CN111485879B - 一种掘进机车体及其截割滚筒的定位方法及定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，包括：计算全站仪坐标系B转换为地理坐标系D的转换系数T_{（地到站）}；计算台车在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车）；测得台车绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度为β_车，并计算台车绕Z轴旋转的角度γ_车；计算获得截割滚筒的伸缩坐标与俯仰坐标在地理坐标系D下的坐标。本发明提供的方法可以得到台车在地理坐标系下的坐标以及绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度为β_车，绕Z轴旋转的角度γ_车，以实现台车的精准定位；并可以获得截割滚筒在地理坐标系下的位姿，实现自动掘进。本发明还公开了一种用于实施上述掘进机车体及其截割滚筒的定位方法的定位系统。

Description

一种掘进机车体及其截割滚筒的定位方法及定位系统

技术领域

本发明涉及工程机械定位技术领域，更具体地说，涉及一种掘进机车体及其截割滚筒的定位方法。此外，本发明还涉及一种用于实现上述掘进机车体及其截割滚筒的定位方法的定位系统。

背景技术

随着煤矿装备技术的发展，国内煤矿巷道从以往以人工为主的掘进方式逐步实现了机械化掘进，但人工还不能完全从煤矿巷道中完全解放。我国煤矿巷道掘进以悬臂式掘进机为主，煤矿掘进工作面仍然是我国煤矿事故多发区。

掘进机是目前煤矿巷道掘进的重要机械设备，要实现掘进机的自动化作业，首先要解决的就是在煤矿巷道中对掘进机的精确定位问题。煤矿巷道掘进过程中产生的大量粉尘和噪音存在极大的安全隐患，若通过人工在煤矿巷道中测量定位，会对操作手造成极大的健康威胁和安全隐患，除此之外，人工测量受到操作手自身的身体条件和煤矿巷道环境的影响，测量精度低。因此为保障定位精度、减少人工操作，对掘进机自动化和无人化作业提出了迫切的要求，而要实现掘进机的自动化和无人化作业，首先要解决的就是在煤矿巷道中对掘进机精确定位和定姿等问题。

公开号为CN109356608A，名称为《一种掘进机、系统及方法》的发明专利中，通过设置采集单元和处理单元来获取掘进机的空间位姿信息，采集单元包括定位装置、寻北仪、双轴倾角传感器、电流传感器、设置在伸缩油缸的行程传感器和设置在液压马达上的旋转编码器，定位装置采集掘进机在掘进工作面巷道内的空间位置信息，寻北仪采集掘进机的方位角，双轴倾角传感器采集掘进机的位姿信息。

公开号为CN109341675A，名称为《一种掘进机三维空间定位箱、系统以及定位方法》的发明专利中，通过安装在巷道壁上的封装有全站仪、寻北仪、转轴倾角传感器和棱镜的定位箱和在掘进机本体上安装两个可拆卸的棱镜，追踪测量的掘进机的三维空间坐标，实现在可视范围内设定毫米级的定位精度。

以上现有技术的定位系统，结构复杂，且只用五个物理参数去描述台车在大地坐标系下的位姿，定位精度不高

综上所述，如何提供一种定位精度准确的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，可以测得台车及截割滚筒在地理坐标系下的坐标及位姿，以提高定位精度。

本发明的另一目的是提供一种用于实施上述掘进机车体及其截割滚筒的定位方法的定位系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，包括：

计算全站仪坐标系B转换为地理坐标系D的转换系数T_{（地到站）}；

计算台车在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车）；测得所述台车绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度为β_车，并计算得到所述台车绕Z轴旋转的角度γ_车，实现所述台车在地理坐标系下的六参数（X_车，Y_车，Z_车，α_车，β_车，γ_车）精准定位；

计算获得截割滚筒的伸缩坐标与俯仰坐标在地理坐标系D下的坐标，得出所述截割滚筒的位姿。

优选的，所述计算全站仪坐标系B转换为地理坐标系D的转换系数T_{（地到站）}包括：

测得全站仪坐标系B下后视棱镜的坐标P_后（X_后，Y_后，Z_后）以及测站点的坐标P_测（X_测，Y_测，Z_测）；

获取所述后视棱镜在全站仪坐标系B下的数据P₁（HA，VA，SD），其中HA为水平角，VA为垂直角，SD为斜距；

计算P_测（X_测，Y_测，Z_测）与P_后（X_后，Y_后，Z_后）两点连线的方位角A以及地理坐标系D与全站仪坐标系BX轴的夹角θ；

根据方位角A、夹角θ以及P₁（HA，VA，SD）计算得到全站仪坐标系B转换为地理坐标系D的转换系数T_{（地到站）}。

优选的，所述计算P_测（X_测，Y_测，Z_测）与P_后（X_后，Y_后，Z_后）两点连线的方位角A以及地理坐标系D与全站仪坐标系BX轴的夹角θ包括：

所述方位角A为：

。

优选的，所述计算P_测（X_测，Y_测，Z_测）与P_后（X_后，Y_后，Z_后）两点连线的方位角A以及地理坐标系D与全站仪坐标系BX轴的夹角θ包括：

所述夹角θ=A-HA。

优选的，所述计算台车在地理坐标下的坐标（X_车，Y_车，Z_车）；测得台车绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度为β_车，并计算得到台车绕Z轴旋转的角度γ_车，包括：

获取台车坐标系C下第一棱镜（3）的零点坐标（X₀₁，Y₀₁，Z₀₁）、第二棱镜的零点坐标（X₀₂，Y₀₂，Z₀₂）以及台车绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度为β_车；

获取所述第一棱镜在全站仪坐标系B下的实时坐标（X₁，Y₁，Z₁）以及所述第二棱镜在全站仪坐标系B下的实时坐标（X₂，Y₂，Z₂），并根据地理坐标系D与全站仪坐标的转换关系，求得所述第一棱镜与所述第二棱镜在地理坐标系D下的坐标；

根据所述第一棱镜的零点（X₀₁，Y₀₁，Z₀₁）、所述第二棱镜的零点（X₀₂，Y₀₂，Z₀₂）与台车坐标系C的关系，计算得出所述台车在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车）；

根据所述第一棱镜的零点坐标（X₀₁，Y₀₁，Z₀₁）、所述第二棱镜的零点（X₀₂，Y₀₂，Z₀₂）、所述第一棱镜在全站仪坐标系B下的坐标（X₁，Y₁，Z₁）、所述第二棱镜在全站仪坐标系B下的坐标（X₂，Y₃，Z₂）以及所述台车在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车）计算得到所述台车绕Z轴旋转的角度γ_车。

优选的，所述计算获得截割滚筒的伸缩坐标系与俯仰坐标系在地理坐标系D下的坐标，得出所述截割滚筒的位姿，包括：

分别测得所述截割滚筒的伸出、缩回时测量点的坐标，并计算所述截割滚筒的偏航角与前向倾角；

分别测得所述截割滚筒依次升至最高点、中间点以及最低点时所述测量点的坐标，并计算得到俯仰轴的横向倾角、偏航角、俯仰轴前平移以及俯仰轴高平移；

根据伸缩坐标系、俯仰坐标系与台车坐标系C的转化关系，以及所述台车坐标系C与地理坐标系D之间的转化关系，得出所述截割滚筒的位姿。

一种掘进机车体及其截割滚筒的定位系统，包括：

全站仪，用于获取待测试点的坐标及位置信息；

倾斜仪，用于测量待测试对象的绕X轴的旋转角度以及绕Y轴的旋转角度；

棱镜组件，用于设置定位测量点；

计算模块，用于根据所述全站仪及所述倾斜仪所测数据计算得到台车及其截割头的位姿；

所述全站仪和所述倾斜仪均与所述计算单元连接。

优选的，所述棱镜组件包括：

后视棱镜，安装于巷道上方用于辅助所述全站仪完成设站测量；

测站棱镜，用于所述全站仪的测站点；

第一棱镜，设于所述台车的固定位置；

第二棱镜，设于所述台车的固定位置。

优选的，所述计算模块包括：

第一计算单元，用于计算全站仪坐标系B与地理坐标系D的转换关系；

第二计算单元，用于计算台车坐标系C与地理坐标系D的转换关系；

第三计算单元，用于计算所述台车绕Z轴旋转的角度γ_车；

第四计算单原，用于计算所述截割滚筒的位姿。

优选的，还包括用于放置所述全站仪的安装吊篮。

本发明提供的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，包括：

计算全站仪坐标系转换为地理坐标系的转换系数T_{（地到站）}；

计算台车在地理坐标下的坐标（X_车、Y_车、Z_车）；测得台车绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度为β_车，并计算得到台车绕Z轴旋转的角度γ_车，实现台车在地理坐标系下的六参数（X_车，Y_车，Z_车，α_车，β_车，γ_车）精准定位；计算获得截割滚筒的伸缩坐标与俯仰坐标在地理坐标系下的坐标，得出截割滚筒的位姿。

相比于现有技术，本发明提供的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法可以得到台车在地理坐标系下的坐标以及绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度为β_车，并计算得到台车绕Z轴旋转的角度γ_车，以获得台车定位所需的六个物理参数，能够实现台车的精准定位；并可以获得截割滚筒在地理坐标系下的位姿，实现截割滚筒的自动截割。

此外，本发明还公开了一种用于实施上述掘进机车体及其截割滚筒的定位方法的定位系统。

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为本发明所提供的掘进机车体及其截割滚筒的定位系统的具体实施例的结构示意图；

图2为地理坐标系、为全站仪坐标系、台车坐标系之间的转换示意图；

图3为本发明所提供的截割滚筒位姿测量模型示意图；

图4为本发明所提供的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法的具体实施例的结构示意图；

图5为本发明所提供的全站仪跟踪监测第一棱镜和第二棱镜从而获得台车位置的程序流程示意图。

图1-5中：

1为后视棱镜、2为全站仪、3为第一棱镜、4为第二棱镜、5为倾斜仪、6为截割滚筒；D为地理坐标系、B为全站仪坐标系、C为台车坐标系。

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。

本发明的核心是提供一种掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，可以使台车及其截割滚筒的定位精度提高。本发明的另一核心是提供一种用于实施上述掘进机车体及其截割滚筒的定位方法的定位系统。

请参考图1-5，图1为本发明所提供的掘进机车体及其截割滚筒的定位系统的具体实施例的结构示意图；图2为地理坐标系、为全站仪坐标系、台车坐标系之间的转换示意图；图3为本发明所提供的截割滚筒位姿测量模型示意图；图4为本发明所提供的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法的具体实施例的结构示意图；图5为本发明所提供的全站仪跟踪监测第一棱镜和第二棱镜从而获得台车位置的程序流程示意图。

本具体实施例提供的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，包括：

步骤S1，计算全站仪坐标系B转换为地理坐标系D的转换系数T_{（地到站）}。

步骤S2，计算台车在地理坐标下的坐标（X_车、Y_车、Z_车）；测得台车绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度为β_车，并计算得到台车绕Z轴旋转的角度γ_车，实现台车在地理坐标系下的六参数（X_车，Y_车，Z_车，α_车，β_车，γ_车）精准定位。

步骤S3，计算获得截割滚筒6的伸缩坐标与俯仰坐标在地理坐标系D下的坐标，得出截割滚筒6的位姿。

需要进行说明的是转换系数T_{（地到站）}是指（X_地，Y_地，Z_地）=T_{（地到站）}（X_站，Y_站，Z_站），其中（X_地，Y_地，Z_地）为地理坐标系D下的坐标，（X_站，Y_站，Z_站）为全站仪坐标系B下的坐标。

另外，本申请文件中提到的所有的计算过程均可以由MATLAB计算得到，当然，还可以是其它满足要求的计算软件计算得到，具体根据实际情况确定。

截割滚筒6的位姿包括截割滚筒6的伸缩坐标以及俯仰坐标，以便实现截割滚筒6的自动截割。

相比于现有技术，本具体实施例提供的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法可以得到台车在地理坐标系D下的坐标以及绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度为β_车，并计算得到台车绕Z轴旋转的角度γ_车，以获得台车定位所需的六个物理参数，能够实现台车的精准定位；并可以获得截割滚筒6在地理坐标系D下的位姿，实现截割滚筒6的自动截割。

在上述步骤S1包括：

步骤S11，测得全站仪坐标系B下后视棱镜1的坐标P_后（X_后，Y_后，Z_后）以及测站点的坐标P_测（X_测，Y_测，Z_测）。

上述步骤中，首先需要在巷道的上方安装后视棱镜1以及全站仪2安装吊篮，并在全站仪2安装吊篮上安装一个测站棱镜作为测站点，用全站仪2测量出后视棱镜1的坐标P_后（X_后，Y_后，Z_后）以及测站点在全站仪坐标系B下的坐标P_测（X_测，Y_测，Z_测）。

步骤S12，获取后视棱镜1在全站仪坐标系B下的数据P₁（HA，VA，SD），其中HA为水平角，VA为垂直角，SD为斜距。

上述步骤中，需要将安装吊篮中的测站棱镜取出，将全站仪2安装在安装吊篮上，调平，并获取后视棱镜1在全站仪坐标系B下的原始测量数据P₁（HA，VA，SD）。

步骤S13，计算P_测（X_测，Y_测，Z_测）与P_后（X_后，Y_后，Z_后）两点连线的方位角A以及地理坐标系D与全站仪坐标系BX轴的夹角θ。

上述步骤中，方位角A的计算公式为：

，夹角θ的计算公式为θ=A-HA。

步骤S14，根据方位角A、夹角θ以及P₁（HA，VA，SD）计算得到全站仪坐标系B转换为地理坐标系D的转换系数T_{（地到站）}。

上述步骤中，计算过程中需要将全站仪2的原始数据转换为笛卡尔坐标系，其中平距HD=SD*Sin（VA），X_站=HD*Cos（HA），Y_站=HD*Sin（HA），Z_站=SD*Cos（VA）然后通过相应的计算公式求得T_{（地到站）}。

在上述实施例的基础上，上述步骤S2包括：

步骤S21，获取台车坐标系C下第一棱镜3的零点坐标（X₀₁，Y₀₁，Z₀₁）、第二棱镜4的零点坐标（X₀₂，Y₀₂，Z₀₂）以及台车绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度为β_车。

上述步骤中，首先需要将第一棱镜3与第二棱镜4安装于台车上，并且第一棱镜3、第二棱镜4的安装位置与台车的中心坐标点之间具有已知的平移关系，即如果已知第一棱镜3与第二棱镜4的地理坐标便可以求出台车的地理坐标，在此基础上，已知初始时第一棱镜3的零点坐标为（X₀₁，Y₀₁，Z₀₁），第二棱镜4的零点坐标为（X₀₂，Y₀₂，Z₀₂）；并且可以通过倾斜仪5测得台车绕X轴的旋转角度α_车以及绕Y轴旋转的角度为β_车。

步骤S22，获取第一棱镜3在全站仪坐标系B下的实时坐标（X₁，Y₁，Z₁）以及第二棱镜4在全站仪坐标系B下的实时坐标（X₂，Y₂，Z₂），并根据地理坐标系D与全站仪2坐标的转换关系，求得第一棱镜3与第二棱镜4在地理坐标系D下的坐标。

上述步骤中，在台车移动的过程中，全站仪2可以自动搜索第一棱镜3与第二棱镜4的位置，并对第一棱镜3与第二棱镜4进行实时定位，并测得第一棱镜3的实时坐标为（X₁，Y₁，Z₁），第二棱镜4的实时坐标为（X₂，Y₂，Z₂），根据步骤S1中的计算公式以及全站仪2坐标与地理坐标之间的转换关系，可以求得第一棱镜3与第二棱镜4在地理坐标系D中的坐标。

步骤S23，根据第一棱镜3的零点（X₀₁，Y₀₁，Z₀₁）、第二棱镜4的零点（X₀₂，Y₀₂，Z₀₂）与台车坐标系C的关系，计算得出台车在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车）。

上述步骤中，由于第一棱镜3的零点（X₀₁，Y₀₁，Z₀₁）、第二棱镜4的零点（X₀₂，Y₀₂，Z₀₂）与台车的中心位置之间具有已知的平移关系，因此当得知第一棱镜3与第二棱镜4在全站仪坐标系B下的实时坐标后，可以通过计算得到台车中心在全站仪2坐标下的实时位置，并根据步骤S1中有关全站仪2坐标与地理坐标之间的转换关系，求得台车中心在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车）；当然，也可以先求的第一棱镜3与第二棱镜4在地理坐标系D下的坐标，然后根据第一棱镜3的零点、第二棱镜4的零点与台车中心之间固定的平移关系，可以求得台车中心在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车）；具体的计算方法根据实际情况确定，在此不做赘述。

步骤S24，根据第一棱镜3的零点坐标（X₀₁，Y₀₁，Z₀₁）、第二棱镜4的零点（X₀₂，Y₀₂，Z₀₂）、第一棱镜3在全站仪坐标系B下的坐标（X₁，Y₁，Z₁）、第二棱镜4在全站仪坐标系B下的坐标（X₂，Y₃，Z₂）以及台车在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车）计算得到台车绕Z轴旋转的角度γ_车。

上述步骤中，需要根据下述公式计算得到台车绕Z轴旋转的角度γ_车，公式为：

，其中，

、

、

、

；根据上述公式，可以得到台车在地理坐标系D中的坐标以及台车绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度为β_车、绕Z轴旋转的角度γ_车，即可以获得用于描述物体在空间中位置的六个物理参数均已获得，能够实现台车在地理坐标系D中的精准定位。

在上述实施例的基础上，上述步骤S3包括：

步骤S31，分别测得截割滚筒6的伸出、缩回时测量点的坐标，并计算截割滚筒6的偏航角与前向倾角。

上述步骤中，可以以掘进装备的截割滚筒6的左端面为一个测量点，分别测量截割滚筒6伸出、缩回时测量点的坐标，然后计算求出伸缩关节的偏航角与前向倾角，偏航角即伸出、缩回时测量点这两个位置的坐标连成的方向向量绕Z轴的旋转角，前相倾角即伸出、缩回时测量点这两个位置的坐标连成的方向向量绕y轴的旋转角。

步骤S32，分别测得截割滚筒6依次升至最高点、中间点以及最低点时测量点的坐标，并计算得到俯仰轴的横向倾角、偏航角、俯仰轴前平移以及俯仰轴高平移。

上述步骤中，大臂完全缩回之后，将截割滚筒6依次升高至最高点、中间点和最低点，分别测得三个阶段测量点的坐标，计算出俯仰轴的横向倾角、偏航角、俯仰轴前平移、高平移。

步骤S33，根据伸缩坐标系、俯仰坐标系与台车坐标系C的转化关系，以及台车坐标系C与地理坐标系D之间的转化关系，得出截割滚筒6的位姿。

除了上述掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，本发明还提供一种用于实施上述实施例公开的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法的定位系统，该掘进机车体及其截割滚筒的定位系统包括：全站仪2，用于获取待测试点的坐标及位置信息；倾斜仪5，用于测量待测试对象的绕X轴的旋转角度以及绕Y轴的旋转角度；棱镜组件，用于设置定位测量点；计算模块，用于根据全站仪2及倾斜仪5所测数据计算得到台车及其截割头的位姿；全站仪2和倾斜仪5均与计算单元连接。该掘进机车体及其截割滚筒的定位系统的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

在上述实施例的基础上，可以使棱镜组件包括：后视棱镜1，安装于巷道上方用于辅助全站仪2完成设站测量；测站棱镜，用于全站仪2的测站点；第一棱镜3，设于台车的固定位置；第二棱镜4，设于台车的固定位置。

需要进行说明的是，初始状态下降测站棱镜放置于安装吊篮中，测站点坐标P_测（X_测，Y_测，Z_测）测量完成之后，便将测站棱镜取出，将全站仪2放置于安装吊篮中。

在上述实施例的基础上，可以使计算模块包括：第一计算单元，用于计算全站仪坐标系B与地理坐标系D的转换关系；第二计算单元，用于计算台车坐标系C与地理坐标系D的转换关系；第三计算单元，用于计算台车绕Z轴旋转的角度γ_车；第四计算单原，用于计算截割滚筒6的位姿。

优选的，可以在巷道的上方设置用于放置全站仪2的安装吊篮。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法及定位系统进行了详细介绍。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 (8)

1.一种掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，其特征在于，包括：

计算全站仪坐标系B转换为地理坐标系D的转换系数T_{（地到站）}；

计算台车在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车），测得所述台车绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度β_车，并计算得到所述台车绕Z轴旋转的角度γ_车，实现所述台车在地理坐标系D下的六参数X_车，Y_车，Z_车，α_车，β_车，γ_车精准定位；

计算获得截割滚筒（6）的伸缩坐标与俯仰坐标在地理坐标系D下的坐标，得出所述截割滚筒（6）的位姿；

所述计算台车在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车），测得台车绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度β_车，并计算得到台车绕Z轴旋转的角度γ_车，包括：

获取台车坐标系C下第一棱镜（3）的零点坐标（X₀₁，Y₀₁，Z₀₁）、第二棱镜（4）的零点坐标（X₀₂，Y₀₂，Z₀₂）以及台车绕X轴的旋转角度α_车、绕Y轴旋转的角度β_车；

获取所述第一棱镜（3）在全站仪坐标系B下的实时坐标（X₁，Y₁，Z₁）以及所述第二棱镜（4）在全站仪坐标系B下的实时坐标（X₂，Y₂，Z₂），并根据地理坐标系D与全站仪坐标系B的转换关系，求得所述第一棱镜（3）与所述第二棱镜（4）在地理坐标系D下的坐标；

根据所述第一棱镜（3）的零点坐标（X₀₁，Y₀₁，Z₀₁）、所述第二棱镜（4）的零点坐标（X₀₂，Y₀₂，Z₀₂）与台车坐标系C的关系，计算得出所述台车在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车）；

根据所述第一棱镜（3）的零点坐标（X₀₁，Y₀₁，Z₀₁）、所述第二棱镜（4）的零点坐标（X₀₂，Y₀₂，Z₀₂）、所述第一棱镜（3）在全站仪坐标系B下的坐标（X₁，Y₁，Z₁）、所述第二棱镜（4）在全站仪坐标系B下的坐标（X₂，Y₃，Z₂）以及所述台车在地理坐标系D下的坐标（X_车，Y_车，Z_车）计算得到所述台车绕Z轴旋转的角度γ_车。

2.根据权利要求1所述的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，其特征在于，所述计算全站仪坐标系B转换为地理坐标系D的转换系数T_{（地到站）}包括：

测得全站仪坐标系B下后视棱镜（1）的坐标P_后（X_后，Y_后，Z_后）以及测站点的坐标P_测（X_测，Y_测，Z_测）；

获取所述后视棱镜（1）在全站仪坐标系B下的数据P₁，P₁包括HA、VA、SD，其中HA为水平角，VA为垂直角，SD为斜距；

计算坐标P_测（X_测，Y_测，Z_测）与坐标P_后（X_后，Y_后，Z_后）两点连线的方位角A以及地理坐标系D与全站仪坐标系BX轴的夹角θ；

根据方位角A、夹角θ以及P₁，P₁包括HA、VA和SD，计算得到全站仪坐标系B转换为地理坐标系D的转换系数T_{（地到站）}。

3.根据权利要求2所述的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，其特征在于，所述计算坐标P_测（X_测，Y_测，Z_测）与坐标P_后（X_后，Y_后，Z_后）两点连线的方位角A以及地理坐标系D与全站仪坐标系BX轴的夹角θ包括：

所述夹角θ=A-HA。

4.根据权利要求1-3任一项所述的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，其特征在于，所述计算获得截割滚筒（6）的伸缩坐标与俯仰坐标在地理坐标系D下的坐标，得出所述截割滚筒（6）的位姿，包括：

分别测得所述截割滚筒（6）的伸出、缩回时测量点的坐标，并计算所述截割滚筒（6）的偏航角与前向倾角；

分别测得所述截割滚筒（6）依次升至最高点、中间点以及最低点时所述测量点的坐标，并计算得到俯仰轴的横向倾角、偏航角、俯仰轴前平移以及俯仰轴高平移；

根据伸缩坐标系、俯仰坐标系与台车坐标系C的转化关系，以及所述台车坐标系C与地理坐标系D之间的转化关系，得出所述截割滚筒（6）的位姿。

5.一种掘进机车体及其截割滚筒的定位系统，用于实施权利要求1-4任一项所述的掘进机车体及其截割滚筒的定位方法，其特征在于，包括：

全站仪（2），用于获取待测试点的坐标及位置信息；

倾斜仪（5），用于测量待测试对象的绕X轴的旋转角度以及绕Y轴的旋转角度；

棱镜组件，用于设置定位测量点；

计算模块，用于根据所述全站仪（2）及所述倾斜仪（5）所测数据计算得到台车及其截割滚筒（6）的位姿；

所述全站仪（2）和所述倾斜仪（5）均与所述计算模块连接。

6.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述棱镜组件包括：

后视棱镜（1），安装于巷道上方用于辅助所述全站仪（2）完成设站测量；

测站棱镜，用于所述全站仪（2）的测站点；

第一棱镜（3），设于所述台车的固定位置；

第二棱镜（4），设于所述台车的固定位置。

7.根据权利要求5所述的定位系统，其特征在于，所述计算模块包括：

第一计算单元，用于计算全站仪坐标系B与地理坐标系D的转换关系；

第二计算单元，用于计算台车坐标系C与地理坐标系D的转换关系；

第三计算单元，用于计算所述台车绕Z轴旋转的角度γ_车；

第四计算单元，用于计算所述截割滚筒（6）的位姿。

8.根据权利要求5-7任一项所述的定位系统，其特征在于，还包括用于放置所述全站仪（2）的安装吊篮。

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