CN107632603A - 可自主避障的隧道衬砌检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自主避障的隧道衬砌检测装置，包括：能够移动的作业平台(70)；拱顶机械臂(10)的下端通过第一销轴(11)与作业平台(70)铰接，第一销轴(11)的轴线与作业平台(70)的进行方向平行，拱顶机械臂(10)的上端连接有地质雷达(60)，拱顶机械臂(10)能够伸缩，拱顶机械臂(10)连接有能够驱动拱顶机械臂(10)以第一销轴(11)为轴摆动的顶臂摆转驱动机构。该可自主避障的隧道衬砌检测装置对于隧道衬砌大型机械化作业模式来说是一次本质的飞跃，其特点是全自动作业，检测速度大幅提升，相应速度快，检测盲区极少，性能稳定，可适用于普速和高速单、双线铁路隧道的检测。

Description

可自主避障的隧道衬砌检测装置

技术领域

本发明涉及隧道检测设备领域，具体的是一种该可自主避障的隧道衬砌检测装置。

背景技术

在现有的隧道衬砌无损检测技术中，以地质雷达检测法为最主要的手段，地质雷达检测主要有人工、车载等检测方式。目前尚没有切实可行有效地将地质雷达远距离于衬砌被测面快速检测的手段，都需要利用载具将其置于离隧道衬砌表面附近。我国已研制出首辆隧道状态检查车。每条机械臂的一端固定安装地质雷达，利用控制系统操作每条机械臂在车本体上动作，以对隧道衬砌进行检测。但因机械臂系统结构特点导致机械臂灵敏度低响应时间长，当遇到接触网等障碍物需要调节机械臂位置时，必须将车体停下以对机械臂位置进行调节。当障碍物较密集时，使用者需要反复停车来调节机械臂，工作效率较低。并经过后续技术改造，可使机械臂系统在检测过程中遇到接触网等障碍物时可以不停车快速调节机械臂位置，相比于之前取得了显著进步，一定程度上有效提高了检测速率，并节省了人力，如中国专利CN 105302143A，公开日期2016年2月3日，公开了一种《隧道衬砌检测装置及检测车》。但仍然存在技术上的不足，主要体现在双线隧道拱顶检测能力不足(快速调节距离有限、调节速度不足)、机械臂自动化性能不足、检测装置的结构设计欠优化、调节避开隧道环境中的障碍物还需要人工控制、误判和漏判风险不能完全规避、不能实现完全非人工的程序化操作等不足，终究使得检测工作需要多名操作员作业，有效的检测速率提高空间受限，且存在较多因所载地质雷达的机械臂需要避障导致的检测盲区。

发明内容

为了解决现有的隧道衬砌检测装置避障能力不足的问题，本发明提供了一种可自主避障的隧道衬砌检测装置，该可自主避障的隧道衬砌检测装置对于隧道衬砌大型机械化作业模式来说是一次本质的飞跃，其特点是全自动作业，检测速度大幅提升，相应速度快，检测盲区极少，性能稳定，可适用于普速和高速单、双线铁路隧道的检测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可自主避障的隧道衬砌检测装置，包括：

作业平台，能够移动；

拱顶机械臂，拱顶机械臂的下端通过第一销轴与作业平台铰接，第一销轴的轴线与作业平台的进行方向平行，拱顶机械臂的上端连接有地质雷达，拱顶机械臂能够伸缩，拱顶机械臂连接有能够驱动拱顶机械臂以第一销轴为轴摆动的顶臂摆转驱动机构；

控制系统，能够控制该可自主避障的隧道衬砌检测装置的运行。

本发明的有益效果是：该可自主避障的隧道衬砌检测装置对于隧道衬砌大型机械化作业模式来说是一次本质的飞跃，其特点是全自动作业，检测速度大幅提升，相应速度快，检测盲区极少，性能稳定，可适用于普速和高速单、双线铁路隧道的检测。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述可自主避障的隧道衬砌检测装置的主视图。

图2是本发明所述可自主避障的隧道衬砌检测装置的俯视图。

图3是拱顶机械臂的主视图。

图4是四级联动传动机构的主视图。

图5是图4中沿A-A方向的剖视图。

图6是芯筒的主视图。

图7是芯筒的俯视图。

图8是自动收放线器的主视图。

图9是第一拱腰机械臂在伸出状态时的主视图。

图10是第一拱腰机械臂在收缩状态时的主视图。

图11是本发明所述可自主避障的隧道衬砌检测装置的工作状态示意图。

图12是地质雷达部位的主视图。

图13是地质雷达部位的俯视图。

10、拱顶机械臂；20、第一拱腰机械臂；30、第二拱腰机械臂；40、第三拱腰机械臂；50、第四拱腰机械臂；60、地质雷达；70、作业平台；80、隧道衬砌；

11、第一销轴；12、第一液压缸；13、芯筒；14、次级套筒；15、外套筒；16、齿轮驱动机构；17、第一转轴；18、导向防磨滚珠；19、第二转轴；110、导向防磨滚轮；111、缓冲阻尼垫；112、自动收放线器；113、防护罩；114、齿条；

21、剪叉式连杆；22、连接座；23、基座；24、第二销轴；25、第三销轴；26、第四销轴；27、第二液压缸；28、第三液压缸；29、防护罩；

61、障碍物探测与识别装置；62、距离探测装置；63、地质雷达搭台板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种可自主避障的隧道衬砌检测装置，包括：

作业平台70，能够自身移动或被安装与可移动的物体上随可移动的物体一同移动；如该可自主避障的隧道衬砌检测装置可以安装在轨道车辆上，使之成为隧道衬砌检测车；

拱顶机械臂10，拱顶机械臂10的下端通过第一销轴11与作业平台70铰接，第一销轴11的轴线与作业平台70的进行方向平行，拱顶机械臂10的上端连接有地质雷达60，拱顶机械臂10能够伸缩，拱顶机械臂10连接有能够驱动拱顶机械臂10以第一销轴11为轴摆动的顶臂摆转驱动机构；其中作业平台70的进行方向为垂直于图1和图11的纸面方向；

控制系统，能够控制该可自主避障的隧道衬砌检测装置的运行。

在本实施例中，拱顶机械臂10多级联动传动机构，该多级联动传动机构含有从内向外依次套设的芯筒13、次级套筒14和外套筒15，次级套筒14的数量为至少一根，地质雷达60与芯筒13的上端连接固定，外套筒15的下端通过第一销轴11与作业平台70铰接，芯筒13和次级套筒14的筒壁外均固定有齿条114，次级套筒14和外套筒15的上端均设有齿轮驱动机构16，齿轮驱动机构16的齿轮与所述齿条114一一对应啮合，齿轮驱动机构16能够驱动拱顶机械臂10伸缩，如图3至图8所示。

在本实施例中，芯筒13和次级套筒14的筒壁外均通过第一转轴17固定有多个导向防磨滚珠18，导向防磨滚珠18能够以第一转轴17为轴转动，多个导向防磨滚珠18沿芯筒13的轴线方向依次排列，第一转轴17的轴线与芯筒13的轴线垂直，芯筒13和次级套筒14的筒壁外均通过第二转轴19固定有导向防磨滚轮110，导向防磨滚轮110能够以第二转轴19为轴转动，第二转轴19的轴线与芯筒13的轴线垂直，导向防磨滚轮110与齿条114上下一一对应设置，如图5所示。

在本实施例中，多级联动传动机构具体为四级联动传动机构，即拱顶机械臂10有一个芯筒13、两个次级套筒14和一个外套筒15组成。芯筒13、次级套筒14和外套筒15的断面均为矩形，芯筒13、次级套筒14和外套筒15均含有四个侧壁，齿条114位于芯筒13和次级套筒14的同一侧的一个侧壁外，如图5所示齿条114位于芯筒13和次级套筒14的左侧壁外，芯筒13和次级套筒14的另外三个侧壁外均设有一列导向防磨滚珠18，每一列导向防磨滚珠18含有沿芯筒13的轴线方向依次排列的多个导向防磨滚珠18，次级套筒14和外套筒15的下端内还设有缓冲阻尼垫111，所述顶臂摆转驱动机构为位于外套筒15左右两侧的第一液压缸12，第一液压缸12的两端分别与外套筒15和作业平台70连接，两条第一液压缸12配合动作可以使拱顶机械臂10左右摆动，如图3至图8所示。

拱顶机械臂10用于检测隧道拱顶。为了保障机械臂动作的单纯性、易操控性，同时便于面对系统自主识别障碍物时最大限度安全可靠的避障，面对工况完全无序无规律的隧道环境，满足完全自动化控制机械臂动作的准确性，机械臂并不采用复杂多自由度的机械手引入不必要的运动设计困难，采取直线液压多级联动方式设计。考虑到受力的合理性，采用四级联动传动机构，除最上一级(芯筒13)外，其余各级套筒(次级套筒14和外套筒15)的顶部边缘焊接轴承座并加加强筋，嵌入齿轮驱动机构16的齿轮轴，齿轮驱动机构16的齿轮的分度圆径、模数比等参数可按照材质和速度需求选择。除基础级(外套筒15)外，各级套筒单侧外壁为齿条面，可与齿轮啮合进行套筒的直线传动。齿轮驱动机构16的齿轮外加装防护罩113，套筒的齿条面底段焊接固定有定防磨滑轮(导向防磨滚轮110)与下一级套筒的内壁滚动接触，起到防偏摆和导向的作用。其它三面为滚珠阵列(三列导向防磨滚珠18)，每颗滚珠的旋转轴固定于套筒臂外侧，与下一级套筒的内壁滚动接触，同样可以使每级之间无摩擦运动，可以很好地进行导向。每级齿轮轴均有独立的动力源，利用齿轮驱动机构16的伺服电机驱动，非常有利于系统反复定位和微调(叙述位置控制时会讲到)，同时可防止被动反转。齿轮驱动机构16的伺服电机机身固定于焊接轴承座内，输出轴与齿轮轴相接。这种多轴同时联动的方式可以使每一级套筒在基础级驱动时同时运动，由于联动的运动学特性使得每一级套筒相对于其下一级套筒都存在相应的升降运动关系，每一级的相对运动速度均可调，也可统一其相对速度。以地面参考坐标系来说，顶端一级的升降速度最高，依次递减至基础一级。

通常机械臂结构，以传统电气控制或者液压控制的手段，为了运动学的稳定性和受力的合理性，从安全角度出发，升降速度通常为0.5m/s以内，极限不超过1m/s。而本发明在拱顶机械臂10材质上做了大量优化，因地质雷达及其传感识别模块总重不超过10kg，故套筒材质采取碳纤维开模并防磨处理，四级套筒自重之和未超过50kg，这样大幅减轻了所设计制作齿轮轴与所选电机的扭矩、功率及自重。在保障运动稳定安全的前提下可以将极限升降速度提高到2m/s，在这个升降速度下，可以在经过诸如高速铁路隧道接触网4m高的支架时，不停车有效快速避障，同时大幅减小了因避障耗时长导致的漏检盲区。本机械臂4级可以设计为完全伸出总长度可达6m，完全收回时总长度为2m，臂的齿轮轴利用了伺服方式，与各传感器配合定位效果好，缓冲效果好。此外，机械臂每级都加入了缓冲阻尼垫111，更进一步最大限度保护了各级套筒高速升降的结构安全性，尤其对最上级效果最为明显。

在本实施例中，所述可自主避障的隧道衬砌检测装置还包括第一拱腰机械臂20和第二拱腰机械臂30，第一拱腰机械臂20和第二拱腰机械臂30均固定于作业平台70上，拱顶机械臂10的下端位于作业平台70的中央，第一拱腰机械臂20位于拱顶机械臂10的左前方(即图2中第一拱腰机械臂20位于拱顶机械臂10的左上方)，第二拱腰机械臂30位于拱顶机械臂10的右前方(即图2中第二拱腰机械臂30位于拱顶机械臂10的右上方)，第一拱腰机械臂20与第二拱腰机械臂30的结构完全相同，第一拱腰机械臂20与第二拱腰机械臂30左右对称设置且互为镜像，如图1所示。

在本实施例中，第一拱腰机械臂20含有剪叉式连杆21、连接座22、基座23和第二液压缸27，剪叉式连杆21能够伸缩，剪叉式连杆21的一端连接有地质雷达60，剪叉式连杆21的另一端通过第二销轴24和第三销轴25与连接座22铰接，剪叉式连杆21与连接座22之间还设有第三液压缸28，第三液压缸28的两端分别与剪叉式连杆21与连接座22连接，第三液压缸28能够驱动剪叉式连杆21伸缩，基座23与作业平台70连接固定，基座23的上端通过第四销轴26与连接座22铰接，第二液压缸27的两端分别与基座23和连接座22铰接，第二液压缸27能够驱动剪叉式连杆21和连接座22以第四销轴26为轴摆动，第四销轴26的轴线与第一销轴11的轴线平行，剪叉式连杆21的伸缩方向与第四销轴26的轴线的垂直，如图9和图10所示。

在本实施例中，所述可自主避障的隧道衬砌检测装置还包括第三拱腰机械臂40和第四拱腰机械臂50，第三拱腰机械臂40和第四拱腰机械臂50均固定于作业平台70上，第三拱腰机械臂40位于拱顶机械臂10的左后方(即图2中第三拱腰机械臂40位于拱顶机械臂10的左下方)，第四拱腰机械臂50位于拱顶机械臂10的右后方(即图2中第四拱腰机械臂50位于拱顶机械臂10的右下方)，第一拱腰机械臂20、第二拱腰机械臂30、第三拱腰机械臂40和第四拱腰机械臂50的构造完全相同，第三拱腰机械臂40与第四拱腰机械臂50左右对称设置且互为镜像，第三拱腰机械臂40和第一拱腰机械臂20前后对称设置且互为镜像。

拱腰机械臂(第一拱腰机械臂20、第二拱腰机械臂30、第三拱腰机械臂40和第四拱腰机械臂50)用于检测将地质雷达60搭载于机械臂装置的顶端，使其贴近隧道衬砌80。该拱腰机械臂因其位置条件不存在大量障碍物可躲避，仅需要在一定范围内(通常0.1m至0.3m内)故不需要设计为多级联动控制的机械结构，本发明在便捷性和轻量化方面做了认真分析，采用了剪叉式连杆21，由多个小型菱形支架组合而成，便于拆卸，极易折叠。仅在最后一节加装一个微型推动油缸(第三液压缸28)，可使得机械臂最大伸展长度为3m，回收后仅1m(各节随意拆卸，最大及回收长度尺寸可以修改，从实践和受力合理性来说，最长3m内为佳)。

第一液压缸12、第二液压缸27和第三液压缸28(可以为5cm缸径)用于调整旋转和摆动的角度与姿态，摆动角0到60°无级可调。机械臂(拱顶机械臂10和拱腰机械臂)都加装一个防护外壳，用以保护日常检修作业时作业人员与机械臂运动机构误接触。机械臂根部都加装一个小型自动收放线器112，收放线器中有3至4个同心但不同径圆的线槽，分别用于不同级套筒的相关线缆不同距离不同速度同步回收。用于将所在地质雷达连接线缆、伺服电机电源线缆、障碍物探测与识别装置传输线等线路进行整理，既美观又保证工作安全。机械臂顶部均加装有旋转调整地质雷达天线姿态用的云台。

在本实施例中，所述控制系统含有至少一个障碍物探测与识别装置61以及至少一个距离探测装置62，障碍物探测与识别装置61和距离探测装置62均位于地质雷达60的周向表面外，所述控制系统能够将障碍物探测与识别装置61采集到的信号根据模糊算法和透射率修正算法将障碍物精确识别，距离探测装置62能够测量地质雷达60的天线表面与隧道衬砌80的表面之间的垂直距离。

障碍物探测与识别装置61是实现非人工操作或者干预下系统自主避障功能的关键，根据机械臂结构设计原理，避障仅考虑升降动作即可满足工况需求。障碍物探测与识别装置61利用平面安全激光扫描仪为基本传感器，自主开发的模糊算法和透射率修正算法将障碍物精确识别的能力提高到可以在20m内有效准确识别最小尺寸30mm的任何物体，5m内有效准确识别最小尺寸10mm的任何物体，小于隧道环境内已知可能出现的影响到安全作业的障碍物最小尺寸，没有错判和漏判。同时按照多重采样与透射率修正算法可以对滴水等没有必要进行升降处理的“障碍物”不做障碍物判读，极大提升了抗过度自主识别能力，使得每一次避障升降都为必须行为。平面扫描域为20m半径的200°圆弧区，20m内均可以有效报警，且可以以程序控制需要设置(在控制模块介绍中也有体现)设置多个不同级别的报警区域，可利于控制程序分别使用。扫描域可以视工况需求任意编辑成为需要的识别区。

距离探测装置62是用以探测搭载在机械臂顶端的地质雷达天线表面与隧道衬砌表面(包含表面的设施物障碍物等)的垂距，每个地质雷达60外四边安装多个激光-光电-超声组合阵列的位移传感器，比如12个，如图12和图13所示，等效于每条边有四个，不限定个数，但原则上每条边等效保证两个以上，共计4个，才不会明显影响垂距判断的准确性。以多个位移传感器的最小显示距离作为判断依据。具体的，地质雷达60外固定套设有地质雷达搭台板63，距离探测装置62和障碍物探测与识别装置61均固定于地质雷达搭台板63上。

在本实施例中，所述控制系统还含有控制与学习模块，所述控制与学习模块能够将障碍物探测与识别装置61的报警区域进行划分，使该报警区域与实时检测的车速、障碍物的几何尺寸和地质雷达60的升降速度进行匹配设定，设定出预警位置、执行位置和紧急停车位置；所述控制与学习模块还能够以距离探测装置62输出的数据为依据，恢复并维持地质雷达60与被测面的距离。

控制与学习模块是建立在机械臂、障碍物探测与识别装置，距离探测装置之间完成障碍物识别、躲避障碍物、恢复维持检测高度位置等自动化操作的模块。控制与学习模块主要分两大功能，第一是将障碍物探测与识别装置的报警区域进行划分，与实时检测的车速、障碍物几何尺寸、机械臂升降速度进行匹配设定，设定出预警位置、执行位置、紧急停车位置。第二是以距离探测装置输出数据为依据，恢复并维持地质雷达与被测面的距离。当避障下降动作完成后，可依据垂距的由小到大突变后稳定0.5s执行，上升恢复垂距至10cm位置。在无需避障的过程中，原则上当垂距在5cm至15cm之间时控制模块不做干预调整，超出此范围后，重新调整至10cm位置，这样可保障不存在过度反复的定位动作，同时也可保障检测数据质量可靠有效。该模块在参数设定上也可进行必要的调整和修改。

在本实施例中，所述控制系统还含有系统集成界面和辅助装置，所述辅助装置含有辅助于检测的自带光源的高清防晃摄像头、基于wifi无线传输的车辆司机端紧急停车信号发射器、使机械臂手动强制收的回控制键以及全机构强制一键收回控制键；所述系统集成界面能够将所述可自主避障的隧道衬砌检测装置的检测和运行信息在一台或者多台显示器上展示。

所述控制系统还含控制单元，障碍物探测与识别装置61、距离探测装置62、控制与学习模块和系统集成界面和辅助装置均与该控制单元连接。系统集成与辅助装置为操作间操作员进行可视化操作控制的装置。辅助装置有如下几项功能与组成：辅助于检测的各机械臂顶端自带光源的高清防晃摄像头，基于wifi无线传输的车辆司机端紧急停车信号发射器，系统各机械臂手动强制收回控制键，系统全机构强制一键收回控制键。系统集成界面开发是将各机械臂前段场景的状态监控信息、车速、障碍物探测与识别装置、距离探测装置的启动与信号收发、全自动控制机械臂检测作业参数设定与逻辑法则编辑软件(含时间)，各臂所载的地质雷达数据采集软件、异常突发状态下人工所需的各项紧急干预等各项功能作为一套集成软件在一台或者多台显示器上展示。

作业平台70能够升降，作业平台是承载地质雷达、机械臂和各装置的作业平台载体。采用液压驱动，升降利用剪叉式运动结构。利用限位开关及限位销进行控制与机械双重安全限位保护。作业平台70的上表面可以制作为2.5m×3m的平面面积(至少保障可以顺利回收各机械臂至车辆限界内)，受限于接触网高的限制，平台护栏高限不能超过距轨面5.3m。每个机械臂都设有一个固定支座。固定支座及其摆动油缸以地脚螺栓及焊接的方式固定于平台面板上。

下面介绍该可自主避障的隧道衬砌检测装置的工作过程：

检测工作开始前，利用操作手柄将作业平台驱动调整至接触网附近位置，控制调整各臂的摆动油缸(第一液压缸12、第二液压缸27和第三液压缸28)位置，开启各臂地质雷达60外距离探测装置62，将各臂手动操控至与隧道衬砌表面垂距10cm处，开启障碍物探测与识别装置61后即可开展检测工作。

因双线隧道与单线隧道、高速铁路隧道与普速铁路隧道之间存在接触网架等障碍物尺寸的显著区别，故可以对控制与学习模块中的预警位置、执行位置、紧急停车位置进行不同设定存读取。同时，因拱顶障碍物结构的复杂性和空间排布无序性，为防止障碍物垂向尺寸过长而引发避障不及时，需要将避障视野除了机械臂顶端的地质雷达直线前方外，拓展到机械臂臂身。故需拱顶机械臂顶端加装一水平一垂直于臂身的两台障碍物探测与识别装置同时判断，水平装置视野为水平短边为2倍地质雷达水平向尺寸的矩形窗。垂直装置视野为以作业时臂长为水平短边的矩形窗，视野水平短边应进行编辑和偏移，为防止视野窗内的近处出现检测车辆廓形以及车内设施而导致障碍物误判。

开始检测后，可由一名操作员统一或者多名操作员分别运用集成系统对各机械臂的状态进行监控，对控制执行的稳定性进行监控，采集各机械臂所在地质雷达的检测数据，并在各异常状态下直接人工干预，多名操作员分别手动控制自动控制失效的机械臂快速收回，或者由一名操作员一键收回控制。各机械臂的系统指示灯在橙色时进行自主避障动作，绿色时保持设定检测位置姿态，避障后绿色闪烁，当距离探测装置距离突变跳跃稳定后绿色常亮，机械臂恢复设定姿态。虽然系统稳定，设计安全，但如果该过程中仍然有任何信号给出但执行失效或者信号本身未能收发或其它各种不可预计的异常状态产生时，指示灯会变红色并鸣警铃，提示操作员手控回收机械臂并通过wifi信号发射器指示司机停车。综上所述，本发明对于隧道衬砌大型机械化作业模式来说是一次本质的飞跃，全自动作业，检测速度大幅提升，相应速度快，检测盲区极少，性能稳定，可全面适用于普速和高速单、双线铁路隧道的检测。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种可自主避障的隧道衬砌检测装置，其特征在于，所述可自主避障的隧道衬砌检测装置包括：

作业平台(70)，能够移动；

拱顶机械臂(10)，拱顶机械臂(10)的下端通过第一销轴(11)与作业平台(70)铰接，第一销轴(11)的轴线与作业平台(70)的进行方向平行，拱顶机械臂(10)的上端连接有地质雷达(60)，拱顶机械臂(10)能够伸缩，拱顶机械臂(10)连接有能够驱动拱顶机械臂(10)以第一销轴(11)为轴摆动的顶臂摆转驱动机构；

控制系统，能够控制该可自主避障的隧道衬砌检测装置的运行。

2.根据权利要求1所述的可自主避障的隧道衬砌检测装置，其特征在于，拱顶机械臂(10)含有从内向外依次套设的芯筒(13)、次级套筒(14)和外套筒(15)，次级套筒(14)的数量为至少一根，地质雷达(60)与芯筒(13)的上端连接，外套筒(15)的下端通过第一销轴(11)与作业平台(70)铰接，芯筒(13)和次级套筒(14)的筒壁外均设有齿条(114)，次级套筒(14)和外套筒(15)的上端均设有齿轮驱动机构(16)，齿轮驱动机构(16)的齿轮与所述齿条(114)一一对应啮合，齿轮驱动机构(16)能够驱动拱顶机械臂(10)伸缩。

3.根据权利要求2所述的可自主避障的隧道衬砌检测装置，其特征在于，芯筒(13)和次级套筒(14)的筒壁外均通过第一转轴(17)固定有多个导向防磨滚珠(18)，导向防磨滚珠(18)能够以第一转轴(17)为轴转动，多个导向防磨滚珠(18)沿芯筒(13)的轴线方向依次排列，第一转轴(17)的轴线与芯筒(13)的轴线垂直，芯筒(13)和次级套筒(14)的筒壁外均通过第二转轴(19)固定有导向防磨滚轮(110)，导向防磨滚轮(110)能够以第二转轴(19)为轴转动，第二转轴(19)的轴线与芯筒(13)的轴线垂直，导向防磨滚轮(110)与齿条(114)上下一一对应设置。

4.根据权利要求3所述的可自主避障的隧道衬砌检测装置，其特征在于，芯筒(13)和次级套筒(14)的断面均为矩形，芯筒(13)和次级套筒(14)均含有四个侧壁，齿条(114)位于芯筒(13)和次级套筒(14)的同一侧的一个侧壁外，芯筒(13)和次级套筒(14)的另外三个侧壁外均设有一列导向防磨滚珠(18)，次级套筒(14)和外套筒(15)的下端内还设有缓冲阻尼垫(111)，所述顶臂摆转驱动机构为位于外套筒(15)左右两侧的第一液压缸(12)，第一液压缸(12)的两端分别与外套筒(15)和作业平台(70)连接。

5.根据权利要求1所述的可自主避障的隧道衬砌检测装置，其特征在于，所述可自主避障的隧道衬砌检测装置还包括第一拱腰机械臂(20)和第二拱腰机械臂(30)，第一拱腰机械臂(20)和第二拱腰机械臂(30)均固定于作业平台(70)上，拱顶机械臂(10)的下端位于作业平台(70)的中央，第一拱腰机械臂(20)位于拱顶机械臂(10)的左前方，第二拱腰机械臂(30)位于拱顶机械臂(10)的右前方，第一拱腰机械臂(20)与第二拱腰机械臂(30)左右对称设置且互为镜像。

6.根据权利要求5所述的可自主避障的隧道衬砌检测装置，其特征在于，第一拱腰机械臂(20)含有剪叉式连杆(21)、连接座(22)、基座(23)和第二液压缸(27)，剪叉式连杆(21)能够伸缩，剪叉式连杆(21)的一端连接有地质雷达(60)，剪叉式连杆(21)的另一端通过第二销轴(24)和第三销轴(25)与连接座(22)铰接，基座(23)与作业平台(70)连接固定，基座(23)的上端通过第四销轴(26)与连接座(22)铰接，第二液压缸(27)的两端分别与基座(23)和连接座(22)铰接，第二液压缸(27)能够驱动剪叉式连杆(21)和连接座(22)以第四销轴(26)为轴摆动，第四销轴(26)的轴线与第一销轴(11)的轴线平行，剪叉式连杆(21)的伸缩方向与第四销轴(26)的轴线的垂直。

7.根据权利要求6所述的可自主避障的隧道衬砌检测装置，其特征在于，所述可自主避障的隧道衬砌检测装置还包括第三拱腰机械臂(40)和第四拱腰机械臂(50)，第三拱腰机械臂(40)和第四拱腰机械臂(50)均固定于作业平台(70)上，第三拱腰机械臂(40)位于拱顶机械臂(10)的左后方，第四拱腰机械臂(50)位于拱顶机械臂(10)的右后方，第三拱腰机械臂(40)与第四拱腰机械臂(50)左右对称设置且互为镜像，第三拱腰机械臂(40)和第一拱腰机械臂(20)前后对称设置且互为镜像。

8.根据权利要求1所述的可自主避障的隧道衬砌检测装置，其特征在于，所述控制系统含有至少一个障碍物探测与识别装置(61)以及至少一个距离探测装置(62)，障碍物探测与识别装置(61)和距离探测装置(62)均位于地质雷达(60)的周向表面外，所述控制系统能够将障碍物探测与识别装置(61)采集到的信号根据模糊算法和透射率修正算法将障碍物精确识别，距离探测装置(62)能够测量地质雷达(60)的天线表面与隧道衬砌表面之间的垂直距离。

9.根据权利要求8所述的可自主避障的隧道衬砌检测装置，其特征在于，所述控制系统还含有控制与学习模块，所述控制与学习模块能够将障碍物探测与识别装置(61)的报警区域进行划分，使该报警区域与实时检测的车速、障碍物的几何尺寸和地质雷达(60)的升降速度进行匹配设定，设定出预警位置、执行位置和紧急停车位置；所述控制与学习模块还能够以距离探测装置(62)输出的数据为依据，恢复并维持地质雷达(60)与被测面的距离。

10.根据权利要求9所述的可自主避障的隧道衬砌检测装置，其特征在于，所述控制系统还含有系统集成界面和辅助装置，所述辅助装置含有辅助于检测的自带光源的高清防晃摄像头、基于wifi无线传输的车辆司机端紧急停车信号发射器、使机械臂手动强制收的回控制键以及全机构强制一键收回控制键；所述系统集成界面能够将所述可自主避障的隧道衬砌检测装置的检测和运行信息在一台或者多台显示器上展示。