿待铺设管道（10）行走并对接收的检测信息进行分析处理。 10.如权利要求9所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述管尾检测装置（5）包括管尾测量底座（5.1）、水平测量元件（5.2）、棱镜（5.3）和测位仪器（14），所述管尾测量底座（5.1）设置于所述待铺设管道（10）的尾端；所述水平测量元件（5.2）设置于所述管尾测量底座（5.1）上；所述棱镜（5.3）设置于所述水平测量元件（5.2）上；所述测位仪器（14）设置于沟槽（13）内，所述测位仪器（14）用于测量所述棱镜（5.3）的绝对位置，且所述测位仪器（14）与所述控制系统（8）电连接。 11.如权利要求10所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述管道对接装置（4）包括两个相对设置的管道对接单件，两个所述管道对接单件相对设置于所述门架（1.3）沿沟槽（13）宽度方向上的两侧；所述管道对接单件包括顶推机构（4.1）、升降机构（4.2）、横移机构（4.3）和支撑机构（4.4），所述顶推机构（4.1）设置于所述门架（1.3）上；所述升降机构（4.2）设置于所述顶推机构（4.1）上，所述顶推机构（4.1）能够带动所述升降机构（4.2）沿沟槽（13）长度方向移动；所述横移机构（4.3）设置于所述升降机构（4.2）上，所述升降机构（4.2）能够带动所述横移机构（4.3）沿竖直方向移动；所述支撑机构（4.4）设置于所述横移机构（4.3），所述横移机构（4.3）能够带动所述支撑机构（4.4）沿沟槽（13）的宽度方向移动；所述支撑机构（4.4）包括卡板（4.4.1）、支撑铰接座（4.4.3）、支撑调节杆（4.4.4）、支撑垫（4.4.2）和测力传感器（4.4.5），所述卡板（4.4.1）的下部与所述支撑铰接座（4.4.3）的第一端连接，且所述支撑铰接座的第一端通过所述测力传感器（4.4.5）与所述横移机构（4.3）铰接，所述卡板（4.4.1）的上部通过所述支撑调节杆（4.4.4）与所述支撑铰接座（4.4.3）的第二端铰接；所述测力传感器（4.4.5）用于测量所述卡板（4.4.1）上的载荷大小；所述支撑垫（4.4.2）设置于所述卡板（4.4.1）远离所述支撑铰接座（4.4.3）的一侧，所述支撑垫（4.4.2）用于与管道外壁抵接，两个所述管道对接单件的所述支撑垫（4.4.2）配合以夹持待铺设管道（10）并调整待铺设管道（10）的姿态。 12.如权利要求11所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述管道自动吊装一体设备还包括减摆装置，所述门架（1.3）沿沟槽（13）宽度方向的两侧至少分别设有两个所述减摆装置（2）；所述减摆装置（2）包括第一铰接座（2.3）、第二铰接座（2.4）、驱动调整机构（2.2）和减震轮（2.1），所述第一铰接座（2.3）和所述第二铰接座（2.4）沿竖直方向间隔设置于所述门架（1.3）上；所述驱动调整机构（2.2）包括轮架（2.2.1）、第一连杆（2.2.2）、第二连杆（2.2.4）和驱动调节杆（2.2.3），所述轮架（2.2.1）上设有多个竖直方向间隔设置的所述减震轮（2.1）；所述第一连杆（2.2.2）铰接于所述第一铰接座（2.3）与所述轮架（2.2.1）之间；所述第二连杆（2.2.4）铰接于所述第二铰接座（2.4）与所述轮架（2.2.1）之间；所述驱动调节杆（2.2.3）铰接于所述第一铰接座（2.3）与所述轮架（2.2.1）之间，所述驱动调节杆（2.2.3）能够驱动所述轮架（2.2.1）带动所述第一连杆（2.2.2）和所述第二连杆（2.2.4）进行转动以调整所述减震轮（2.1）与待铺设管道（10）之间的间隙。 13.如权利要求12所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述管道自动吊装一体设备还包括回填支护装置（6），所述回填支护装置（6）包括安装座（6.1）、伸缩机构（6.2）、推力测量元件（6.3）、支护铰接座（6.4）、推铲（6.5）和回填支护调节杆（6.6），所述安装座（6.1）设置于所述门架（1.3）的底部，所述伸缩机构（6.2）设置于所述安装座（6.1）上，所述伸缩机构（6.2）的输出轴通过所述推力测量元件（6.3）与所述支护铰接座（6.4）铰接；所述推力测量元件（6.3）用于测量所述推铲（6.5）与待铺设管道（10）外壁之间的沙土压力；所述推铲（6.5）与所述支护铰接座（6.4）铰接；所述回填支护调节杆（6.6）铰接于所述支护铰接座（6.4）的顶部与所述推铲（6.5）的顶部之间。 14.如权利要求13所述的管道自动吊装一体设备，其特征在于，所述控制系统（8）包括遥控终端面板、第一控制模块（8.1）和第二控制模块（8.2），所述遥控终端面板分别与所述第一控制模块（8.1）、所述第二控制模块（8.2）和所述姿态检测控制模块（3.4）电连接；所述第一控制模块（8.1）设置于所述悬臂式起重机（1）上，所述第一控制模块（8.1）能够控制悬臂式起重机（1）进行管道吊运作业，且所述第一控制模块与所述姿态检测控制模块（3.4）电连接；所述第二控制模块（8.2）设置于所述吊装小车（1.5），用于控制小车走行、提升、制动动作，且所述第二控制模块（8.2）与所述第一控制模块（8.1）电连接；所述管道自动吊装一体设备还包括动力系统，所述动力系统包括设置于所述悬臂式起重机（1）上的第一动力模块和设置于所述管道姿态检测装置（3）上的第二动力模块，所述第一动力模块能够为所述悬臂式起重机（1）提供动力；所述第二动力模块能够为管道姿态检测装置（3）提供动力。 15.一种管道自动吊装一体设备的控制方法，控制如权利要求14所述的管道自动吊装一体设备进行管道吊装作业，其特征在于，所述管道自动吊装一体设备的控制方法具体包括如下步骤：S1：在待施工沟槽（13）内上安装管道自动吊装一体设备；S2：第一控制模块（8.1）根据路基面（12）上的起吊位置控制主梁（1.4.1）远离门架（1.3）的一端伸出延伸至起吊位置，并将门柱支撑（1.6）移动至主梁（1.4.1）远离门架（1.3）的一端，再将伸缩支腿伸出至与路基面（12）上的支撑轨道（1.7）抵接；S3：第一控制模块（8.1）继续控制吊装小车（1.5）沿主梁（1.4.1）移动至起吊位置，再将待铺设管道（10）吊运至吊放位置，并将待铺设管道（10）下放至沟槽（13）内；S4：第一控制模块（8.1）根据管道姿态检测装置（3）和管尾检测装置（5）的检测信息控制管道对接装置（4）完成待铺设管道（10）和已铺设管道（9）的对接，并进行待铺设管道（10）的管尾调整；S5：第一控制模块（8.1）控制回填支护装置（6）将待铺设管道（10）两侧的沙土推向待铺设管道（10）外壁，直至推力测量元件（6.3）测得的推土压力达到预设值，完成待铺设管道（10）的初支护。 16.如权利要求15所述的管道自动吊装一体设备的控制方法，其特征在于，所述S2包括：S2.1、主梁（1.4.1）伸出，具体是：将待施工路基面（12）上的起吊位置输入遥控终端面板，遥控终端面板将输入信息输送至第一控制模块（8.1）；第一控制模块（8.1）根据输入信息和主梁（1.4.1）相对于门架（1.3）的初始位置信息计算得到主梁移动量，再控制横移驱动组件驱动主梁（1.4.1）移动直至达到对应的主梁移动量；S2.2、门柱支撑（1.6）伸出，具体是：第一控制模块（8.1）控制门柱支撑（1.6）沿主梁（1.4.1）移动至移动轨道（1.4.4）远离门架（1.3）的一端；第一控制模块（8.1）驱动伸缩支腿伸出直至与路基面（12）抵接；所述S3包括：S3.1、吊装小车（1.5）移至起吊位置，具体是：第二控制模块（8.2）控制吊装小车（1.5）的行走轮组（1.5.2）沿行走轨道（1.4.7）移动至起吊位置；S3.2、吊具下放，具体是：待运管车（11）将待铺设管道（10）移动至起吊位置后，第二控制模块（8.2）根据吊装测距传感器测量的吊装小车（1.5）与运管车（11）之间的距离控制卷扬机将吊钩从初始高度下放到位，并通过吊带与待铺设管道（10）捆绑；其中：吊装测距传感器设置在吊装小车（1.5）下方，且与运管车（11）对应设置；S3.3、管道吊运，具体是：第二控制模块（8.2）控制提升机构转动以将待铺设管道（10）提升至初始高度；驱动吊装小车（1.5）将待铺设管道（10）吊运至吊放位置；驱动提升机构反向转动以将待铺设管道（10）下放至沟槽（13）内，并与管道对接装置（4）进行对接。 17.如权利要求16所述的管道自动吊装一体设备的控制方法，其特征在于，所述S4包括：S4.1、在待铺设管道（10）的插口与已铺设管道（9）的承口处涂油并安装密封圈，再通过遥控终端面板向第一控制模块（8.1）发送管道对接的启动信号；S4.2、获取待铺设管道（10）相对已铺设管道（9）的纵向距离及待铺设管道（10）的调整数据，具体是：姿态检测控制模块（3.4）将激光扫描传感器（3.3.4）获取的已铺设管道（9）和待铺设管道（10）的内壁轮廓信息拟合为两管道中轴线，并计算得到待铺设管道（10）相对已铺设管道（9）的纵向距离，再将纵向距离发送给第一控制模块（8.1）；S4.3、待铺设管道（10）初移，具体是：第一控制模块（8.1）根据待铺设管道（10）相对已铺设管道（9）的纵向距离控制悬臂式起重机（1）的行走主体（1.1）沿沟槽（13）长度方向移动，直至已铺设管道（9）和待铺设管道（10）之间的管缝间隙在线结构光传感器（3.3.3）的测量区域内，行走主体（1.1）停止；S4.4、待铺设管道（10）精调，具体是：第一控制模块（8.1）根据管道姿态检测装置（3）获取的检测信息计算得到待铺设管道（10）相对于已铺设管道（9）的前端垂向调整量、后端垂向调整量、前端横向调整量和后端横向调整量；第一控制模块（8.1）根据前端垂向调整量和后端垂向调整量控制管道对接装置（4）的升降机构（4.2）分别对待铺设管道（10）前后端进行垂向调整；第一控制模块（8.1）根据前端横向调整量和后端横向调整量控制管道对接装置（4）的横移机构（4.3）分别对待铺设管道（10）前后端进行横向调整；直至待铺设管道（10）中轴线与已铺设管道（9）中轴线的同轴度误差在预设误差范围内；S4.5、管道承插口对接，具体是：第一控制模块（8.1）根据已铺设管道（9）和待铺设管道（10）之间的管缝间隙控制管道对接装置（4）的顶推机构（4.1）将待铺设管道（10）的插口移至已铺设管道（9）的承口内，直至管缝间隙满足预设尺寸值完成已铺设管道（9）和待铺设管道（10）的承插口对接；S4.6、进行待铺设管道（10）的管尾调整，具体是：第一控制模块根据测位仪器（14）反馈的绝对位置信息和管尾设计数据计算得到待铺设管道（10）后端的垂向调整量和横向调整量；管道对接装置（4）根据垂向调整量和横向调整量调整待铺设管道（10）的管尾姿态。 18.如权利要求17所述的管道自动吊装一体设备的控制方法，其特征在于，所述S5之后还包括：第一控制模块（8.1）控制回填支护装置（6）的伸缩机构（6.2）将推铲（6.5）收回，并控制管道对接装置（4）的横移机构（4.3）远离待铺设管道（10）外壁，然后控制换轨机构（1.8）完成沟槽（13）内导轨（1.2）的转运和铺设，再控制悬臂式起重机（1）沿导轨（1.2）行走至下一待铺设管道（10）的吊放位置。