CN113108772A - 一种悬臂掘进机测量系统 - Google Patents
一种悬臂掘进机测量系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113108772A CN113108772A CN202110334938.7A CN202110334938A CN113108772A CN 113108772 A CN113108772 A CN 113108772A CN 202110334938 A CN202110334938 A CN 202110334938A CN 113108772 A CN113108772 A CN 113108772A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cantilever
- data
- excavator
- gyroscope
- cantilever excavator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 22
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/005—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 with correlation of navigation data from several sources, e.g. map or contour matching
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C1/00—Measuring angles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/18—Stabilised platforms, e.g. by gyroscope
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
本发明涉及一种悬臂掘进机测量系统,包括:主动棱镜,设置在所述悬臂掘进机的尾部;一台全站仪,设置在隧道壁上,用于跟踪所述主动棱镜并得到所述主动棱镜的坐标数据;倾角仪,设置在所述悬臂掘进机内部中间位置,用于检测悬臂掘进机主体的俯仰角数据;陀螺仪,设置在所述悬臂掘进机内部中间位置,用于检测悬臂掘进机主体的方位角数据;所述计算机分别与所述全站仪、倾角仪和陀螺仪相连,并根据所述坐标数据、俯仰角数据和方位角数据计算悬臂前端钻头的位置数据。本发明能够在通视条件较差的隧道内向施工的悬臂掘进机提供精确的导向数据。
Description
技术领域
本发明涉及工程建设技术领域中的悬臂掘进机,特别是涉及一种悬臂掘进机测量系统。
背景技术
悬臂掘进机是一种挖掘公路隧道和煤矿常用的掘进设备,有着安装方便、操作灵活、成本低、效率高的特点,但是掘进过程震动较大,钻头前部粉尘大,导致不论人工还是设备都难以准确测量钻头位置,更加难以控制,而如果没有准确的钻头位置和姿态数据为基础,便无法计算出实时的超欠挖情况,更加无法进行掘进机的自动控制了。
目前使用的导向系统有传统单台全站仪导向系统和双台全站仪导向系统,其中传统的单台全站仪导向系统在使用过程中只能追踪一个棱镜,因此只能假设悬臂掘进机机身不发生水平转动,而悬臂掘进机在实际工作中不可能不发生水平转动,而传统的单台全站仪测量系统缺乏这个必要数据,导致测量精度较差;双台全站仪方案除了设备成本高之外,由于要求两台全站仪和两个主动棱镜之间完全通视,因此要求测量通道较大,在测量通道较小或者遮挡较多的隧道施工中会遇到使用上的限制,另外两台全站仪很难保证严格的测量同步,测量的不同步在震动较大的悬臂掘进机工作中会引起一定的数据跳动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种悬臂掘进机测量系统,能够在通视条件较差的隧道内向施工的悬臂掘进机提供精确的导向数据。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种悬臂掘进机测量系统,包括:主动棱镜,设置在所述悬臂掘进机的尾部;一台全站仪,设置在隧道壁上,用于跟踪所述主动棱镜并得到所述主动棱镜的坐标数据;倾角仪,设置在所述悬臂掘进机内部中间位置,用于检测悬臂掘进机主体的俯仰角数据;陀螺仪,设置在所述悬臂掘进机内部中间位置,用于检测悬臂掘进机主体的方位角数据;所述计算机分别与所述全站仪、倾角仪和陀螺仪相连,并根据所述坐标数据、俯仰角数据和方位角数据计算悬臂前端钻头的位置数据。
所述主动棱镜有两个,分别位于所述悬臂掘进机尾部的两侧。
所述全站仪的测量范围大于150度,且最高频率为20Hz。
所述计算机通过计算悬臂前端钻头的位置数据时,其中,X,Y,Z为悬臂与掘进机机身转轴中心点的位置;X1,Y1,Z1为所述主动棱镜的坐标数据;D为悬臂与掘进机机身转轴中心点距离所述主动棱镜的空间距离;azimuth=azimuth0+α,azimuth为所述悬臂掘进机机身的当前方位角,azimuth0为所述悬臂掘进机机身的初始方位角;α=T1-T0,其中,T1为所述陀螺仪检测的当前方位角数据,T0为所述陀螺仪检测的初始方位角数据;pitch为所述倾角仪检测到的俯仰角数据。
有益效果
由于采用了上述的技术方案,本发明与现有技术相比,具有以下的优点和积极效果:本发明通过增加一个陀螺仪,利用陀螺仪对悬臂掘进机工作过程中的方位角进行实时更新,确保了测量精度,同时利用该陀螺仪后可以只是用一台全站仪追踪棱镜,因此能够在通视条件较差的隧道内使用,且不需要考虑测量同步问题,使用更为方便。
附图说明
图1是本发明中悬臂掘进机测量系统的背面剖视图;
图2是本发明中悬臂掘进机测量系统的侧面剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种悬臂掘进机测量系统,如图1和图2所示,包括:主动棱镜4,设置在所述悬臂掘进机1的尾部;一台全站仪3,设置在悬臂掘进机1尾部附近的隧道壁2上,用于跟踪所述主动棱镜4并得到所述主动棱镜的坐标数据;倾角仪5,设置在所述悬臂掘进机1内部中间位置,用于检测悬臂掘进机1主体的俯仰角数据;陀螺仪6,设置在所述悬臂掘进机1内部中间位置,用于检测悬臂掘进机1主体的方位角数据;所述计算机分别与所述全站仪、倾角仪和陀螺仪相连,并根据所述坐标数据、俯仰角数据和方位角数据计算悬臂前端钻头的位置数据。
本实施方式中主动棱镜4共有两个,分别位于所述悬臂掘进机尾部的两侧,通过设置两个主动棱镜4确保全站仪能够找到至少一个主动棱镜进行锁定。本实施方式中的全站仪3用于测量主动棱镜4的三维坐标,实现对主动棱镜4的跟踪锁定,该全站仪3的最高频率可达到20Hz,测量速度快频率高,可提高震动下测量结果的精度,该全站仪测量范围大,可达到不低于150°的测量范围,如此可降低失锁可能性,并在失锁后可自动搜索,提高自动化程度,降低人工干预度。
使用本实施方式时,在悬臂掘进机静止时进行标定测量,测量过程为全站仪顺序测量两个主动棱镜的坐标,并读取滚动角和俯仰角,计算出机身的姿态数据和初始方位角azimuth0,读取陀螺仪检测到的初始方位角数据T0。
在测量时,计算机控制全站仪自动搜索并锁定一个主动棱镜,进行1-20Hz的自动测量,测量得到主动棱镜的三维坐标数据,并实时读取倾角仪数据获得机身的俯仰角pitch、读取陀螺仪数据获得机身的方位角数据,并读取设置在悬臂掘进机的悬臂伸缩缸上用于检测油缸长度的行程传感器7的数据,根据三维坐标数据和俯仰角、方位角数据实时计算出悬臂掘进机的机身位置和姿态数据。具体计算方式如下:
其中,X,Y,Z为悬臂与掘进机机身转轴中心点的位置;X1,Y1,Z1为所述主动棱镜的坐标数据;D为悬臂与掘进机机身转轴中心点距离所述主动棱镜的空间距离;azimuth=azimuth0+α,azimuth为所述悬臂掘进机机身的当前方位角,azimuth0为所述悬臂掘进机机身的初始方位角;α=T1-T0,其中,T1为所述陀螺仪检测的当前方位角数据,T0为所述陀螺仪检测的初始方位角数据;pitch为所述倾角仪检测到的俯仰角数据。根据得到的悬臂与掘进机机身转轴中心点的位置,再根据所述行程传感器的实时数据计算出悬臂的转动角度,并通过悬臂的长度信息确定出钻头位置,供现场技术人员使用。
不难发现,本发明通过增加一个陀螺仪,利用陀螺仪对悬臂掘进机工作过程中的方位角进行实时更新,确保了测量精度,同时利用该陀螺仪后可以只是用一台全站仪追踪棱镜,因此能够在通视条件较差的隧道内使用,且不需要考虑测量同步问题,使用更为方便。
Claims (4)
1.一种悬臂掘进机测量系统,其特征在于,包括:主动棱镜,设置在所述悬臂掘进机的尾部;一台全站仪,设置在隧道壁上,用于跟踪所述主动棱镜并得到所述主动棱镜的坐标数据;倾角仪,设置在所述悬臂掘进机内部中间位置,用于检测悬臂掘进机主体的俯仰角数据;陀螺仪,设置在所述悬臂掘进机内部中间位置,用于检测悬臂掘进机主体的方位角数据;所述计算机分别与所述全站仪、倾角仪和陀螺仪相连,并根据所述坐标数据、俯仰角数据和方位角数据计算悬臂前端钻头的位置数据。
2.根据权利要求1所述的悬臂掘进机测量系统,其特征在于,所述主动棱镜有两个,分别位于所述悬臂掘进机尾部的两侧。
3.根据权利要求1所述的悬臂掘进机测量系统,其特征在于,所述全站仪的测量范围大于150度,且最高频率为20Hz。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110334938.7A CN113108772A (zh) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | 一种悬臂掘进机测量系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110334938.7A CN113108772A (zh) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | 一种悬臂掘进机测量系统 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113108772A true CN113108772A (zh) | 2021-07-13 |
Family
ID=76712544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110334938.7A Pending CN113108772A (zh) | 2021-03-29 | 2021-03-29 | 一种悬臂掘进机测量系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113108772A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114295130A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-08 | 上海市机械施工集团有限公司 | 一种基于垂直顶升和陀螺定向的隧道测量方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101266134A (zh) * | 2008-04-30 | 2008-09-17 | 山西焦煤集团有限责任公司 | 悬臂掘进机头位姿的测量系统及其方法 |
CN107421523A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-12-01 | 深圳市万普拉斯科技有限公司 | 方位角校准方法、装置、存储介质和计算机设备 |
CN111473780A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-07-31 | 上海米度测量技术有限公司 | 一种悬臂掘进机测量系统 |
CN111693315A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-09-22 | 上海米度测量技术有限公司 | 一种刚体参数的测量系统和方法 |
CN112229377A (zh) * | 2020-09-23 | 2021-01-15 | 郑州天一飞控机电有限公司 | 一种云台全姿态计算方法 |
-
2021
- 2021-03-29 CN CN202110334938.7A patent/CN113108772A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101266134A (zh) * | 2008-04-30 | 2008-09-17 | 山西焦煤集团有限责任公司 | 悬臂掘进机头位姿的测量系统及其方法 |
CN107421523A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-12-01 | 深圳市万普拉斯科技有限公司 | 方位角校准方法、装置、存储介质和计算机设备 |
CN111473780A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-07-31 | 上海米度测量技术有限公司 | 一种悬臂掘进机测量系统 |
CN111693315A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-09-22 | 上海米度测量技术有限公司 | 一种刚体参数的测量系统和方法 |
CN112229377A (zh) * | 2020-09-23 | 2021-01-15 | 郑州天一飞控机电有限公司 | 一种云台全姿态计算方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
李万莉 等: "《机电液控制基础理论及应用》", 31 December 2015 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114295130A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-08 | 上海市机械施工集团有限公司 | 一种基于垂直顶升和陀螺定向的隧道测量方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101266134B (zh) | 悬臂掘进机头位姿的测量系统及其方法 | |
CN103410512B (zh) | 融合地质环境信息的采煤机绝对定位装置与方法 | |
CN105737825B (zh) | 一种掘进机截割头位置测量系统 | |
CN102095401B (zh) | 长距离盾构法隧道贯通测量方法 | |
CN104729501A (zh) | 基于旋转扇面激光的悬臂式掘进机位姿测量方法 | |
CN111121735A (zh) | 一种隧道、地铁和矿井开挖掘进自主定位定向系统及方法 | |
CN108868772B (zh) | 一种连采机快速准直控制方法 | |
WO2018233390A1 (zh) | 一种用于弯道施工的掘进定位系统及方法 | |
CN112282781A (zh) | 一种凿岩设备姿态测量系统和方法 | |
CN111473780A (zh) | 一种悬臂掘进机测量系统 | |
CN113075650A (zh) | 一种基于uwb与惯性单元的地下巷道掘进装备实时定位方法 | |
CN201513168U (zh) | 用于钻孔设备的钻孔角度定向装置 | |
CN105353348B (zh) | 一种用于定位煤矿井下移动目标的系统及方法 | |
CN113108772A (zh) | 一种悬臂掘进机测量系统 | |
CN111561902A (zh) | 一种泥质粉砂岩隧洞开挖变形监测方法 | |
CN108896015B (zh) | 隧洞结构面产状双激光照准测量方法 | |
CN113252063A (zh) | 一种基于全站仪的采掘装备进深测量方法 | |
CN113108754A (zh) | 一种基于相机的悬臂掘进机测量系统 | |
Luo et al. | Positioning accuracy evaluation for the collaborative automation of mining fleet with the support of memory cutting technology | |
CN102679974B (zh) | 高速定位免换站式盾构掘进姿态实时测量方法及系统 | |
CN111594143A (zh) | 一种快速确定钻孔方位角的施工方法 | |
CN114485614B (zh) | 基于双全站仪的采掘设备的导航定位系统及方法 | |
CN113252044A (zh) | 一种掘进装备机身偏差计算方法 | |
CN112796661A (zh) | 一种中深孔钻孔轨迹较正方法 | |
CN215566076U (zh) | 一种煤系地层三维定向瓦斯抽放装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210713 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |