CN111456748A - 一种硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法，包括：获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ；根据角度偏差δ和位置偏差e计算硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与角度纠偏量θ相对应的移动距离X；控制撑靴缸筒移动、以硬岩掘进机的前进方向转动角度纠偏量θ，并控制硬岩掘进机前进移动距离X，完成纠偏操作。纠偏调向过程中，硬岩掘进机首先获取位置偏差e和角度偏差δ，再根据位置偏差e和角度偏差δ确定角度纠偏量θ和与移动距离X，随后按照角度纠偏量θ和与移动距离X运行，即可自动完成纠偏操作，纠偏过程中不需要人工调整，进而避免了人员操作所造成的调向过大或过小的问题，提高了纠偏调向的可靠性。

Description

一种硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法

技术领域

本发明涉及掘进机技术领域，特别涉及一种硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法。

背景技术

全断面硬岩隧道掘进机(TBM)是集机、电、液、光、气等系统于一体的工厂化流水线隧道施工装备，包括敞开式TBM、单护盾TBM和双护盾TBM等。全断面硬岩隧道掘进机可用于掘进、支护、出渣等施工工序并进行连续作业，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，因而，全断面硬岩隧道掘进机在中国铁道、水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中迅速普及。

全断面硬岩隧道掘进机在掘进过程中受到自重、地质条件、人为因素等影响，导致掘进姿态发生变化，偏离目标轴线，产生位置偏差和角度偏差。因而，施工过程中，需要通过纠偏调向使全断面硬岩隧道掘进机回到目标轨迹上，以保证隧道施工质量。然而，现有全断面硬岩隧道掘进机纠偏调向多采用人工控制，操作精度受人员影响较大，而全断面硬岩隧道掘进机在调向过程中，若调向方法不当，则会导致刀盘、刀具、主驱动损坏和隧道壁不光滑等一系列问题，严重影响施工质量。

因此，如何提供一种硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法，其能够控制硬岩掘进机自动完成纠偏操作，避免了纠偏调向时，人员操作失误造成的影响。

为实现上述目的，本发明提供一种硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法，包括：

获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ；

根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X；

控制撑靴缸筒移动、以所述硬岩掘进机的前进方向转动所述角度纠偏量θ，并控制所述硬岩掘进机前进所述移动距离X，完成纠偏操作。

优选的，所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ，包括：

获取所述硬岩掘进机的头部与目标轴线之间的距离为位置偏差e，当所述硬岩掘进机的头部位于所述目标轴线的左侧时，所述位置偏差e为正，当所述硬岩掘进机的头部位于所述目标轴线的右侧时，所述位置偏差e为负；

获取所述硬岩掘进机的掘进方向与所述目标轴线之间的角度偏差δ，当所述硬岩掘进机的掘进方向相对经过所述硬岩掘进机的头部且平行所述目标轴线的中垂线逆时针偏移时，所述角度偏差δ正，当所述硬岩掘进机的掘进方向相对经过所述硬岩掘进机的头部且平行所述目标轴线的中垂线顺时针偏移时，所述角度偏差δ为负。

优选的，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e为正、所述角度偏差δ为负，或所述位置偏差e为负、所述角度偏差δ为正，判断所述位置偏差e的大小；

如果e＝0，|δ|小于θ_max时，所述撑靴缸筒向远离所述目标轴线方向移动，所述纠偏角度为|δ|，所述移动距离为X_min，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤；

如果e＝0，|δ|大于θ_max时，所述撑靴缸筒向远离所述目标轴线方向移动，所述纠偏角度为θ_max，所述移动距离为X_min，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤；

e不等于0，δ＝0时，所述纠偏角度为θ_max，撑靴缸筒向远离目标轴线方向移动，所述移动距离X＝e/sinθ_max，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤；

如果所述位置偏差e小于或等于第一偏差阈值e₁，则确定角度纠偏量θ＝0，移动距离X＝e/sinδ。

优选的，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e为正、所述角度偏差δ为负，或所述位置偏差e为负、所述角度偏差δ为正，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第一偏差阈值e₁且小于或等于第二偏差阈值e₂，则确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(|δ|+θ_max)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，第二移动距离X₂＝m×e/sin(|δ|+2θ_max)，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为靠近所述目标轴线，第三移动距离X₃＝(1-2m)×e/sin(|δ|+θ_max)，其中θ_max为最大调向角度，m为分段系数。

优选的，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e为正、所述角度偏差δ为负，或所述位置偏差e为负、所述角度偏差δ为正，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第二偏差阈值e₂且小于或等于第三偏差阈值e₃，则增加所述撑靴缸筒的行程、以增大最大调向角度θ_max；

确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(|δ|+θ_max)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第二移动距离X₂＝m×e/sin(|δ|+2θ_max)，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为靠近所述目标轴线，第三移动距离X₃＝(1-2m)×e/sin(|δ|+θ_max)，其中θ_max为最大调向角度，m为分段系数。

优选的，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e为正、所述角度偏差δ为负，或所述位置偏差e为负、所述角度偏差δ为正，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第三偏差阈值e₃，则发出警报进行人工调整。

优选的，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e和所述角度偏差δ均为正或均为负，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第三偏差阈值e₃则发出警报进行人工调整。

优选的，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e和所述角度偏差δ均为正或均为负，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第二偏差阈值e₂且小于或等于第三偏差阈值e₃，则增加所述撑靴缸筒的行程、以增大最大调向角度θ_max；

判断所述角度偏差δ的大小；

如果所述角度偏差|δ|小于最大调向角度θ_max，则确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(θmax-|δ|)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第二移动距离X₂＝m×e/sin(2θmax-|δ|)，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第三移动距离X₃＝m×e/sin(3θmax-|δ|)，第四角度纠偏量θ₄＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为靠近所述目标轴线，第四移动距离X₄＝m×e/sin(2θmax-|δ|)，第五角度纠偏量θ₂＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为靠近所述目标轴线，第五移动距离X₅＝(1-4m)×e/sin(θmax-|δ|)，其中m为分段系数；

如果所述角度偏差|δ|大于或等于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，移动距离为最小掘进距离X_min，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤。

优选的，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e和所述角度偏差δ均为正或均为负，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第一偏差阈值e₁且小于或等于第二偏差阈值e₂，判断所述角度偏差δ的大小；

如果所述角度偏差|δ|小于最大调向角度θ_max，则确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(θmax-|δ|)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第二移动距离X₂＝m×e/sin(2θmax-|δ|)，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为靠近所述目标轴线，第三移动距离X₃＝(1-2m)e/sin(θmax-|δ|)，其中m为分段系数；

如果所述角度偏差|δ|大于或等于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，移动距离为最小掘进距离X_min，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤。

优选的，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e和所述角度偏差δ均为正或均为负，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e小于或等于第一偏差阈值e₁，判断所述角度偏差δ的大小；

如果所述角度偏差|δ|小于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，移动距离X＝e/sin(θmax-|δ|)；

如果所述角度偏差|δ|大于或等于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，移动距离为最小掘进距离X_min，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤。

本发明所提供的硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法，包括：获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ；根据角度偏差δ和位置偏差e计算硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与角度纠偏量θ相对应的移动距离X；控制撑靴缸筒移动、以硬岩掘进机的前进方向转动角度纠偏量θ，并控制硬岩掘进机前进移动距离X，完成纠偏操作。

纠偏调向过程中，硬岩掘进机首先获取位置偏差e和角度偏差δ，再根据位置偏差e和角度偏差δ确定角度纠偏量θ和与移动距离X，随后按照角度纠偏量θ和与移动距离X运行，即可自动完成纠偏操作，纠偏过程中不需要人工调整，进而避免了人员操作所造成的调向过大或过小的问题，提高了纠偏调向的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法的流程图；

图2为硬岩掘进机中姿态调整组件的截面图；

图3a～图3d为图2中硬岩掘进机与目标轴线之间相对位置关系的示意图；

图4为图2中硬岩掘进机调向过程的示意图。

其中，图1至图4中的附图标记为：

主梁1、鞍架2、扭矩油缸3、撑靴油缸4、撑靴5。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图4，图1为本发明所提供的硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法的流程图；图2为硬岩掘进机中姿态调整组件的截面图；图3a～图3d为图2中硬岩掘进机与目标轴线之间相对位置关系的示意图；图4为图2中硬岩掘进机调向过程的示意图。

本发明所提供的硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法，包括：

S1、获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ；

如图3所示，硬岩掘进机的头部与目标轴线之间存在4种相对位置关系，即相对目标轴线头部向左偏移、向右偏移、顺时针偏转和逆时针偏转。为便于确定硬岩掘进机的头部与目标轴线之间的位置关系，图3中设置了对经过硬岩掘进机的头部且平行目标轴线的中垂线作为辅助线，当中垂线位于目标轴线左侧时，头部向左偏移，此时规定位置偏差e为正，当中垂线位于目标轴线左侧时，头部向左偏移，此时规定位置偏差e为负。当然，本申请中的左右是以硬岩掘进机前进方向为前方作为基准。

硬岩掘进机的掘进方向相对中垂线逆时针偏移时，角度偏差δ正，硬岩掘进机的掘进方向相对中垂线顺时针偏移时，角度偏差δ为负。另外，位置偏差e和角度偏差δ可通过导向系统实时检测。

S2、根据角度偏差δ和位置偏差e计算硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与角度纠偏量θ相对应的移动距离X；

当角度偏差δ和位置偏差e较小时，经过一次调整后即可完成纠偏调向，而角度偏差δ和位置偏差e则需要多次调向才能完成纠偏。

S3、控制撑靴缸筒移动、以硬岩掘进机的前进方向转动角度纠偏量θ，并控制硬岩掘进机前进移动距离X，完成纠偏操作。

如图2所示，硬岩掘进机的姿态调整组件包括位于硬岩掘进机两侧的撑靴5以及与主梁1相连的鞍架2，撑靴5与鞍架2通过撑靴油缸4相连，撑靴缸筒与鞍架2相连，撑靴油缸4的活塞伸出可推动撑靴缸筒移动，进而调整鞍架2的水平位置，同时带动主梁1移动。扭矩油缸3的两端分别与撑靴油缸4和鞍架2相连，扭矩油缸3伸缩可调节主梁1的俯仰角度。纠偏调向时，通过撑靴油缸4的活塞伸出，推动主梁1移动改变掘进角度，撑靴油缸4的最大行程S对应的角度为最大调向角度θ_max。纠偏调向过程中，控制系统控制撑靴油缸4移动，按照角度纠偏量θ改变硬岩掘进机的行进方向，随后控制硬岩掘进机按移动距离X向前掘进，进而完成纠偏调向操作。

本实施例中，硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法根据角度偏差δ和位置偏差e计算得到硬岩掘进机的角度纠偏量θ和移动距离X，随后控制硬岩掘进机按照角度纠偏量θ和移动距离X自动完成纠偏调向操作，减少硬岩掘进机纠偏的人工调节，提高了纠偏调向操作的可靠性。

纠偏调向操作需要根据硬岩掘进机与目标轴线之间的相对位置关系确定操作方案，因而，根据角度偏差δ和位置偏差e计算硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与角度纠偏量θ相对应的移动距离X，包括：

判断示数位置偏差e和角度偏差δ的正负；

如果位置偏差e为正、角度偏差δ为负，或位置偏差e为负、角度偏差δ为正，判断位置偏差e的大小；

如图3c或图3d所示，如果位置偏差e为正、角度偏差δ为负，或位置偏差e为负、角度偏差δ为正，硬岩掘进机会沿靠近目标轴线的方向移动。

可选的，如果e＝0，|δ|小于θ_max时，撑靴缸筒向远离目标轴线方向移动，纠偏角度为|δ|，移动距离为X_min，随后重复获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤；

此时，控制硬岩掘进机的移动方向转动|δ|即可完成纠偏操作。

如果e＝0，|δ|大于θ_max时，撑靴缸筒向远离目标轴线方向移动，纠偏角度为θ_max，移动距离为X_min，随后重复获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤；

此时，控制硬岩掘进机的移动方向转动θ_max，可快速纠正掘进方向，减少纠偏操作的步骤。

e不等于0，δ＝0时，纠偏角度为θ_max，撑靴缸筒向远离目标轴线方向移动，移动距离X＝e/sinθ_max，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤；

此时，控制硬岩掘进机的移动方向转动θ_max，且向前掘进X＝e/sinθ_max后，在理论上可使硬岩掘进机回归目标轴线。

可选的，如果位置偏差e小于或等于第一偏差阈值e₁，则确定角度纠偏量θ＝0，移动距离X＝e/sinδ。

具体的，位置偏差e小于或等于第一偏差阈值e₁说明位置偏差e较小，此时无需调整角度，仅需控制硬岩掘进机向前掘进移动距离X＝e/sinδ，即可使其回归目标轴线。

可选的，如果位置偏差e大于第一偏差阈值e₁且小于或等于第二偏差阈值e₂，则确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为远离目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(|δ|+θ_max)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为远离目标轴线，第二移动距离X₂＝m×e/sin(|δ|+2θ_max)，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为靠近目标轴线，第三移动距离X₃＝(1-2m)×e/sin(|δ|+θ_max)，其中θ_max为最大调向角度，m为分段系数。

其中，第二偏差阈值e₂大于第一偏差阈值e₁，位置偏差e大于第一偏差阈值e₁，说明位置偏差e较大，因而，先控制撑靴缸筒向远离目标轴线的方向移动，从而增大硬岩掘进机移动方向与目标轴线之间的夹角，使硬岩掘进机向目标轴线快速接近。当硬岩掘进机接近目标轴线后，控制撑靴缸筒向靠近目标轴线的方向移动，减小硬岩掘进机移动方向与目标轴线之间的夹角，并最终使硬岩掘进机回归目标轴线。

另外，位置偏差e大于第一偏差阈值e₁时，偏差较大，因此采取分段调节策略，选取分段系数m。分段系数m的作用是保护刀盘、防止卡机、使洞壁光滑、提高调向的精确性和高效性，本具体实施方式中进行三段调节，因而可将位置偏差e分为三段，m可取1/3，当然，用户也可根据需要选取分段系数，在此不做限定。

当位置偏差e为正时，撑靴缸筒向远离目标轴线的方向移动，即为撑靴缸筒向左移动，撑靴缸筒向远离目标轴线的方向移动为撑靴缸筒向右移动，位置偏差e为负的情况与位置偏差e为正的情况相反。

进一步的，如果位置偏差e大于第二偏差阈值e₂且小于或等于第三偏差阈值e₃，则增加撑靴缸筒的行程、以增大最大调向角度θ_max；

位置偏差e大于第一偏差阈值e₁时，说明位置偏差e过大，此时需要调整最大调向角度θ_max。具体的，可减小硬岩掘进机的推进力F＝n₁*F，刀盘旋转速度ω＝n₂*ω，同时增大边刀移动量，则相应θ_max和调节油缸缸筒行程S均会增加。n₁、n₂为调节系数，用户可根据硬岩掘进机的参数进行确定，在此不做限定。

确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为远离目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(|δ|+θ_max)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为远离目标轴线，第二移动距离X₂＝m×e/sin(|δ|+2θ_max)，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为靠近目标轴线，第三移动距离X₃＝(1-2m)×e/sin(|δ|+θ_max)，其中θ_max为最大调向角度，m为分段系数。

调节θ_max后控制硬岩掘进机进行纠偏调向，本具体实施方式中同样分三段进行调节，分段系数m的取值可参考上一具体实施方式。

进一步的，如果位置偏差e为正、角度偏差δ为负，或位置偏差e为负、角度偏差δ为正，判断位置偏差e的大小；

如果位置偏差e大于第三偏差阈值e₃，则发出警报进行人工调整。

位置偏差e大于第三偏差阈值e₃时，说明位置偏差e过大，硬岩掘进机已无法自动调节，此时报警装置发出警报，提示操作人员进行人工调节。

本实施例提供了位置偏差e为正、角度偏差δ为负，或位置偏差e为负、角度偏差δ为正两种情况下，硬岩掘进机的纠偏调向方法，同时通过边刀移动量的极限值调节撑靴缸筒的行程，在刀盘允许的最大限度下进行调节。而且根据位置偏差e大小分段调向，并在偏差过大时报警，提高了调节效率。

可选的，硬岩掘进机与目标轴线之间的相对位置关系还包括如果位置偏差e和角度偏差δ均为正或均为负的情况，因而，根据角度偏差δ和位置偏差e计算硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和角度偏差δ的正负；

如果位置偏差e和角度偏差δ均为正或均为负，判断位置偏差e的大小；

如图3a或图3b所示，如果位置偏差e和角度偏差δ均为正或均为负，硬岩掘进机会沿远离目标轴线的方向移动。

可选的，如果位置偏差e小于或等于第一偏差阈值e₁，判断角度偏差δ的大小；

如果角度偏差|δ|小于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为远离目标轴线，移动距离X＝e/sin(θmax-|δ|)；

此时进行纠偏调向，首先需要改变硬岩掘进机的移动方向，因而，确定角度纠偏量θ＝θ_max，使硬岩掘进机快速转向。

如果角度偏差|δ|大于或等于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，移动距离为最小掘进距离X_min，随后重复获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤。

每次硬岩掘进机的前进方向调节完后，移动最小掘进距离X_min，能够使硬岩掘进机转向过程中远离目标轴线的距离最小，从而减小纠偏量，使硬岩掘进机能够快速完成纠偏调向。另外，每次硬岩掘进机的前进方向调节完后，重复获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤直至角度偏差|δ|小于最大调向角度θ_max，则可按照上文中的方法进行纠偏调向。

可选的，如果位置偏差e大于第一偏差阈值e₁且小于或等于第二偏差阈值e₂，判断角度偏差δ的大小；

如果角度偏差|δ|小于最大调向角度θ_max，则确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为远离目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(θmax-|δ|)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为远离目标轴线，第二移动距离X₂＝m×e/sin(2θmax-|δ|)，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为靠近目标轴线，第三移动距离X₃＝(1-2m)e/sin(θmax-|δ|)，其中m为分段系数；

本具体实施方式中分段系数m的确定方法可参考上一实施例。

如果角度偏差|δ|大于或等于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，移动距离为最小掘进距离X_min，随后重复获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤。

可选的，如果位置偏差e大于第二偏差阈值e₂且小于或等于第三偏差阈值e₃，则增加撑靴缸筒的行程、以增大最大调向角度θ_max；

判断角度偏差δ的大小；

如果角度偏差|δ|小于最大调向角度θ_max，则确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为远离目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(θmax-|δ|)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为远离目标轴线，第二移动距离X₂＝m×e/sin(2θmax-|δ|)，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为远离目标轴线，第三移动距离X₃＝m×e/sin(3θmax-|δ|)，第四角度纠偏量θ₄＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为靠近目标轴线，第四移动距离X₄＝m×e/sin(2θmax-|δ|)，第五角度纠偏量θ₂＝θ_max，撑靴缸筒的移动方向为靠近目标轴线，第五移动距离X₅＝(1-4m)×e/sin(θmax-|δ|)，其中m为分段系数；

本具体实施方式中，通过5步进行纠偏调向，当然用户也可根据需要采用多余或少于5步。

如果角度偏差|δ|大于或等于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，移动距离为最小掘进距离X_min，随后重复获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤。

可选的，如果位置偏差e大于第三偏差阈值e₃则发出警报进行人工调整。

本实施例提供了位置偏差e和角度偏差δ均为正或均为负两种情况下，硬岩掘进机的纠偏调向方法，同时通过边刀移动量的极限值调节撑靴缸筒的行程，在刀盘允许的最大限度下进行调节。而且根据位置偏差e大小分段调向，并在偏差过大时报警，提高了调节效率。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种硬岩掘进机自动导向的纠偏控制方法，其特征在于，包括：

获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ；

根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X；

控制撑靴缸筒移动、以所述硬岩掘进机的前进方向转动所述角度纠偏量θ，并控制所述硬岩掘进机前进所述移动距离X，完成纠偏操作。

2.根据权利要求1所述的纠偏控制方法，其特征在于，所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ，包括：

获取所述硬岩掘进机的头部与目标轴线之间的距离为位置偏差e，当所述硬岩掘进机的头部位于所述目标轴线的左侧时，所述位置偏差e为正，当所述硬岩掘进机的头部位于所述目标轴线的右侧时，所述位置偏差e为负；

获取所述硬岩掘进机的掘进方向与所述目标轴线之间的角度偏差δ，当所述硬岩掘进机的掘进方向相对经过所述硬岩掘进机的头部且平行所述目标轴线的中垂线逆时针偏移时，所述角度偏差δ正，当所述硬岩掘进机的掘进方向相对经过所述硬岩掘进机的头部且平行所述目标轴线的中垂线顺时针偏移时，所述角度偏差δ为负。

3.根据权利要求2所述的纠偏控制方法，其特征在于，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e为正、所述角度偏差δ为负，或所述位置偏差e为负、所述角度偏差δ为正，判断所述位置偏差e的大小；

如果e＝0，|δ|小于θ_max时，所述撑靴缸筒向远离所述目标轴线方向移动，所述纠偏角度为|δ|，所述移动距离为X_min，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤；

如果e＝0，|δ|大于θ_max时，所述撑靴缸筒向远离所述目标轴线方向移动，所述纠偏角度为θ_max，所述移动距离为X_min，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤；

e不等于0，δ＝0时，所述纠偏角度为θ_max，撑靴缸筒向远离目标轴线方向移动，所述移动距离X＝e/sinθ_max；

如果所述位置偏差e大于0、且小于或等于第一偏差阈值e₁，则确定角度纠偏量θ＝0，移动距离X＝e/sinδ。

4.根据权利要求2所述的纠偏控制方法，其特征在于，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e为正、所述角度偏差δ为负，或所述位置偏差e为负、所述角度偏差δ为正，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第一偏差阈值e₁且小于或等于第二偏差阈值e₂，则确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(|δ|+θ_max)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，第二移动距离X₂＝m×e/sin(|δ|+2θ_max)，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为靠近所述目标轴线，第三移动距离X₃＝(1-2m)×e/sin(|δ|+θ_max)，其中θ_max为最大调向角度，m为分段系数。

5.根据权利要求2所述的纠偏控制方法，其特征在于，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e为正、所述角度偏差δ为负，或所述位置偏差e为负、所述角度偏差δ为正，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第二偏差阈值e₂且小于或等于第三偏差阈值e₃，则增加所述撑靴缸筒的行程、以增大最大调向角度θ_max；

确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(|δ|+θ_max)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第二移动距离X₂＝m×e/sin(δ+2θ_max)，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为靠近所述目标轴线，第三移动距离X₃＝(1-2m)×e/sin(|δ|+θ_max)，其中θ_max为最大调向角度，m为分段系数。

6.根据权利要求2所述的纠偏控制方法，其特征在于，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e为正、所述角度偏差δ为负，或所述位置偏差e为负、所述角度偏差δ为正，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第三偏差阈值e₃，则发出警报进行人工调整。

7.根据权利要求2所述的纠偏控制方法，其特征在于，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e和所述角度偏差δ均为正或均为负，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第三偏差阈值e₃则发出警报进行人工调整。

8.根据权利要求7所述的纠偏控制方法，其特征在于，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e和所述角度偏差δ均为正或均为负，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第二偏差阈值e₂且小于或等于第三偏差阈值e₃，则增加所述撑靴缸筒的行程、以增大最大调向角度θ_max；

判断所述角度偏差δ的大小；

如果所述角度偏差|δ|小于最大调向角度θ_max，则确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(θmax-|δ|)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第二移动距离X₂＝m×e/sin(2θmax-|δ|)，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第三移动距离X₃＝m×e/sin(3θmax-|δ|)，第四角度纠偏量θ₄＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为靠近所述目标轴线，第四移动距离X₄＝m×e/sin(2θmax-|δ|)，第五角度纠偏量θ₂＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为靠近所述目标轴线，第五移动距离X₅＝(1-4m)×e/sin(θmax-|δ|)，其中m为分段系数；

如果所述角度偏差δ大于或等于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，移动距离为最小掘进距离X_min，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤。

9.根据权利要求8所述的纠偏控制方法，其特征在于，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e和所述角度偏差δ均为正或均为负，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e大于第一偏差阈值e₁且小于或等于第二偏差阈值e₂，判断所述角度偏差δ的大小；

如果所述角度偏差|δ|小于最大调向角度θ_max，则确定第一角度纠偏量θ₁＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第一移动距离X₁＝m×e/sin(θmax-|δ|)，第二角度纠偏量θ₂＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，第二移动距离X₂＝m×e/sin(2θmax-|δ|)，第三角度纠偏量θ₃＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为靠近所述目标轴线，第三移动距离X₃＝(1-2m)e/sin(θmax-|δ|)，其中m为分段系数；

如果所述角度偏差|δ|大于或等于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，移动距离为最小掘进距离X_min，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤。

10.根据权利要求9所述的纠偏控制方法，其特征在于，所述根据所述角度偏差δ和所述位置偏差e计算所述硬岩掘进机的角度纠偏量θ和与所述角度纠偏量θ相对应的移动距离X，还包括：

判断示数位置偏差e和所述角度偏差δ的正负；

如果所述位置偏差e和所述角度偏差δ均为正或均为负，判断所述位置偏差e的大小；

如果所述位置偏差e小于或等于第一偏差阈值e₁，判断所述角度偏差δ的大小；

如果所述角度偏差|δ|小于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，所述撑靴缸筒的移动方向为远离所述目标轴线，移动距离X＝e/sin(θmax-|δ|)；

如果所述角度偏差|δ|大于或等于最大调向角度θ_max，则确定角度纠偏量θ＝θ_max，移动距离为最小掘进距离X_min，随后重复所述获取硬岩掘进机的位置偏差e和角度偏差δ的步骤。

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