CN117034664A - 一种盾构机推进系统液压油缸行程计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种盾构机推进系统液压油缸行程计算方法及装置。该方法包括获取对应于所述盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵，所述盾构机推进系统包括以预定形式分布的多个液压油缸并且多个液压油缸中每个液压油缸包括前球铰和后球铰；确定对应于所述前球铰的前球铰位置矢量和对应于所述后球铰的后球铰位置矢量，所述前球铰位置矢量和所述后球铰位置矢量的至少一者与所述预定形式相关联；基于盾构位姿变换矩阵、所述前球铰位置矢量以及所述后球铰位置矢量确定对应于所述液压油缸的行程求解模型；以及基于所述行程求解模型获取多个所述液压油缸中至少一个液压油缸的行程。以此方式，能够以高准确度同时得到多个液压油缸行程。

Description

一种盾构机推进系统液压油缸行程计算方法及装置

技术领域

本公开一般地涉及建筑领域，特别地涉及一种盾构机推进系统液压油缸行程计算方法及装置。

背景技术

随着我国地下空间大力开发，盾构法凭借着其自身独特优势在隧道施工中得以广发应用。盾构机推进系统通常由一系列环形分布的液压油缸组成，在其承担着克服地层阻力使盾构往前推进、曲线运动、纠偏以及姿态调整等复杂任务。盾构推进过程中，实时精准获取推进系统各液压油缸行程对保障盾构姿态调整、盾尾间隙获取以及管片动态选型等均具有重要意义。

目前关于盾构推进系统油缸行程获取一般是通过测量手段来实现，并且由于成本和安装空间等因素仅选择具有代表性的若干根油缸（工程中一般把油缸分成上下左右四个分区，每个分区选择一根油缸）来测量行程。油缸行程测量手段主要包含外置式和内置式传感器两种。外置式传感器主要包含激光位移传感器和拉线式传感器。内置式传感器一般采用磁致伸缩传感器。

然而，采用激光位移传感器和拉线式传感器等外置式传感器测量液压油缸行程时，需要将其平行油缸轴线方向安装油缸外部，占用空间大，并且易受到外部遮挡、碰撞而无法测量或损坏。采用内置磁致伸缩传感器对使用环境要求严格，液压油缸液压油渗漏时测量不准，并且成本较高。目前工程中，一般在每个分区中选择一根液压油缸布置内置磁致伸缩传感器来测量油缸行程。但盾构曲线掘进、纠偏或姿态调整过程中，所有液压油缸的行程分布并不一致，即便同一分区内的油缸行程也并不一样，因此该种手段难以实时获取所有液压油缸行程的分布特征。

中国专利CN113431592B提供了一种盾构控制方法及其系统，其采用了建立盾构位姿坐标系统，根据盾构位姿坐标系构建盾构位置和姿态的齐次变换矩阵来描述盾构掘进过程中的位姿变化，并结合盾构参数求解盾构推进机构速度雅克比矩阵，以及根据盾周位移与盾构位姿的关系获得盾构位姿变化引起附近的土体位移，然后根据盾构位置和姿态的齐次变换矩阵对盾构掘进过程受的负载进行建模求解各种分力，最后将所求各项负载向动坐标系原点进行简化等效，建立盾构等效负载模型以获得油缸的分区推力。但其解决的是通过控制不同分区油缸的推力实现盾构的推进、姿态调整和纠偏等功能等技术问题，其本质在于对于油缸的推力控制，无法对于液压油缸行程进行计算，无法精确保障盾构姿态调整、盾尾间隙获取以及管片动态选型。

中国专利申请CN115455686A提供了一种种基于动力学建模的盾构掘进位姿预测方法，其采用了根据盾构导向系统获取历史盾构位姿信息和位姿变化率，随后确定盾构位姿变换矩阵，确定盾构推进系统参数后再建立盾构推进系统动力学方程，继而建立盾构推进系统状态空间模型和建立盾构等效负载估计模型，最后建立盾构掘进位姿预测模型。其解决的是盾构位姿预测中可解释性差、预测精度不足，无法为盾构司机或是自动控制系统调整盾构位姿提供理论依据的技术问题，对于油缸行程计算则完全没有考虑和设计。

中国专利申请CN116066123A提供了基于模型预测控制的盾构掘进轨迹自动跟踪控制方法，其主要目的在于盾构掘进轨迹自动跟踪控制，并未提供对于液压缸行程的模型和方案。

因此，急需一种盾构机推进系统液压油缸行程计算方法和装置，以至少部分地解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

根据本公开的示例实施例，提供了一种盾构机推进系统液压油缸行程计算方案，以克服现有采用测量手段难以获取所有油缸行程分布的不足。

在本公开的第一方面中，提供了一种盾构机推进系统液压油缸行程计算方法。该方法包括：获取对应于盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵，盾构机推进系统包括以预定形式分布的多个液压油缸并且多个液压油缸中每个液压油缸包括前球铰和后球铰；确定对应于前球铰的前球铰位置矢量和对应于后球铰的后球铰位置矢量，前球铰位置矢量和后球铰位置矢量的至少一者与预定形式相关联；基于盾构位姿变换矩阵、前球铰位置矢量以及后球铰位置矢量确定对应于液压油缸的行程求解模型；以及基于行程求解模型获取多个液压油缸中至少一个液压油缸的行程。

在一些实施例中，获取对应于盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵包括：构建盾构机盾构位姿坐标系统；基于盾构机导向系统，在位姿坐标系统中获取盾构位姿矢量；以及基于盾构位姿矢量，获取对应于盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵。

在一些实施例中，构建盾构机盾构位姿坐标系统包括：建立两个坐标系，包括固定在管片环上的定坐标系{A-XYZ}、固定在盾构机上的动坐标系{B-xyz}；构建定坐标系{A-XYZ}，该坐标系固定到给推进液压油缸提供反力的管片环上，原点A是油缸后球铰的分布中心，X轴沿管片轴线并指向盾构掘进方向，Z轴通过原点A竖直向上，Y轴方向由右手定则确定；构建动坐标系{B-xyz}，该坐标系固结到中盾背板，原点B是油缸前球铰的分布中心，x轴沿盾构机中轴线指向盾构掘进方向，z轴垂直盾构机的中心轴并竖直向上，y轴方向按右手定则确定。

在一些实施例中，盾构位姿矢量；盾构位姿变换矩阵为；其中/>表示盾构机推进油缸前球铰分布圆中心的位置坐标，/>表示盾构机的滚动角、俯仰角和横摆角，T表示矩阵或向量的转置，c代表余弦函数cos；s代表正弦函数sin。

在一些实施例中，在定坐标系{A-XYZ}下，后球铰位置矢量为A _i，并且前球铰位置矢量为B _i，，其中i=1,2,3……n，n为推进系统液压油缸的总根数。

在一些实施例中，行程求解模型公式为：；其中i=1,2,3……n，n为推进系统液压油缸的总根数，l _i为第i根推进系统液压油缸的行程，L为液压油缸缸体长度。

在一些实施例中，利用盾构机导向系统采集获取盾构位姿矢量。

在一些实施例中，预定形式包括多个液压油缸的总数目、分布密度、分布形状中的一者或多者。

在一些实施例中，基于行程求解模型获取多个液压油缸中至少一个液压油缸的行程包括：基于行程求解模型求解得到多个液压油缸中所有油缸的行程并生成行程分布图。

在本公开的第二方面中，提供了一种盾构机推进系统液压油缸行程计算装置，该装置用于执行根据本公开第一方面的方法。

根据本公开的各个实施例至少能够起到如下技术效果：

根据本公开各个实施例的盾构机推进系统液压油缸行程计算方案能够同时给出所有液压油缸的行程，能够提供完整的行程参考。

根据本公开各个实施例的盾构位姿变换矩阵、盾构位姿矢量参数少以及求解模型公式，参数可获得性和可复用性高，模型公式高度耦合，同时能够避免使用复杂昂贵的传感器，能够以极低成本实现盾构机推进系统液压油缸行程的准确计算。

根据本公开各个实施例的盾构机推进系统液压油缸行程计算方案不受复杂施工环境影响，求解精度高。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定，其中：

图1示出了根据本公开的一些实施例的盾构机推进系统液压油缸行程计算方法的示意流程图；

图2示出了根据本公开的一些实施例的坐标系布置示意图；

图3示出了根据本公开的一些实施例的求解得到的盾构推进系统油缸行程分布示意图；

图4示出了根据本公开的实施例的用于执行多个任务的示例装置的框图；以及

图5示出了能够实施本公开的多个实施例的示例计算装置的框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

如前文所述，目前的技术中，采用激光位移传感器和拉线式传感器等外置式传感器测量液压油缸行程时，需要将其平行油缸轴线方向安装油缸外部，占用空间大，并且易受到外部遮挡、碰撞而无法测量或损坏，采用内置磁致伸缩传感器对使用环境要求严格，液压油缸液压油渗漏时测量不准，并且成本较高，并且一般在每个分区中选择一根液压油缸布置内置磁致伸缩传感器来测量油缸行程。但盾构曲线掘进、纠偏或姿态调整过程中，所有液压油缸的行程分布并不一致，即便同一分区内的油缸行程也并不一样，因此该种手段难以实时获取所有液压油缸行程的分布特征。

为此，本公开提供了一种盾构机推进系统液压油缸行程计算方法及装置。该方案构建盾构位姿坐标系统，获取盾构掘进过程中的位姿信息，明确盾构的位姿矩阵，根据盾构推进系统液压油缸的分布形式，确定液压油缸前后球铰位置的矢量，并建立盾构推进系统液压油缸行程求解模型。以此方式，能够同时给出所有液压油缸的行程，能够提供完整的行程参考，并且盾构位姿变换矩阵、盾构位姿矢量参数少以及求解模型公式，参数可获得性和可复用性高，模型公式高度耦合，同时能够避免使用复杂昂贵的传感器，能够以极低成本实现盾构机推进系统液压油缸行程的准确计算。而且，该行程计算方案不受复杂施工环境影响，求解精度高。

下文将结合图1至图4介绍本公开的示例性实施例。

图1示出了根据本公开的一些实施例的盾构机推进系统液压油缸行程计算方法100的示意流程图。

如图1所示，在101，获取对应于盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵，盾构机推进系统包括以预定形式分布的多个液压油缸并且多个液压油缸中每个液压油缸包括前球铰和后球铰。

在103，确定对应于前球铰的前球铰位置矢量和对应于后球铰的后球铰位置矢量，前球铰位置矢量和后球铰位置矢量的至少一者与预定形式相关联。预定形式例如可以包括多个液压油缸的总数目、分布密度、分布形状中的一者或多者。

在105，基于盾构位姿变换矩阵、前球铰位置矢量以及后球铰位置矢量确定对应于液压油缸的行程求解模型。

在107，基于行程求解模型获取多个液压油缸中至少一个液压油缸的行程。

下文将结合图2和图3介绍本公开的具体示例性实施例。其中图2示出了根据本公开的一些实施例的坐标系布置示意图，并且图3示出了根据本公开的一些实施例的求解得到的盾构推进系统油缸行程分布示意图。

在一些实施例中，获取对应于盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵可以包括如下操作：构建盾构机盾构位姿坐标系统；基于盾构机导向系统，在位姿坐标系统中获取盾构位姿矢量；以及基于盾构位姿矢量，获取对应于盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵。

如图2所示，在一个实施例中，构建盾构机盾构位姿坐标系统可以通过如下方式来实现：建立两个坐标系，两个坐标系分别包括固定在管片环上的定坐标系{A-XYZ}、固定在盾构机上的动坐标系{B-xyz}。具体而言，可以首先构建定坐标系{A-XYZ}，该坐标系固定到给推进液压油缸提供反力的管片环6上，原点A是油缸后球铰5的分布中心，X轴沿管片轴线并指向盾构掘进方向，Z轴通过原点A竖直向上，Y轴方向由右手定则确定。继而，构建动坐标系{B-xyz}，该坐标系固结到中盾背板1，原点B是油缸前球铰2的分布中心，x轴沿盾构机中轴线指向盾构掘进方向，z轴垂直盾构机的中心轴并竖直向上，y轴方向按右手定则确定。油缸前球铰2和油缸后球铰5中间设置有油缸缸体3和油缸活塞4，通过油缸缸体3和油缸活塞4的相对移动，油缸行程不断变化。

在一些实施例中，确定盾构掘进位姿信息，包括盾构位姿矢量，其中/>表示盾构机推进油缸前球铰分布圆中心的位置坐标；/>表示盾构机的滚动角、俯仰角和横摆角，T表示矩阵或向量的转置。在一个实施例中，上述参数可以通过盾构机导向系统采集获取，例如可以取。

在一些实施例中，根据盾构掘进位姿信息确定盾构位姿变换矩阵，盾构位姿变换矩阵计算公式可以为：

——（1）

其中，代表余弦函数cos；/>代表正弦函数sin。

由此一来，在的实施例中，盾构位姿变化矩阵根据公式（1）能够确定为：

——（2）

在一个实施例中，进一步，可以根据盾构推进系统液压油缸分布形式确定液压油缸前后球铰位置矢量。具体地，所有油缸后球铰5在定坐标系{A-XYZ}下的位置矢量A _i，i=1,2,3……n，n为推进系统液压油缸的总根数，并且所有油缸前球铰2在动坐标系{B-xyz}下的位置矢量B _i可表示为：

——（3）

在的实施例中，盾构推进系统液压油缸根数n取值为32，各油缸后球铰5位置矢量A _i取值如下：

——（4）

进一步，可以建立盾构推进系统液压油缸行程求解模型。具体地，可以根据盾构机推进系统油缸前后球铰位置矢量和盾构位姿变换矩阵，建立盾构推进系统液压油缸行程求解模型，公式为：

——（5）

其中i=1,2,3……n，n为推进系统液压油缸的总根数，l _i为第i根推进系统液压油缸的行程，L为液压油缸缸体长度。

在的实施例中，具体地，将式（2）和式（4）带入式（5），即可进行求解盾构推进系统所有油缸的行程，求解结果如图3所示，图中油缸行程分布值由内向外依次为404mm、406mm、408mm、410mm、412mm、414mm、416mm、418mm、420mm、422mm，所有32根液压油缸行程均体现在盾构推进系统油缸行程分布图上。在其他实施例中，也可以仅求解部分油缸行程，本公开对此不作限制。

图4示出了根据本公开的实施例的用于执行多个任务的示例装置400的框图。如图4所示，装置可以包括盾构位姿变换矩阵获取模块401、前后球铰位置矢量确定模块403、行程求解模型确定模块405以及液压油缸行程求解模块407。

在一些实施例中，盾构位姿变换矩阵获取模块401被配置为获取对应于盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵，盾构机推进系统包括以预定形式分布的多个液压油缸并且多个液压油缸中每个液压油缸包括前球铰和后球铰。

在一个实施例中，盾构位姿变换矩阵获取模块401还被配置为：构建盾构机盾构位姿坐标系统；基于盾构机导向系统，在位姿坐标系统中获取盾构位姿矢量；以及基于盾构位姿矢量，获取对应于盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵。

在一些实施例中，前后球铰位置矢量确定模块403被配置为确定对应于前球铰的前球铰位置矢量和对应于后球铰的后球铰位置矢量，前球铰位置矢量和后球铰位置矢量的至少一者与预定形式相关联。

在一些实施例中，行程求解模型确定模块405被配置为基于盾构位姿变换矩阵、前球铰位置矢量以及后球铰位置矢量确定对应于液压油缸的行程求解模型。

在一些实施例中，液压油缸行程求解模块407还被配置为基于行程求解模型获取多个液压油缸中至少一个液压油缸的行程。液压油缸行程求解模块被配置为基于行程求解模型求解得到多个液压油缸中所有油缸的行程并生成行程分布图。

在一个实施例中，盾构位姿变换矩阵获取模块401还被配置为：建立两个坐标系，包括固定在管片环上的定坐标系{A-XYZ}、固定在盾构机上的动坐标系{B-xyz}；构建定坐标系{A-XYZ}，该坐标系固定到给推进液压油缸提供反力的管片环上，原点A是油缸后球铰的分布中心，X轴沿管片轴线并指向盾构掘进方向，Z轴通过原点A竖直向上，Y轴方向由右手定则确定；构建动坐标系{B-xyz}，该坐标系固结到中盾背板，原点B是油缸前球铰的分布中心，x轴沿盾构机中轴线指向盾构掘进方向，z轴垂直盾构机的中心轴并竖直向上，y轴方向按右手定则确定。

具体地，在一个实施例中，盾构位姿矢量；

盾构位姿变换矩阵为：

；

其中表示盾构机推进油缸前球铰分布圆中心的位置坐标，/>表示盾构机的滚动角、俯仰角和横摆角，T表示矩阵或向量的转置，/>代表余弦函数cos；/>代表正弦函数sin。

进一步，在定坐标系{A-XYZ}下，后球铰位置矢量为A _i，并且前球铰位置矢量为B _i，，其中i=1,2,3……n，n为推进系统液压油缸的总根数。

行程求解模型公式为：

；

其中i=1,2,3……n，n为推进系统液压油缸的总根数，l _i为第i根推进系统液压油缸的行程，L为液压油缸缸体长度。其中可以利用盾构机导向系统采集获取盾构位姿矢量，并且预定形式可以包括多个液压油缸的总数目、分布密度、分布形状中的一者或多者。

图5示出了能够实施本公开的多个实施例的示例计算设备500的框图。例如，根据本公开的盾构机推进系统液压油缸行程计算方法及装置可以由设备500实施或部署在设备500中。如图5所示，设备500包括CPU 501（中央处理单元），其可以根据存储在ROM 502（只读存储器）中的计算机程序指令或者从存储单元508加载到随机访问存储器（RAM）503中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中，还可存储设备500操作所需的各种程序和数据。CPU 501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。I/O接口505（输入/输出接口）也连接至总线504。

设备500中的多个部件连接至I/O接口505，包括：输入单元506，例如键盘、鼠标等；输出单元507，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元508，例如磁盘、光盘等；以及通信单元509，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元509允许设备500通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

上文所描述的各个过程和处理，例如盾构机推进系统液压油缸行程计算方法，可由CPU 501执行。例如，在一些实施例中，盾构机推进系统液压油缸行程计算方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元508。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 502和/或通信单元509而被载入和/或安装到设备500上。当计算机程序被加载到RAM 503并由CPU 501执行时，可以执行上文描述的盾构机推进系统液压油缸行程计算方法的一个或多个动作。

本公开可以是方法、装置、系统和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、静态随机存取存储器（SRAM）、便携式压缩盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能盘（DVD）、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波（例如，通过光纤电缆的光脉冲）、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构（ISA）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网（LAN）或广域网（WAN）—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA）或可编程逻辑阵列（PLA），该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种盾构机推进系统液压油缸行程计算方法，其特征在于，包括：

获取对应于所述盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵，所述盾构机推进系统包括以预定形式分布的多个液压油缸并且多个液压油缸中每个液压油缸包括前球铰和后球铰；

确定对应于所述前球铰的前球铰位置矢量和对应于所述后球铰的后球铰位置矢量，所述前球铰位置矢量和所述后球铰位置矢量的至少一者与所述预定形式相关联；

基于盾构位姿变换矩阵、所述前球铰位置矢量以及所述后球铰位置矢量确定对应于所述液压油缸的行程求解模型；以及基于所述行程求解模型获取多个所述液压油缸中至少一个液压油缸的行程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取对应于所述盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵包括：

构建盾构机盾构位姿坐标系统；

基于盾构机导向系统，在所述位姿坐标系统中获取盾构位姿矢量；以及

基于所述盾构位姿矢量，获取对应于所述盾构机推进系统的盾构位姿变换矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，构建盾构机盾构位姿坐标系统包括：

建立两个坐标系，包括固定在管片环上的定坐标系{A-XYZ}、固定在盾构机上的动坐标系{B-xyz}；

构建定坐标系{A-XYZ}，该坐标系固定到给推进液压油缸提供反力的管片环上，原点A是油缸后球铰的分布中心，X轴沿管片轴线并指向盾构掘进方向，Z轴通过原点A竖直向上，Y轴方向由右手定则确定；

构建动坐标系{B-xyz}，该坐标系固结到中盾背板，原点B是油缸前球铰的分布中心，x轴沿盾构机中轴线指向盾构掘进方向，z轴垂直盾构机的中心轴并竖直向上，y轴方向按右手定则确定。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述盾构位姿矢量；

所述盾构位姿变换矩阵为：

；

其中表示盾构机推进油缸前球铰分布圆中心的位置坐标，/>表示盾构机的滚动角、俯仰角和横摆角，T表示矩阵或向量的转置，c代表余弦函数cos；s代表正弦函数sin。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述定坐标系{A-XYZ}下，所述后球铰位置矢量为A _i，并且所述前球铰位置矢量为B _i，，其中i=1,2,3……n，n为推进系统液压油缸的总根数。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述行程求解模型公式为：

；

其中i=1,2,3……n，n为推进系统液压油缸的总根数，l _i为第i根推进系统液压油缸的行程，L为液压油缸缸体长度。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用所述盾构机导向系统采集获取所述盾构位姿矢量。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定形式包括多个所述液压油缸的总数目、分布密度、分布形状中的一者或多者。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述行程求解模型获取多个所述液压油缸中至少一个液压油缸的行程包括：

基于所述行程求解模型求解得到多个所述液压油缸中所有油缸的行程并生成行程分布图。

10.一种盾构机推进系统液压油缸行程计算装置，其特征在于，所述装置用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。