CN114233266B - 钻机自动控制方法、系统及存储介质 - Google Patents

钻机自动控制方法、系统及存储介质 Download PDF

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CN114233266B CN202111555277.7A CN202111555277A CN114233266B CN 114233266 B CN114233266 B CN 114233266B CN 202111555277 A CN202111555277 A CN 202111555277A CN 114233266 B CN114233266 B CN 114233266B
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Abstract

本发明公开了一种钻机自动控制方法、系统及存储介质，该钻机自动控制方法包括：接收工作参数；根据工作参数获取大臂的预期姿态，根据预期姿态或根据预期姿态和姿态调整依据计算各油缸的动作顺序及预期行程；根据动作顺序及预期行程控制各油缸动作，直到各油缸均达到预期行程；检测大臂的当前姿态，并对比当前姿态和预期姿态，判断大臂是否达到预期姿态，如果是，控制结束，如果否，则确定姿态调整依据后重复上述过程，直到大臂达到预期姿态。本发明的钻机自动控制方法、系统及存储介质中，能够控制大臂自动动作，可提高潜孔钻机的作业效率和智能化程度，并能对大臂的动作状态时刻进行反馈，精确控制大臂达到预期姿态。

Description

钻机自动控制方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及工程机械设备领域，尤其是涉及一种钻机自动控制方法、系统及存储介质。
背景技术
潜孔钻机是一种主要的钻孔装备，广泛应用于冶金、煤炭、建材、铁路、水电建设、国防施工及土石方等工程中，随着市场的发展以及当今“低碳革命”兴起，低碳绿色的理念日趋深入人心，用户对潜孔钻机的性能要求也越来越高。高效、节能、绿色的潜孔钻机产品越来越受到市场的青睐。
一种智能一体化潜孔钻机在露天矿山的物联网应用系统包括视频系统、位移传感器、架速度传感器、GPS接收机、终端服务器和数据服务平台。通过本系统可将潜孔钻机与互联网相连，提供预警功能，实现人机远程实时的交互，及时了解掌握钻机的工作装填、钻孔质量、运行轨迹等情况。然而，这种智能一体化潜孔钻机在露天矿山的物联网应用系统只能对整机的运动参数和工作状态进行监测，无法检测钻机大臂的运动状态，也无法实现自动控制作业。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻机自动控制方法、系统，旨在解决现有钻机无法实现自动控制的问题。
本发明提供了一种钻机自动控制方法，适用于控制潜孔钻机，所述钻机自动控制方法包括：
接收工作参数；
根据所述工作参数获取大臂的预期姿态，并根据所述预期姿态或根据所述预期姿态和姿态调整依据计算大臂摆动油缸、大臂俯仰油缸、推进梁俯仰油缸的动作顺序及预期行程；
根据所述动作顺序及预期行程控制所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸动作，直到所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸均达到所述预期行程；
检测大臂的当前姿态，并对比所述当前姿态和所述预期姿态，判断大臂是否达到所述预期姿态，如果是，控制结束，如果否，则确定所述姿态调整依据后重复所述获取大臂的预期姿态、根据所述预期姿态和姿态调整依据计算大臂摆动油缸、大臂俯仰油缸、推进梁俯仰油缸的动作顺序及预期行程、控制大臂摆动油缸、大臂俯仰油缸、推进梁俯仰油缸动作和对比所述当前姿态和所述预期姿态的过程，直到大臂达到所述预期姿态。
在一种可实现的方式中，所述钻机自动控制方法还包括：
在接收所述工作参数之前，对潜孔钻机进行初始化。
在一种可实现的方式中，所述潜孔钻机包括大臂，所述大臂包括大臂主体、钻臂座、大臂摆动油缸、大臂俯仰油缸、推进梁俯仰油缸和翻转头，所述翻转头上设有姿态传感器，所述大臂摆动油缸驱动所述大臂主体绕第一铰点转动，所述大臂俯仰油缸驱动所述大臂主体绕第二铰点转动，所述推进梁俯仰油缸驱动所述翻转头绕第三铰点转动，所述根据工作参数获取大臂预期姿态，并计算大臂摆动油缸、大臂俯仰油缸、推进梁俯仰油缸的动作顺序及预期行程具体包括：
获取所述第二铰点的初始位置和所述第三铰点的初始位置，根据所述工作参数获取翻转头中心目标位置，所述第二铰点和所述第三铰点的初始位置为钻机初始化后所述第二铰点和所述第三铰点的位置；
对大臂进行逆运动学分析得到所述第二铰点的目标位置、所述第三铰点的目标位置；
比较所述第二铰点的所述初始位置与所述目标位置，以及所述第三铰点的所述初始位置与所述目标位置，计算得到所述钻臂座、所述大臂主体和所述翻转头分别需要转动的角度；
根据所述钻臂座、所述大臂主体和所述翻转头需要转动的角度计算得到所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸的所述预期行程，并规划所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸的所述动作顺序。
在一种可实现的方式中，控制大臂摆动油缸、大臂俯仰油缸、推进梁俯仰油缸动作时，控制所述大臂摆动油缸先动作至其预期行程，再控制所述大臂俯仰油缸动作至其预期行程，最后控制所述推进梁俯仰油缸动作至其预期行程。
在一种可实现的方式中，所述检测大臂的当前姿态，并对比所述当前姿态和所述预期姿态，判断大臂是否达到所述预期姿态具体包括：
获取所述翻转头中心位置与所述姿态传感器之间的位置关系；
获取所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸达到预期行程后所述姿态传感器的当前位置；
根据所述姿态传感器的所述当前位置以及所述翻转头中心与所述姿态传感器之间的位置关系获得所述翻转头中心的当前位置；
将所述翻转头中心的所述当前位置和所述翻转头中心的所述目标位置对比，计算所述翻转头中心的所述当前位置和所述翻转头中心的所述目标位置之间的绝对距离，根据所述大臂俯仰油缸和所述推进梁俯仰油缸的工作行程计算所述大臂主体绕所述第二铰点转动的第一角度，以及所述翻转头绕所述第三铰点转动的第二角度；
判断所述绝对距离是否大于预设距离值，判断所述第一角度与所述第二角度的绝对值之差是否大于预设角度值，当所述绝对距离小于等于所述预设距离值，且所述绝对值之差小于等于所述预设角度值时，判断大臂达到所述预期姿态，控制结束，否则判断大臂未达到所述预期姿态。
本发明还提供一种一种钻机自动控制系统，适用于控制潜孔钻机，其特征在于，所述钻机自动控制系统包括：
执行元件控制模块，用于控制大臂摆动油缸、大臂俯仰油缸、推进梁俯仰油缸的动作；
油缸动作检测模块，用于检测所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸的行程，所述油缸动作检测模块连接于所述执行元件控制模块，以将油缸的伸缩行程反馈给所述执行元件控制模块；
姿态传感器，用于检测大臂的当前姿态；
数据处理模块，连接于所述姿态传感器和所述执行元件控制模块，所述数据处理模块用于接收工作参数，根据所述工作参数获取大臂的预期姿态，并根据所述预期姿态或根据所述预期姿态和姿态调整依据得到所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸的动作顺序及预期行程，并将所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸的动作顺序及预期行程传输给所述执行元件控制模块，以根据所述动作顺序及预期行程控制所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸动作，所述数据处理模块还用于接收所述姿态传感器检测的大臂的所述当前姿态，并对比所述当前姿态和所述预期姿态，判断大臂是否达到所述预期姿态，如果是，控制结束，如果否，则确定姿态调整依据后重复获取大臂的所述预期姿态、根据所述预期姿态和姿态调整依据计算大臂摆动油缸、大臂俯仰油缸、推进梁俯仰油缸的动作顺序及预期行程、控制所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸动作和对比所述当前姿态和所述预期姿态的过程，直到大臂达到所述预期姿态。
在一种可实现的方式中，所述执行元件控制模块还用于在所述数据处理模块接收所述工作参数之前控制潜孔钻机进行初始化。
在一种可实现的方式中，所述数据处理模块具体用于获取所述第二铰点的初始位置和所述第三铰点的初始位置，所述第二铰点和所述第三铰点的初始位置为钻机初始化后所述第二铰点和所述第三铰点的位置，根据所述工作参数获取所述翻转头中心目标位置，对大臂进行逆运动学分析得到所述第二铰点的目标位置、所述第三铰点的目标位置，比较所述第二铰点的所述初始位置与所述目标位置，以及所述第三铰点的所述初始位置与所述目标位置计算得到所述钻臂座、所述大臂主体和所述翻转头分别需要转动的角度，根据所述钻臂座、所述大臂主体和所述翻转头需要转动的角度计算得到所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸的预期行程，并规划所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸的动作顺序。
在一种可实现的方式中，所述数据处理模块具体用于获取所述翻转头中心位置与所述姿态传感器之间的位置关系，接收所述姿态传感器获取的所述大臂摆动油缸、所述大臂俯仰油缸、所述推进梁俯仰油缸达到预期行程后所述姿态传感器的当前位置，根据所述姿态传感器的所述当前位置以及所述翻转头中心与所述姿态传感器之间的位置关系获得所述翻转头中心的当前位置，将所述翻转头中心的当前位置和翻转头中心的所述目标位置对比，计算翻转头中心的所述当前位置和所述翻转头中心的所述目标位置之间的绝对距离，判断所述绝对距离是否大于预设距离值，根据所述大臂俯仰油缸和所述推进梁俯仰油缸的工作行程计算所述大臂主体绕所述第二铰点转动的第一角度，以及所述翻转头绕所述第三铰点转动的第二角度，并判断所述第一角度与所述第二角度的绝对值之差是否大于预设角度值，当所述绝对距离小于等于所述预设距离值，且所述绝对值之差小于等于所述预设角度值时，判断大臂达到所述预期姿态，控制结束，否则判断大臂未达到所述预期姿态。
本发明还提供了一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的钻机自动控制方法的步骤。
本发明的钻机自动控制方法、系统及存储介质中，能够控制大臂自动动作，可提高潜孔钻机的作业效率和智能化程度，并能对大臂的动作状态时刻进行反馈，精确控制大臂达到预期姿态。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种钻机的整机结构示意图。
图2为图1所示钻机的大臂的结构示意图。
图3为本发明一实施例的钻机自动控制方法的流程示意图。
图4为图3所示钻机自动控制方法的获取大臂预期姿态步骤的流程示意图。
图5为图3所示钻机自动控制方法的大臂姿态校核及姿态误差解算的流程示意图。
图6为本发明一实施例的钻机自动控制系统的结构框图。
图7为图6所示钻机自动控制系统的电路原理图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。本申请使用的术语“或”、“和/或”、“包括以下至少一个”等可被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。例如，“包括以下至少一个：A、B、C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A和B和C”，再如，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A和B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
应该理解的是，虽然本申请实施例中的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
需要说明的是，在本文中，采用了诸如S1、S2等步骤代号，其目的是为了更清楚简要地表述相应内容，不构成顺序上的实质性限制，本领域技术人员在具体实施时，可能会先执行S4后执行S3等，但这些均应在本申请的保护范围之内。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或者“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或者“单元”可以混合地使用。
如图1所示，为一种钻机的整机结构示意图。本实施例的钻机包括车架11、大臂13、推进梁15和钻具17。大臂13分别连接于车架11和推进梁15，钻具17连接于推进梁15。大臂13可相对车架11分别绕相互垂直的第一方向和第二方向转动，以实现大臂13的摆动和俯仰。推进梁15可相对大臂13绕第二方向转动，以实现推进梁15的俯仰。
如图2所示，为图1所示钻机的大臂的结构示意图。大臂13包括大臂主体130、钻臂座131、大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136和翻转头138。钻臂座131连接于大臂主体130，翻转头138为四连杆结构，翻转头138分别铰接于大臂主体130和推进梁俯仰油缸136，推进梁15连接于翻转头138，翻转头138上设有姿态传感器139。大臂摆动油缸132连接于钻臂座132，并通过伸缩驱动钻臂座131绕第一方向转动，大臂主体130的一端连接于钻臂座131，以随钻臂座131绕第一铰点A一起转动，从而实现大臂主体130的摆动。大臂俯仰油缸134的两端分别连接于钻臂座131和大臂主体130，并通过伸缩驱动大臂主体130绕第二方向转动，转动铰点为第二铰点B，从而实现大臂主体130的俯仰。推进梁俯仰油缸136的两端分别连接大臂主体130和翻转头138，并通过伸缩驱动翻转头138的角度和位置变化，转动铰点第三铰点C，从而实现推进梁15的俯仰。
通过上述绕第一铰点A、第二铰点B、第三铰点C的转动，可实现翻转头138在三维空间的位置变换。
图3为本发明一实施例的钻机自动控制方法的流程示意图，该钻机自动控制方法包括：
接收工作参数；
根据工作参数获取大臂的预期姿态，并根据大臂的预期姿态或根据大臂的预期姿态和姿态调整依据计算大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作顺序及预期行程。需要说明的是，这里说得大臂的姿态实际上是指推进梁15的姿态，由于推进梁15的姿态由翻转头138的姿态决定，而翻转头138为大臂整体的一部分，因此将此姿态称为大臂姿态；
根据动作顺序及预期行程控制大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136动作，直到大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136均达到预期行程；
检测大臂的当前姿态，并对比当前姿态和预期姿态，判断大臂是否达到预期姿态。如果是，控制结束，如果否，则确定姿态调整依据后重复上述获取大臂的预期姿态、根据预期姿态和姿态调整依据计算大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作顺序及预期行程、控制大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136动作和对比大臂的当前姿态和预期姿态的过程，直到大臂达到预期姿态。
在本申请的一个实施例中，在接收工作参数之前，还需要对潜孔钻机进行初始化，即使大臂回到初始状态。在初始状态下，大臂主体130朝向潜孔钻机的正前方，即在潜孔钻机的左右方向上没有摆动；推进梁15竖直设置，即推进梁15的俯仰角度为0°。
在本申请的一个实施例中，工作参数为推进梁15的作业孔的三维空间位置。
图4为图3所示钻机自动控制方法的获取大臂预期姿态步骤的流程示意图。在本申请的一个实施例中，请参照图4，根据工作参数获取大臂预期姿态，并计算大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作顺序及预期行程的步骤具体包括：
获取第二铰点B的初始位置和第三铰点C的初始位置，根据工作参数获取翻转头138中心目标位置。第二铰点B的初始位置和第三铰点C的初始位置为大臂处于上述初始状态时的位置，由于初始状态时确定的，因此第二铰点B的初始位置和第三铰点C的初始位置也是确定。具体地，本步骤中，确定钻机的整体坐标系OO-XOYOZO，获取整机坐标系下的第二铰点B的初始位置坐标OB1-XB1YB1ZB1和第三铰点C的初始位置坐标OC1-XC1YC1ZC1，根据工作参数获得翻转头138中心的坐标OD-XDYDZD，并获取翻转头138中心的坐标OD-XDYDZD与姿态传感器139的坐标OM-XMYMZM之间的位置关系；
对大臂进行逆运动学分析得到第二铰点B的目标位置、第三铰点C的目标位置。具体地，本步骤中，将翻转头138中心位置作为大臂末端位置，在大臂结构确定的情况下，可根据翻转头138中心位置坐标OD-XDYDZD结合D-H(Denavit-Hartenberg机器人建模与控制)法对大臂进行逆运动学分析得到第二铰点B的目标位置坐标OB2-XB2YB2ZB2和第三铰点C的目标位置坐标OC2-XC2YC2ZC2；
比较第二铰点B的初始位置与目标位置，以及第三铰点C的初始位置与目标位置，计算得到钻臂座131、大臂主体130和翻转头138分别需要转动的角度。由于第一铰点A的位置始终是不变的，因此不需要比较第一铰点A的初始位置和目标位置。具体地，本步骤中，根据第二铰点B的初始位置坐标OB-XBYBZB、第三铰点C的初始坐标OC-XCYCZC计算得到钻臂座131、大臂主体130和翻转头138分别绕着第一铰点A、第二铰点B、第三铰点C需要转动的角度；
根据钻臂座131、大臂主体130和翻转头138需要转动的角度计算得到大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的预期行程，并规划大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作顺序，从而得到大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作顺序和预期行程。
具体地，油缸的动作顺序采用单油缸动作的方式，即每组油缸按预先设定的顺序先后动作，待上一组油缸动作完毕，下一组油缸才开始动作。本实施例中，大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作顺序为线推进梁俯仰油缸136，再大臂俯仰油缸134，最后大臂摆动油缸132，这种动作方式可在不考虑推进梁15转动角度和推进补偿行程的情况下能够充分保证大臂变幅时不与其他物体发生干涉。可以理解，大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136也可按照其他顺序先后动作。
具体地，大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136均自带行程反馈功能，具体为在油缸上设置位置传感器，更具体可为磁致伸缩位置传感器，根据位置传感器的反馈可在油缸到达预期行程时控制油缸停止动作。大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的行程误差可为0.5mm，因此假设油缸的目标行程为L，则当大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134或推进梁俯仰油缸136的行程进入【L-0.5，L】范围内时即可判断为油缸到达预期行程。
在本申请的一个实施例中，当大臂未达到预期姿态确定姿态调整依据重新规划油缸动作顺序及预期行程时，可根据大臂的当前姿态与预期姿态的差值确定姿态调整依据，再结合上一次确定的大臂摆动油缸、大臂俯仰油缸、推进梁俯仰油缸的动作顺序及预期行程，确定新的大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136动作顺序及预期行程，以控制大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作，例如可先根据大臂的预期姿态得到大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作顺序和预期行程(即上一次的油缸动作顺序及预期行程)，再结合姿态调整依据将上一次的预期行程作适当调整，例如行程增加一点或减少一点。
图5为图3所示钻机自动控制方法的大臂姿态校核及姿态误差解算的流程示意图。请参照图5，在本申请的一个实施例中，检测大臂的当前姿态，并对比大臂的当前姿态和预期姿态，判断大臂是否达到预期姿态的步骤具体包括：
获取翻转头138中心位置与姿态传感器139之间的位置关系。由于姿态传感器139在翻转头138上的位置固定，因此翻转头138中心位置与姿态传感器139之间的位置关系可根据姿态传感器139与翻转头138的结构确定。
获取大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136达到预期行程后姿态传感器139的当前位置。具体地，姿态传感器139可不断检测自身的当前位置，在大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作过程中，姿态传感器139不断获得自身的当前位置；
根据姿态传感器139的当前位置以及翻转头138中心与姿态传感器139之间的位置关系获得翻转头138中心的当前位置。具体地，根据姿态传感器的当前坐标以及翻转头138中心的坐标OD-XDYDZD与设于翻转头138上的姿态传感器的坐标OM-XMYMZM之间的位置关系获得翻转头138中心的当前位置；
将翻转头138中心的当前位置和翻转头138中心的目标位置对比，计算翻转头138中心的当前位置和翻转头138中心的目标位置之间的绝对距离。
判断绝对距离是否大于预设距离值，根据大臂俯仰油缸134和推进梁俯仰油缸136的工作行程计算大臂主体130绕第二铰点B转动的第一角度A1，以及翻转头138绕第三铰点C转动的第二角度A2，判断第一角度A1与第二角度A2的绝对值之差是否大于预设角度值，当绝对距离小于等于预设距离值，且绝对值之差小于等于预设角度值时，判断大臂达到预期姿态，控制结束，否则判断大臂未达到预期姿态。具体地，本步骤中，可先判断绝对距离是否大于预设距离值，当绝对距离小于等于预设距离值时再判断第一角度A1与第二角度A2的绝对值之差是否大于预设角度值，当绝对距离大于预设距离值时，即可判断为大臂未达到预期姿态。具体地，在本实施例中，预设距离值可为20毫米，预设角度值可为5°，当然，根据实际需要，预设距离值和预设角度值可设定为其他值，在此不做限制。
本申请还提供一种钻机自动控制系统，如图6所示，为本发明一实施例的钻机自动控制系统，其包括：
执行元件控制模块31，用于控制大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作。具体地，执行元件控制模块31可为潜孔钻机的BODAS控制器，具备CAN总线通讯功能；
油缸动作检测模块33，用于检测大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的行程，油缸动作检测模块33连接于执行元件控制模块31，以将油缸的伸缩行程反馈给执行元件控制模块31。具体的，油缸动作检测模块33包括设于大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136上的位置传感器，位置传感器可为磁致伸缩位置传感器，根据位置传感器的反馈可在油缸到达预期行程时控制油缸停止动作，使各油缸自带行程反馈功能。大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的行程误差可为0.5mm，因此假设油缸的目标行程为L，则当大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134或推进梁俯仰油缸136的行程进入【L-0.5，L】范围内时即可判断为油缸到达预期行程；
姿态传感器139，用于检测大臂当前姿态。具体地，可采用MPU6050九轴姿态传感器作为姿态传感器139。
数据处理模块37，连接于姿态传感器139和执行元件控制模块31，数据处理模块37用于接收工作参数，根据工作参数获取大臂的预期姿态，并根据大臂的预期姿态或根据大臂的预期姿态和姿态调整依据得到大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作顺序及预期行程，并将大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作顺序及预期行程传输给执行元件控制模块31，以根据动作顺序及预期行程控制大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136动作，数据处理模块37还用于接收姿态传感器139检测的大臂当前姿态，并对比大臂的当前姿态和预期姿态，判断大臂是否达到预期姿态，如果是，控制结束，如果否，则确定姿态调整依据后重复获取大臂的预期姿态、控制大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136动作和对比大臂的当前姿态和预期姿态的过程，直到大臂达到预期姿态。
在本申请的一个实施例中，执行元件控制模块31还用于在数据处理模块37接收工作参数之前控制潜孔钻机进行初始化。
在本申请的一个实施例中，数据处理模块37具体用于获取第二铰点B的初始位置和第三铰点C的初始位置，根据工作参数获取翻转头138中心目标位置，对大臂进行逆运动学分析得到第二铰点B的目标位置、第三铰点C的目标位置，比较第二铰点B的初始位置与目标位置，以及第三铰点C的初始位置与目标位置计算得到钻臂座131、大臂主体130和翻转头138分别需要转动的角度，根据钻臂座131、大臂主体130和翻转头138需要转动的角度计算得到大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的行程，并规划大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作顺序，从而得到大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作顺序和预期行程。
在本申请的一个实施例中，数据处理模块37具体用于获取翻转头138中心位置与姿态传感器139之间的位置关系，接收姿态传感器139获取的大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136达到预期行程后姿态传感器139的当前位置，根据姿态传感器139的当前位置以及翻转头138中心与姿态传感器139之间的位置关系获得翻转头138中心的当前位置，将翻转头138中心的当前位置和翻转头138中心的目标位置对比，计算翻转头138中心的当前位置和翻转头138中心的目标位置之间的绝对距离，判断绝对距离是否大于预设距离值，根据大臂俯仰油缸134和推进梁俯仰油缸136的工作行程计算大臂主体130绕第二铰点B转动的第一角度A1，以及翻转头138绕第三铰点C转动的第二角度A2，并判断第一角度A1与第二角度A2的绝对值之差是否大于预设角度值，当绝对距离小于等于预设距离值，且绝对值之差小于等于预设角度值时，判断大臂达到预期姿态，控制结束，否则判断大臂未达到预期姿态。
图7为图6所示钻机自动控制系统的电路原理图。请参图7，数据处理模块37包括大臂姿态解算器372，钻机自动控制系统还包括多个模数转换器39、多个放大器41和多个电液伺服阀43，大臂姿态解算器372连接于执行元件控制模块31，执行元件控制模块31分别连接于大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136，执行元件控制模块31与每个油缸之间依次串联有模数转换器39、放大器41和电液伺服阀43，大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136的动作会反应到姿态传感器139，即大臂摆动油缸132、大臂俯仰油缸134、推进梁俯仰油缸136不同的行程时，姿态传感器139检测到不同的数据，姿态传感器139将数据反馈给大臂姿态解算器372。
具体地，大臂姿态结算器372可为STM32F2系列的单片机。
本发明的钻机自动控制方法及系统中，能够控制大臂自动动作，可提高潜孔钻机的作业效率和智能化程度，并能对大臂的动作状态时刻进行反馈，精确控制大臂达到预期姿态。
本申请还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述钻机自动控制方法的步骤。
本申请实施例还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机程序代码，当计算机程序代码在计算机上运行时，使得计算机执行如上各种可能的实施方式中的方法。
本申请实施例还提供一种芯片，包括存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器用于从存储器中调用并运行计算机程序，使得安装有芯片的设备执行如上各种可能的实施方式中的方法。
以上，仅为本申请的具体实施方式，上述场景仅是作为示例，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的应用场景的限定，本申请的技术方案还可应用于其他场景。任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
在本申请中，对于相同或相似的术语概念、技术方案和/或应用场景描述，一般只在第一次出现时进行详细描述，后面再重复出现时，为了简洁，一般未再重复阐述，在理解本申请技术方案等内容时，对于在后未详细描述的相同或相似的术语概念、技术方案和/或应用场景描述等，可以参考其之前的相关详细描述。

Claims (6)

1.一种钻机自动控制方法，适用于控制潜孔钻机，其特征在于，所述潜孔钻机包括大臂(13)，所述大臂(13)包括大臂主体(130)、钻臂座(131)、大臂摆动油缸(132)、大臂俯仰油缸(134)、推进梁俯仰油缸(136)和翻转头(138)，所述翻转头(138)上设有姿态传感器(139)，所述大臂摆动油缸(132)驱动所述大臂主体(130)绕第一铰点(A)转动，所述大臂俯仰油缸(134)驱动所述大臂主体(130)绕第二铰点(B)转动，所述推进梁俯仰油缸(136)驱动所述翻转头(138)绕第三铰点(C)转动，所述钻机自动控制方法包括：
对潜孔钻机进行初始化；
接收工作参数；
根据所述工作参数获取大臂的预期姿态，并根据所述预期姿态或根据所述预期姿态和姿态调整依据计算大臂摆动油缸(132)、大臂俯仰油缸(134)、推进梁俯仰油缸(136)的动作顺序及预期行程；
根据所述动作顺序及预期行程控制所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)动作，直到所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)均达到所述预期行程；
检测大臂的当前姿态，并对比所述当前姿态和所述预期姿态，判断大臂是否达到所述预期姿态，如果是，控制结束，如果否，则确定所述姿态调整依据后重复所述获取大臂的预期姿态、根据所述预期姿态和姿态调整依据计算大臂摆动油缸(132)、大臂俯仰油缸(134)、推进梁俯仰油缸(136)的动作顺序及预期行程、控制大臂摆动油缸(132)、大臂俯仰油缸(134)、推进梁俯仰油缸(136)动作和对比所述当前姿态和所述预期姿态的过程，直到大臂达到所述预期姿态；
根据工作参数获取大臂预期姿态，并计算大臂摆动油缸(132)、大臂俯仰油缸(134)、推进梁俯仰油缸(136)的动作顺序及预期行程具体包括：
获取所述第二铰点(B)的初始位置和所述第三铰点(C)的初始位置，根据所述工作参数获取翻转头(138)中心目标位置，所述第二铰点(B)和所述第三铰点(C)的初始位置为钻机初始化后所述第二铰点(B)和所述第三铰点(C)的位置；
对大臂进行逆运动学分析得到所述第二铰点(B)的目标位置、所述第三铰点(C)的目标位置；
比较所述第二铰点(B)的所述初始位置与所述目标位置，以及所述第三铰点(C)的所述初始位置与所述目标位置，计算得到所述钻臂座(131)、所述大臂主体(130)和所述翻转头(138)分别需要转动的角度；
根据所述钻臂座(131)、所述大臂主体(130)和所述翻转头(138)需要转动的角度计算得到所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)的所述预期行程，并规划所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)的所述动作顺序。
2.如权利要求1所述的钻机自动控制方法，其特征在于，控制大臂摆动油缸(132)、大臂俯仰油缸(134)、推进梁俯仰油缸(136)动作时，控制所述大臂摆动油缸(132)先动作至其预期行程，再控制所述大臂俯仰油缸(134)动作至其预期行程，最后控制所述推进梁俯仰油缸(136)动作至其预期行程。
3.如权利要求1所述的钻机自动控制方法，其特征在于，所述检测大臂的当前姿态，并对比所述当前姿态和所述预期姿态，判断大臂是否达到所述预期姿态具体包括：
获取所述翻转头(138)中心位置与所述姿态传感器(139)之间的位置关系；
获取所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)达到预期行程后所述姿态传感器(139)的当前位置；
根据所述姿态传感器(139)的所述当前位置以及所述翻转头(138)中心与所述姿态传感器(139)之间的位置关系获得所述翻转头(138)中心的当前位置；
将所述翻转头(138)中心的所述当前位置和所述翻转头(138)中心的所述目标位置对比，计算所述翻转头(138)中心的所述当前位置和所述翻转头(138)中心的所述目标位置之间的绝对距离，根据所述大臂俯仰油缸(134)和所述推进梁俯仰油缸(136)的工作行程计算所述大臂主体(130)绕所述第二铰点(B)转动的第一角度(A1)，以及所述翻转头(138)绕所述第三铰点(C)转动的第二角度(A2)；
判断所述绝对距离是否大于预设距离值，判断所述第一角度(A1)与所述第二角度(A2)的绝对值之差是否大于预设角度值，当所述绝对距离小于等于所述预设距离值，且所述绝对值之差小于等于所述预设角度值时，判断大臂达到所述预期姿态，控制结束，否则判断大臂未达到所述预期姿态。
4.一种钻机自动控制系统，适用于控制潜孔钻机，其特征在于，所述钻机自动控制系统包括：
执行元件控制模块(31)，用于控制大臂摆动油缸(132)、大臂俯仰油缸(134)、推进梁俯仰油缸(136)的动作；
油缸动作检测模块(33)，用于检测所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)的行程，所述油缸动作检测模块(33)连接于所述执行元件控制模块(31)，以将油缸的伸缩行程反馈给所述执行元件控制模块(31)；
姿态传感器(139)，用于检测大臂的当前姿态；
数据处理模块(37)，连接于所述姿态传感器(139)和所述执行元件控制模块(31)，所述数据处理模块(37)用于接收工作参数，根据所述工作参数获取大臂的预期姿态，并根据所述预期姿态或根据所述预期姿态和姿态调整依据得到所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)的动作顺序及预期行程，并将所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)的动作顺序及预期行程传输给所述执行元件控制模块(31)，以根据所述动作顺序及预期行程控制所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)动作，所述数据处理模块(37)还用于接收所述姿态传感器(139)检测的大臂的所述当前姿态，并对比所述当前姿态和所述预期姿态，判断大臂是否达到所述预期姿态，如果是，控制结束，如果否，则确定姿态调整依据后重复获取大臂的所述预期姿态、根据所述预期姿态和姿态调整依据计算大臂摆动油缸(132)、大臂俯仰油缸(134)、推进梁俯仰油缸(136)的动作顺序及预期行程、控制所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)动作和对比所述当前姿态和所述预期姿态的过程，直到大臂达到所述预期姿态；
所述数据处理模块(37)具体用于获取第二铰点(B)的初始位置和第三铰点(C)的初始位置，所述第二铰点(B)和所述第三铰点(C)的初始位置为钻机初始化后所述第二铰点(B)和所述第三铰点(C)的位置，根据所述工作参数获取翻转头(138)中心目标位置，对大臂进行逆运动学分析得到所述第二铰点(B)的目标位置、所述第三铰点(C)的目标位置，比较所述第二铰点(B)的所述初始位置与所述目标位置，以及所述第三铰点(C)的所述初始位置与所述目标位置计算得到钻臂座(131)、大臂主体(130)和所述翻转头(138)分别需要转动的角度，根据所述钻臂座(131)、所述大臂主体(130)和所述翻转头(138)需要转动的角度计算得到所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)的预期行程，并规划所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)的动作顺序；所述数据处理模块(37)具体用于获取所述翻转头(138)中心位置与所述姿态传感器(139)之间的位置关系，接收所述姿态传感器(139)获取的所述大臂摆动油缸(132)、所述大臂俯仰油缸(134)、所述推进梁俯仰油缸(136)达到预期行程后所述姿态传感器(139)的当前位置，根据所述姿态传感器(139)的所述当前位置以及所述翻转头(138)中心与所述姿态传感器(139)之间的位置关系获得所述翻转头(138)中心的当前位置，将所述翻转头(138)中心的当前位置和翻转头(138)中心的所述目标位置对比，计算翻转头(138)中心的所述当前位置和所述翻转头(138)中心的所述目标位置之间的绝对距离，判断所述绝对距离是否大于预设距离值，根据所述大臂俯仰油缸(134)和所述推进梁俯仰油缸(136)的工作行程计算所述大臂主体(130)绕所述第二铰点(B)转动的第一角度(A1)，以及所述翻转头(138)绕所述第三铰点(C)转动的第二角度(A2)，并判断所述第一角度(A1)与所述第二角度(A2)的绝对值之差是否大于预设角度值，当所述绝对距离小于等于所述预设距离值，且所述绝对值之差小于等于所述预设角度值时，判断大臂达到所述预期姿态，控制结束，否则判断大臂未达到所述预期姿态。
5.如权利要求4所述的钻机自动控制系统，其特征在于，所述执行元件控制模块(31)还用于在所述数据处理模块(37)接收所述工作参数之前控制潜孔钻机进行初始化。
6.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的钻机自动控制方法的步骤。
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