CN105783925A - 一种用于凿岩台车的车体定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种凿岩台车车体定位方法，所述方法包括以下步骤：以凿岩台车车体为中心，获取多个不同方向上所述凿岩台车车体距离隧道壁/断面的距离；根据多个不同方向上距离所述隧道壁/断面的距离计算获取所述凿岩台车车体相对于所述隧道壁/断面的位置坐标。与现有技术相比，本发明的方法操作简单，易于实现，不需要人工手动操作，可以自动计算获取定位数据；同时，本发明的方法充分考虑到了干扰因素对定位计算的影响，大大提高了定位精度；本发明的方法大大提高了凿岩台车车体定位的执行效率，具有较高的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及道路工程领域，具体说涉及一种用于凿岩台车的车体定位系统及方法。
背景技术
目前，我国在交通运输、水电基础建设、矿山挖掘中需大量的隧道施工工作。由于工作环境恶劣、劳动强度大、危险系数大、人力需求大，故急需提高施工过程的机械化。而设备的自动化与智能化能大大减轻施工过程中对人的依赖。
凿岩台车是一种凿岩设备，它能移动并支持多台凿岩机同时进行钻眼作业。因此凿岩台车被用于钻爆法岩石开挖，尤其是在隧道及地下工程采用钻爆法施工的过程中凿岩台车得到了广泛的应用。
在当前技术下，在利用凿岩台车进行钻爆法隧道开挖的过程中通常需要凿岩台车的车体位移到期望位置以进行钻孔，凿岩台车的车体方位对施工进程的影响很大。
但是由于隧道挖掘的工作环境恶劣，导致凿岩台车的车体定位操作相当困难，定位操作繁琐且精度不高。这就导致车体位移到期望位置需要经历多次定位调整，过程漫长繁琐，大大影响了凿岩台车的工作效率。
例如目前采用的凿岩台车车体定位方式之一是通过在机械手臂上安装角度传感器和行程传感器，将凿岩台车停放在待钻断面前，壁面上固定有激光发生器，激光束在固定坐标系中的方位已预先确定。当进行激光定位时，调节钻臂，使激光束通过推进梁上的前后激光靶，并使钎杆末端位于凿岩断面上，采集各关节的角度与位移传感器的值，求出车体坐标到断面坐标的坐标变换矩阵。上述方法不仅操作繁琐而且并未充分考虑凿岩台车的车体本身的实际情况。
因此，为了提高车体定位精度，提高凿岩台车的工作效率，需要一种新的凿岩台车车体定位方法。
发明内容
为了提高车体定位精度，提高凿岩台车的工作效率，本发明提供了一种凿岩台车车体定位方法，所述方法包括以下步骤：
以凿岩台车车体为中心，获取多个不同方向上所述凿岩台车车体距离隧道壁/断面的距离；
根据多个不同方向上距离所述隧道壁/断面的距离计算获取所述凿岩台车车体相对于所述隧道壁/断面的位置坐标。
在一实施例中，在所述凿岩台车车体外表面多个不同位置安装测距传感器以获取多个不同方向上距离所述隧道壁/断面的距离。
在一实施例中，在所述凿岩台车车体左右两侧、上侧以及前侧安装所述测距传感器。
在一实施例中，在所述凿岩台车车体外表面等距安装所述测距传感器。
在一实施例中，所述方法还包括以下步骤：
获取所述凿岩台车车体的倾斜状态，其中，在计算获取所述凿岩台车车体相对于所述隧道壁/断面的位置坐标的过程中加入所述倾斜状态对所述距离与所述位置坐标之间的关系的影响。
在一实施例中，在所述凿岩台车车体上安装倾角传感器以获取所述凿岩台车车体的倾斜状态。
在一实施例中，所述方法还包括以下步骤：
获取所述凿岩台车车体的震动状态，其中，在计算获取所述凿岩台车车体相对于所述隧道壁/断面的位置坐标的过程中加入所述震动状态对所述距离与所述位置坐标之间的关系的影响。
在一实施例中，在所述凿岩台车车体上安装震动传感器以获取所述凿岩台车车体的震动状态。
在一实施例中，在计算获取所述凿岩台车车体相对于所述隧道壁/断面的位置坐标的过程中，所有参数均取实时值。
在一实施例中，在计算获取所述凿岩台车车体相对于所述隧道壁/断面的位置坐标的过程中，基于所有获取到的参数拟合针对所述位置坐标的曲线/曲面，在所述曲线/曲面上取有效值作为所述位置坐标。
与现有技术相比，本发明的方法操作简单，易于实现，不需要人工手动操作，可以自动计算获取定位数据；同时，本发明的方法充分考虑到了干扰因素对定位计算的影响，大大提高了定位精度；本发明的方法大大提高了凿岩台车车体定位的执行效率，具有较高的推广价值。
本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明一实施例方法执行流程图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
在当前技术下，在利用凿岩台车进行钻爆法隧道开挖的过程中通常需要凿岩台车的车体位移到期望位置以进行钻孔，凿岩台车的车体方位对施工进程的影响很大。但是由于隧道挖掘的工作环境恶劣，导致凿岩台车的车体定位操作相当困难，定位操作繁琐且精度不高。这就导致车体位移到期望位置需要经历多次定位调整，过程漫长繁琐，大大影响了凿岩台车的工作效率。
为了提高车体定位精度，提高凿岩台车的工作效率，本发明提出了一种凿岩台车车体定位方法。现有技术中定位方式是将凿岩台车停放在断面前，需要通过调节机械手臂，结合传感器采集值反推车体坐标。其定位过程需要调节机械手臂，工作效率不高，流程麻烦。
针对现有技术的问题，本发明的方法以凿岩台车车体为中心，直接获取凿岩台车车体距离隧道壁/断面的距离。考虑到隧道不管断面还是隧道壁均是凹凸不平，不能只靠一两个点确定车体的确切位置，需更方便、更快捷地提供多个参考点进行判断。因此在本发明的方法中，获取多个不同方向上凿岩台车车体距离隧道壁/断面的距离，然后根据多个不同方向上距离隧道壁/断面的距离计算获取凿岩台车车体相对于隧道壁/断面的位置坐标。
接下来基于附图详细描述本发明一实施例的具体执行流程。附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
如图1所示，首先执行步骤S110，获取距离步骤，以凿岩台车车体为中心，获取多个不同方向上凿岩台车车体距离隧道壁/断面的距离。
具体的，在步骤S110中采用距离传感器获取距离。首先执行步骤S111，安装距离传感器步骤，在凿岩台车车体外表面多个不同位置安装测距传感器。然后执行步骤S112，测量获取多个不同方向上距离隧道壁/断面的距离。在本实施例中，在凿岩台车车体左右两侧、上侧以及前侧安装测距传感器。进一步的，为了便于计算，测距传感器等距安装。
然后执行步骤S140，计算位置坐标步骤，根据多个不同方向上距离隧道壁/断面的距离计算获取凿岩台车车体相对于隧道壁/断面的位置坐标。以凿岩台车为坐标原点，上下为Z坐标，掘进方向为Y坐标，横向移动方向为X坐标，隧道断面为半圆，在凿岩台车各侧平面等距安装测距传感器。如计算两侧的距离：测距传感器测量的距离拟合成面，算点到面的距离即确定了车体在隧道中横向位置。
根据本发明的方法，不需要人工操作，可以快速准确的自动计算凿岩台车车体相对于隧道壁/断面的位置坐标。相较于现有技术，本发明的方法操作简单，易于实现。同时，由于采用了多点测量计算，定位精度大大提高。
上述方法是依靠凿岩台车外表面的多个不同点到隧道壁/断面的距离计算位置坐标。在将测距传感器测量的距离拟合成面时需要参考各个点的相对位置(例如默认凿岩台车车体左右两侧以及前侧的测距传感器在一个平面上)。其默认状态是凿岩台车水平静止。在实际施工过程中，凿岩台车自身的运动状态以及运动姿态会干扰到外表面到隧道壁/断面的距离。因此，在本实施例中，还考虑到了凿岩台车自身的运动状态以及运动姿态的影响。
在实际施工过程中，凿岩台车的车体并不是一直处于水平状态。针对这种情况，在本实施例中，在计算位置坐标引入了凿岩台车的车体倾斜状态的影响。具体的，首先执行步骤S120，获取凿岩台车车体的倾斜状态。然后在步骤S140中，在计算获取凿岩台车车体相对于隧道壁/断面的位置坐标的过程中加入倾斜状态对多个不同方向上距离隧道壁/断面的距离与位置坐标之间的关系的影响。
在本实施例中，在凿岩台车车体上安装倾角传感器以获取凿岩台车车体的倾斜状态。即在步骤S120中首先执行步骤S121，安装倾角传感器步骤；然后执行步骤S122，倾角测量步骤。
另外，在实际施工过程中，凿岩台车车体会由于自身的发动机转动或外部干扰产生震动，该震动会导致凿岩台车车体倾斜状态以及外表面到隧道壁/断面的距离产生波动。针对这种情况，在本实施例中，在计算位置坐标引入了凿岩台车的车体震动状态的影响。
具体的，首先执行步骤S130，获取凿岩台车车体的震动状态。然后在步骤S140中，在计算获取凿岩台车车体相对于隧道壁/断面的位置坐标的过程中加入震动状态对多个不同方向上距离隧道壁/断面的距离与位置坐标之间的关系的影响。
在本实施例中，在凿岩台车车体上安装震动传感器以获取凿岩台车车体的震动状态。即在步骤S120中首先执行步骤S131，安装震动传感器步骤；然后执行步骤S132，震动测量步骤。
在计算位置坐标的过程中，由于凿岩台车车体并不是处于绝对的静止状态，因此影响凿岩台车车体位置坐标计算的参数也是变化的。例如在T1时刻，距离参数为A(代表多个距离测量值)，同时倾斜状态为B，震动状态为C。由于A、B、C之间相互啊关联影响，因此即使凿岩台车车体的位置坐标没有变化，但是T2时刻，随着倾斜状态B以及震动状态C的改变，距离参数A也随之变化。如果采用T1时刻的距离参数A、T2时刻的倾斜状态B以及震动状态C计算位置坐标，必然会产生较大的误差。
因此为了提高定位精度，在计算获取凿岩台车车体相对于隧道壁/断面的位置坐标的过程中，所有参数(距离、倾角、震动)均取实时值。这样，就能避免计算参数的不匹配。
进一步的，在本实施例中，在计算获取凿岩台车车体相对于隧道壁/断面的位置坐标的过程中，基于所有获取到的参数拟合针对位置坐标的曲线/曲面，在曲线/曲面上取有效值作为位置坐标。即，在步骤S140中，首先执行步骤S141，拟合曲线/曲面步骤；然后执行步骤S142，取有效值步骤。
与现有技术相比，本发明的方法充分考虑到了干扰因素对定位计算的影响，大大提高了定位精度。根据本发明的方法，可以提供更加可靠的定位数据，从而大大提高了凿岩台车车体定位的执行效率，具有较高的推广价值。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种凿岩台车车体定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
以凿岩台车车体为中心，获取多个不同方向上所述凿岩台车车体距离隧道壁/断面的距离；
根据多个不同方向上距离所述隧道壁/断面的距离计算获取所述凿岩台车车体相对于所述隧道壁/断面的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述凿岩台车车体外表面多个不同位置安装测距传感器以获取多个不同方向上距离所述隧道壁/断面的距离。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述凿岩台车车体左右两侧、上侧以及前侧安装所述测距传感器。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述凿岩台车车体外表面等距安装所述测距传感器。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
获取所述凿岩台车车体的倾斜状态，其中，在计算获取所述凿岩台车车体相对于所述隧道壁/断面的位置坐标的过程中加入所述倾斜状态对所述多个不同方向上距离所述隧道壁/断面的距离与所述位置坐标之间的关系的影响。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述凿岩台车车体上安装倾角传感器以获取所述凿岩台车车体的倾斜状态。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
获取所述凿岩台车车体的震动状态，其中，在计算获取所述凿岩台车车体相对于所述隧道壁/断面的位置坐标的过程中加入所述震动状态对所述多个不同方向上距离所述隧道壁/断面的距离与所述位置坐标之间的关系的影响。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述凿岩台车车体上安装震动传感器以获取所述凿岩台车车体的震动状态。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，在计算获取所述凿岩台车车体相对于所述隧道壁/断面的位置坐标的过程中，所有参数均取实时值。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，在计算获取所述凿岩台车车体相对于所述隧道壁/断面的位置坐标的过程中，基于所有获取到的参数拟合针对所述位置坐标的曲线/曲面，在所述曲线/曲面上取有效值作为所述位置坐标。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160720 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |