CN108801239A - 一种特种移动机器人的车体定位法 - Google Patents

Abstract

一种特种移动机器人的车体定位法是基于机器人运动学方法根据现场测量数据解算车体相对于作业断面位置和姿态的一种方法。除了读取传感器实时数据以外，这种方法要求把隧道的基准定向激光、作业断面和车体三者联系起来；这种联系是通过在钻臂的推进器上加上前后两个激光靶板，移动钻臂使激光同时通过靶板上的孔打到断面上实现的。

Description

一种特种移动机器人的车体定位法

技术领域

凿岩台车是隧道、地下工程钻爆施工法的一种工程装备；具有计算机自动控制功能的凿岩台车也称为凿岩机器人，是一种特种移动机器人；本发明适用于这种特种移动机器人在施工过程中的车体定位应用。

背景技术

钻爆法施工是目前隧道开挖的主要工艺方法，其中凿岩台车是钻爆法的重要工程装备。在我国，风钻凿岩台车由于作业环境恶劣、对操作工人的身体健康带来严重威胁而逐步退出历史舞台；全液压凿岩台车极大地改善了工人的劳动条件，成为各种隧道施工的主要装备。随着计算机及控制技术的发展，全电脑凿岩台车在改善工人的劳动强度、提高劳动生产率方面有着显著的优势，成为一种发展方向。全电脑凿岩台车的技术优势掌握在多山的北欧国家的公司手中，如挪威AMV公司，瑞典的Atlas公司，瑞典的Sandvik公司等。这些公司在凿岩台车的计算机控制方面投入了巨大的研究力量，其产品介绍上的描述包括全自动移动钻臂、全自动凿岩、激光扫描断面进行车体定位等。这些研究成果并未见到有详细的技术描述的学术报道。另一方面，就国内引进的这些产品的实际应用来看，其自动化的实用性还远没有预期的效果。国内的生产企业基本上以液压凿岩台车为主打产品，高校、研究院所也投入了不少的研究力量，见诸文献的也有不少自称是实现了全自动的电脑控制，但实际工程应用上，尚未见到国产的自动控制的凿岩台车，在具有防爆要求的煤矿井下，更未见到国产产品。

电脑自动凿岩台车总体上讲有两个方面的自动化过程，一个是钻臂移动的自动控制过程，另一个是凿岩打孔的自动控制过程。这两个自动控制过程均依赖本发明所提的车体定位。钻爆的工艺循环的第一步就是车体定位；在放过炮并清过渣后，操作人员把台车开到待挖隧道断面前，面对根据爆破要求设计的几十个炮孔布局，需要将钻臂以确定的位置和姿态移动到每一个炮孔，并实施钻凿。由于新挖隧道底部的渣石及车体停放的相对随意性，要正确地完成上述的移动钻臂任务，必须将当前车体与隧道断面的相对关系建立起来，也就是实现车体定位。

与本发明关系密切的两个文献(1.何清华,曾桂英.凿岩机器人的车体定位[J].中南工业大学学报(自然科学版),1999,03:82-85.；2.谢习华,何清华,周亮.隧道凿岩机器人的车体定位方法[J].同济大学学报(自然科学版),2001,09:1032-1035.)涉及的是同一个问题，不过这两个文献所提的方法在进行车体定位时要求车体固定在某确定姿态下，这在实际作业过程中难以实现。本发明不需要有这个条件，操作人员可以随意停放台车，只要钻臂的工作范围内即可实现车体定位。

发明内容

本发明包括传感检测、现场操作和计算机算法处理三大部分。

传感器有两类，一是用于检测机械臂关节运动的传感器，另一类是用于检测车体水平俯仰、侧倾角度的传感器。

现场操作用于将台车与隧道基准激光发生联系。具体是将特定的前后两激光靶孔板放置在任一个钻臂推进梁上，然后用操作钻臂使隧道基准激光同时穿过两个靶孔打到断面的预定位置。

计算机算法处理部分，读取两类传感器数据、读入操作人员输入的左臂或右臂定位及激光靶位置信息，通过机器人运动学的算法求解过程，得到车体的位置与姿态，完成车体定位。

Claims (3)

1.一种特种移动机器人的车体定位法，其特征是将凿岩台车的车体相对于隧道断面的位姿计算出来。

2.根据权利要求1，这种方法不需要操作人员将台车停放在某固定姿态下。

3.根据权利要求1，这种方法只要求断面在台车的机械臂工作空间内。