CN117470196A - 隧道施工设备的臂架末端误差测量、控制的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种隧道施工设备的臂架末端误差测量、控制的方法及系统。隧道施工设备(10)的臂架末端误差测量方法，隧道施工设备(10)包括底盘(11)和臂架(12)，其中，臂架末端误差测量方法包括：通过安装在臂架(12)的臂架末端(12e)上的图像采集单元(30)获取独立于隧道施工设备(10)的测量桩(20)上的可识别目标(21)的图像，并根据可识别目标(21)的图像确定可识别目标(21)相对于图像采集单元(30)的位姿信息；将可识别目标(21)相对于图像采集单元(30)的位姿信息转换为可识别目标(21)相对于底盘(11)的位姿信息；根据位姿参考信息和可识别目标(21)相对于底盘(11)的位姿信息和确定臂架末端(12e)的误差信息。

Description

隧道施工设备的臂架末端误差测量、控制的方法及系统

技术领域

本公开涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道施工设备的臂架末端误差测量、控制的方法及系统。

背景技术

随着隧道施工无人化、智能化相关方面的研究越来越多，出现了用于钻爆法施工的全电脑凿岩台车。相比于上一代半电脑凿岩台车，虽然减少了操作手的数量，提高了操作手的安全性，但存在着因全电脑凿岩台车的臂架较长较重，导致臂架挠度过大，末端执行器定位精度较低的问题。尤其是在使用凿岩台车等大型机械臂架进行自动对孔施工时，往往出现对孔偏差较大，爆破后出现欠爆和过爆的情况，影响施工效率。

发明内容

发明人经研究发现，在一些凿岩台车的相关技术中，由于凿岩台车整体尺寸较大，且其臂架较长，并受限于比较恶劣的使用环境，普通测量仪器难以进行准确的测量，在进行施工的过程中，需要频繁地人工使用全站仪检测机械臂的臂架末端位姿以进行误差校正，使得施工效率较低；而在一些机器人相关技术中，涉及到机械臂的末端执行器的位姿误差检测，这些相关技术通常用于工业机器人的使用场景，其但不适合在具有大型臂架的隧道施工设备的使用场景下应用。

有鉴于此，本公开实施例提供一种隧道施工设备的臂架末端误差测量、控制的方法及系统，能够满足隧道施工设备的使用场景下的应用需求，并提高效率。

在本公开的一个方面，提供一种隧道施工设备的臂架末端误差测量方法，所述隧道施工设备包括底盘和臂架，其中，所述臂架末端误差测量方法包括：

通过安装在所述臂架的臂架末端上的图像采集单元获取独立于所述隧道施工设备的测量桩上的可识别目标的图像，并根据所述可识别目标的图像确定所述可识别目标相对于所述图像采集单元的位姿信息；

将所述可识别目标相对于所述图像采集单元的位姿信息转换为所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息；

根据位姿参考信息和所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息和确定所述臂架末端的误差信息。

在一些实施例中，所述臂架末端误差测量方法还包括：

在所述臂架前方设置具有所述可识别目标的所述测量桩；

通过测绘装置获取所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息作为所述位姿参考信息。

在一些实施例中，将所述可识别目标相对于所述图像采集单元的位姿信息转换为所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息的步骤包括：

根据所述可识别目标相对于所述图像采集单元的位姿信息、所述图像采集单元相对于所述臂架末端的位姿信息以及所述臂架末端相对于所述底盘的位姿信息，计算所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息。

在一些实施例中，所述隧道施工设备还包括臂架驱动机构，所述臂架驱动机构用于驱动所述臂架相对于所述底盘运动，其中，所述臂架末端误差测量方法还包括：

通过所述臂架驱动机构驱动所述臂架运动到使设置在所述臂架前方的测量桩处于所述图像采集单元的取景范围的位置。

在一些实施例中，在通过所述臂架驱动机构驱动所述臂架运动到使所述臂架前方的测量桩处于所述图像采集单元的取景范围的位置时，所述臂架末端误差测量方法还包括：

获取所述臂架的各个关节的关节角；

根据所述各个关节的关节角确定所述臂架末端相对于所述底盘的位姿信息。

在一些实施例中，所述臂架末端误差测量方法还包括：

根据所述图像采集单元在所述臂架末端上的预设安装位置确定所述图像采集单元相对于所述臂架末端的位姿信息。

在一些实施例中，根据位姿参考信息和所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息和确定所述臂架末端的误差信息的步骤包括：

计算所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息中的位置信息和所述位姿参考信息中的位置信息的差值，来确定所述臂架末端的位置误差。

在一些实施例中，所述测绘装置包括全站仪，通过测绘装置获取所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息作为所述位姿参考信息的步骤包括：

通过所述全站仪获取所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息作为所述位姿参考信息。

在一些实施例中，所述可识别目标为设置在所述测量桩表面上的图像编码。

在一些实施例中，所述图像编码为二维码。

在一些实施例中，所述图像采集单元包括深度相机。

在本公开的一个方面，提供一种臂架末端误差控制方法，包括：

通过前述的臂架末端误差测量方法确定所述臂架末端的误差信息；

根据所述臂架末端的误差信息进行误差补偿；

在误差补偿后，通过所述臂架末端误差测量方法对所述臂架末端进行精度验证。

在本公开的一个方面，提供一种隧道施工设备的臂架末端误差测量系统，所述隧道施工设备包括底盘和臂架，其中，所述臂架末端误差测量系统包括：

图像采集单元，安装在所述臂架的臂架末端上；

测量桩，独立于所述隧道施工设备设置，且具有可识别目标；

上位机，与所述图像采集单元信号连接，被配置为：

通过所述图像采集单元获取所述测量桩上的可识别目标的图像；

将所述可识别目标相对于所述图像采集单元的位姿信息转换为所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息；

根据位姿参考信息和所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息和确定所述臂架末端的误差信息。

在一些实施例中，所述臂架末端误差测量系统还包括：

测绘装置，与所述上位机信号连接，被配置为获取所述可识别目标相对于所述底盘的位姿信息作为所述位姿参考信息。

在一些实施例中，所述可识别目标为设置在所述测量桩表面上的图像编码。

在一些实施例中，所述图像采集单元包括深度相机。

在一些实施例中，所述隧道施工设备还包括臂架驱动机构，所述臂架驱动机构用于驱动所述臂架相对于所述底盘运动，其中，所述上位机与所述臂架驱动机构信号连接，被配置为：

通过所述臂架驱动机构驱动所述臂架运动到使设置在所述臂架前方的测量桩处于所述图像采集单元的取景范围的位置。

在本公开的一个方面，提供一种臂架末端误差控制系统，包括：

前述的臂架末端误差测量系统；

误差补偿模块，与所述上位机信号连接，被配置为根据所述臂架末端的误差信息进行误差补偿；

精度验证模块，与所述上位机信号连接，被配置为在所述误差补偿模块进行误差补偿后，调用所述臂架末端误差测量系统对所述臂架末端进行精度验证。

因此，根据本公开实施例，通过设置在臂架末端的图像采集单元对独立于隧道施工设备的测量桩上的可识别目标的图像进行获取，并根据该图像来确定出可识别目标相对于图像采集单元的位姿信息，然后通过位姿转换来获得可识别目标相对于底盘的位姿信息，通过比较位姿参考信息可确定出臂架末端的误差信息。这样，在有位姿参考信息的情况下，可方便地进行臂架末端误差的测量，而无需频繁地使用测绘仪器进行测量，从而极大地提高施工效率，而相比于工业机器人的相关技术，本实施例能够满足隧道施工设备基于其整体尺寸较大、臂架较长，并处于比较恶劣的使用环境下的施工要求。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是根据本公开一些实施例的隧道施工设备的臂架末端误差测量方法的应用场景示意图；

图2是根据本公开一些实施例的隧道施工设备的臂架末端误差测量方法的流程示意图；

图3是根据本公开一些实施例的隧道施工设备的臂架末端误差测量系统的信号关系示意图；

图4是根据本公开一些实施例的臂架末端误差控制方法的流程示意图；

图5是根据本公开一些实施例的臂架末端误差控制系统的信号关系示意图。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在一些凿岩台车的相关技术中，由于凿岩台车整体尺寸较大，且其臂架较长，并受限于比较恶劣的使用环境，普通测量仪器难以进行准确的测量，在进行施工的过程中，需要频繁地人工使用全站仪检测机械臂的臂架末端位姿以进行误差校正，使得施工效率较低；而在一些机器人相关技术中，涉及到机械臂的末端执行器的位姿误差检测，这些相关技术通常用于工业机器人的使用场景，其但不适合在具有大型臂架的隧道施工设备的使用场景下应用。

有鉴于此，本公开实施例提供一种隧道施工设备的臂架末端误差测量、控制的方法及系统，能够满足隧道施工设备的使用场景下的应用需求，并提高效率。

图1是根据本公开一些实施例的隧道施工设备的臂架末端误差测量方法的应用场景示意图。图2是根据本公开一些实施例的隧道施工设备的臂架末端误差测量方法的流程示意图。

参考图1，本公开实施例提供了一种隧道施工设备10的臂架末端误差测量方法。所述隧道施工设备10包括底盘11和臂架12。

隧道施工设备10可以为凿岩台车、隧道台车等。底盘11可用于隧道施工设备10的行走以及上车部分的承载等。底盘11可包括车架、转台、行走机构、支腿等。臂架12包括一节或多节臂，根据实现的功能，臂架12的各节臂可以实现相对的转动或者实现相对的伸缩运动。

参考图1和图2，所述臂架末端误差测量方法包括步骤S12、步骤S13和步骤S14。各个步骤可通过设置在隧道施工设备10中的上位机或者通过与隧道施工设备10远程通讯的远程平台执行。

在步骤S12中，通过安装在所述臂架12的臂架末端12e上的图像采集单元30获取独立于所述隧道施工设备10的测量桩20上的可识别目标21的图像。

测量桩20独立于隧道施工设备10进行设置，其位置不受到隧道施工设备10的运行和隧道施工设备10中各部件动作的影响，从而可以作为可靠的参照物体。例如，可将测量桩20设置在臂架12的前方，也可以设置在隧道施工设备10的正前侧或左前方、右前方或前侧上方等位置。

可识别目标21可以为测量桩20自身的图案或结构，也可以是设置在测量桩20上安装的结构或安装结构上的图案。例如可识别目标21为测量桩20上的凸起或凹入结构，或者印刷或粘贴在测量桩20表面的图案；可识别目标21也可以为焊接或通过连接件连接在测量桩20上的特定结构，或者在该特定结构上印刷或粘贴的图案。图案可以为数字、字母、纯色色块或者图像编码等。

可选地，可识别目标21为设置在所述测量桩20表面上的图像编码。图像编码相比于其他形式(例如数字、字母、纯色色块等)，可以承载特定信息，以方便图像处理时对可识别目标21进行准确的识别，实现更高的识别精度。进一步地，所述图像编码优选为二维码(QPcode)。二维码不仅能够承载较多的信息，而且其包含坐标方向信息，可以通过二维码的位置和方位来确定出可识别目标的位姿。

图像采集单元30安装在所述臂架12的臂架末端12e上，由于其位于臂架末端12e，因此图像采集单元30相对于臂架末端12e的位姿关系基本是固定的，不太受臂架挠度的影响，因此能够间接地反映出臂架末端12e的位姿。图像采集单元30所获得的可识别目标21的图像可通过算法来确定出所述可识别目标21相对于所述图像采集单元30的位姿信息。

在一些实施例中，图像采集单元30包括深度相机。深度相机在获取测量桩20上的可识别目标21时所获得的可识别目标21的图像含有深度信息，这样可以准确地获取可识别目标21相对于深度相机在相互正交的三个方向上的位置信息以及姿态信息。可选地，深度相机为RGB-D相机，其获得的深度图像包含普通RGB三通道彩色图像和深度图Depth Map，且RGB图和深度图是配准的。深度图包含与视点场景对象表面距离有关信息的图像通道，通道本身类似于灰度图像，每个像素值是传感器测出距离物体的实际距离。

在步骤S13中，根据所述可识别目标21的图像确定所述可识别目标21相对于所述图像采集单元30的位姿信息，将所述可识别目标21相对于所述图像采集单元30的位姿信息转换为所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息。

位姿信息转换所用的位姿转换关系可体现为位姿转换矩阵，通过矩阵计算可以将可识别目标21相对于所述图像采集单元30的位姿信息转换成可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息。

在步骤S14中，根据位姿参考信息和所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息和确定所述臂架末端12e的误差信息。

通过设置在臂架末端的图像采集单元对独立于隧道施工设备的测量桩上的可识别目标的图像进行获取，并根据该图像来确定出可识别目标相对于图像采集单元的位姿信息，然后通过位姿转换来获得可识别目标相对于底盘的位姿信息，通过比较位姿参考信息可确定出臂架末端的误差信息。这样，在有位姿参考信息的情况下，可方便地进行臂架末端误差的测量，而无需频繁地使用测绘仪器进行测量，从而极大地提高施工效率，而相比于工业机器人的相关技术，本实施例能够满足隧道施工设备基于其整体尺寸较大、臂架较长，并处于比较恶劣的使用环境下的施工要求。

这里位姿参考信息可通过其他方式获得，例如通过测绘装置来获得。在一些实施例中，臂架末端误差测量方法还包括：在所述臂架12前方设置具有所述可识别目标21的所述测量桩20；通过测绘装置获取所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息作为所述位姿参考信息。相比于通过全站仪频繁检测臂架末端位姿的相关技术，本实施例只需在设置测量桩时的测绘装置检测来获得位姿参考信息，无需频繁地使用测绘装置进行测量，从而极大地提高施工效率。

可选地，测绘装置包括全站仪，通过测绘装置获取所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息作为所述位姿参考信息的步骤包括：通过所述全站仪获取所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息作为所述位姿参考信息。

由于在隧道施工设备整体尺寸较大、臂架较长，并处于比较恶劣的使用环境下，全站仪40可以获得可识别目标21相对于所述底盘11非常准确的位姿信息，因此可作为位姿参考信息来识别臂架末端的误差程度，以便进行更加精准的校正，满足隧道施工设备基特定使用环境下的施工要求。而且，使用全站仪测量臂架末端误差时可以获得与误差补偿相关的至少500多个点位的数据，从而在确定误差后能够有针对性地进行设备多个位置及数据的校正。。

参考图1和图2，在一些实施例中，所述隧道施工设备10还包括臂架驱动机构13，所述臂架驱动机构13用于驱动所述臂架12相对于所述底盘11运动。所述臂架末端误差测量方法还包括步骤S11。步骤S11可在步骤S12之前执行。

在步骤S11中，通过所述臂架驱动机构13驱动所述臂架12运动到使所述臂架12前方的测量桩20处于所述图像采集单元30的取景范围的位置。

图1示出了臂架12前方的测量桩20，操作手可通过操作臂架驱动机构13来摆动臂架12，以使测量桩20落在深度相机的取景范围内。臂架驱动机构13可包括驱动整个臂架12回转的回转驱动机构或驱动整个臂架12变幅的变幅驱动机构，也可以包括驱动臂架12中相邻臂节伸缩的伸缩驱动机构或驱动相邻臂节间的关节转动的转动驱动机构。驱动机构可采用电机、液压油缸或气缸等形式。

通过臂架驱动机构13驱动臂架12运动到使所述臂架12前方的测量桩20处于所述臂架末端12e安装的图像采集单元30的取景范围的位置，这样深度相机就能够拍摄到测量桩20上的可识别目标21了。这种情况也包括初始位置下的臂架12已使得测量桩20处于图像采集单元30的取景范围。

在上述实施例中，步骤S13中将所述可识别目标21相对于所述图像采集单元30的位姿信息转换为所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息的步骤可包括：根据所述可识别目标21相对于所述图像采集单元30的位姿信息、所述图像采集单元30相对于所述臂架末端12e的位姿信息、所述臂架末端12e相对于所述底盘11的位姿信息，计算所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息。

举例来说，通过对图像采集单元30(例如深度相机)所拍摄的深度图像进行分析，确定所述可识别目标21相对于所述图像采集单元30的位姿信息T1。所述图像采集单元30相对于所述臂架末端12e的位姿信息T2可根据图像采集单元30的实际安装位置和安装角度确定。所述臂架末端12e相对于所述底盘11的位姿信息T3可通过臂架中各个臂节的尺寸以及臂架驱动机构13所包含的各个驱动元件的驱动情况(例如位移或转动角度等)来计算获得。这样，可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息T4可通过例如以下的公式计算获得：

T4＝T1*T2*T3。

这里的位姿信息包含相应坐标系下的位置和姿态信息，可表示为[X,Y,Z,R,P,Y]。以深度相机相对于所述臂架末端12e的位姿信息T2为例，这里的位姿信息T2指的是深度相机在臂架末端12e的直角坐标系下的位置和姿态信息。同理，位姿信息T1指的是可识别目标21在所述深度相机的直角坐标系下的的位置和姿态信息，位姿信息T3指的是所述臂架末端12e在所述底盘11的直角坐标系下的的位置和姿态信息，位姿信息T4指的是可识别目标21在所述底盘11的直角坐标系下的位置和姿态信息。

对于臂架末端12e相对于所述底盘11的位姿信息T3的确定，可以在步骤S11中通过所述臂架驱动机构13驱动所述臂架12运动到使所述臂架12前方的测量桩20处于所述臂架末端12e安装的图像采集单元30的取景范围的位置时进行，即所述臂架末端误差测量方法还包括：获取所述臂架12的各个关节的关节角；根据所述各个关节的关节角确定所述臂架末端12e相对于所述底盘11的位姿信息。

根据臂架12的各个关节的关节角，结合臂架12的各个关节所连接的臂节的长度等信息可以计算出臂架末端12e在所述底盘11的直角坐标系下的位置信息和姿态信息。关节角是臂架12所包括的各个臂节相对于其转轴的角度，例如大臂俯仰30°，摆动-15°，推进梁翻转120°等。

对于图像采集单元30相对于所述臂架末端12e的位姿信息T2的确定，可以在臂架末端12e上预设图像采集单元30的安装位置，从而根据所述图像采集单元30在所述臂架末端12e上的预设安装位置确定所述深度相机相对于所述臂架末端12e的位姿信息。这样无需专门对图像采集单元30的位置进行测量，而可以直接根据预设安装位置来确定出图像采集单元30相对于所述臂架末端12e的位姿信息T2。

在上述各个实施例中，步骤S14中根据所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息和通过全站仪40获取的所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿参考信息确定所述臂架末端12e的误差信息的步骤包括：计算所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息中的位置信息和所述位姿参考信息中的位置信息的差值，来确定所述臂架末端12e的位置误差。

这里对位置误差进行计算，相应地可以分别计算底盘的直角坐标系下的x、y、z三个坐标轴下相对于参考位置的差值，以确定出臂架末端12e在这三个坐标轴下的位置误差，从而方便进行对应的误差校正。

图3是根据本公开一些实施例的隧道施工设备的臂架末端误差测量系统的信号关系示意图。

参考图1，本公开实施例提供了一种隧道施工设备10的臂架末端误差测量系统。参考前面的隧道施工设备10的臂架末端误差测量方法的实施例，所述隧道施工设备10包括底盘11和臂架12。所述臂架末端误差测量系统包括：图像采集单元30、测量桩20和上位机50。

上位机50可以为是隧道施工设备10的组成部分，也可以为与隧道施工设备10进行远程通讯的远程平台。图像采集单元30和测量桩20可以作为隧道施工设备10的配件随隧道施工设备10一起销售和使用，也可以独立于隧道施工设备10而单独销售和使用。

图像采集单元30安装在臂架12的臂架末端12e上。测量桩20独立于所述隧道施工设备10设置，且具有可识别目标21。例如测量桩20设置在所述隧道施工设备10的臂架12前方，所述可识别目标21可以为数字、字母、纯色色块或者图像编码等，优选地为设置在所述测量桩20表面上的图像编码。进一步地，图像编码可选为二维码(QPcode)。图像采集单元30可包括深度相机，而深度相机可选为RGB-D相机。

上位机50与所述图像采集单元30信号连接，被配置为：通过所述图像采集单元30获取所述测量桩20上的可识别目标21的图像；将所述可识别目标21相对于所述图像采集单元30的位姿信息转换为所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息；根据位姿参考信息和所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息和确定所述臂架末端12e的误差信息。即上位机50可执行图2所示的臂架末端误差测量方法的步骤S12、步骤S13和步骤S14。

参考图3，在一些实施例中，臂架末端误差测量系统还包括测绘装置40。测绘装置40与所述上位机50信号连接，被配置为获取所述可识别目标21相对于所述底盘11的位姿信息作为所述位姿参考信息。

参考图3，在一些实施例中，所述隧道施工设备10还包括臂架驱动机构13，所述臂架驱动机构13用于驱动所述臂架12相对于所述底盘11运动，其中，所述上位机50与所述臂架驱动机构13信号连接，被配置为：通过所述臂架驱动机构13驱动所述臂架12运动到使设置在所述臂架12前方的测量桩20处于所述图像采集单元30的取景范围的位置。

对于臂架末端误差测量系统实施例而言，由于其整体以及涉及的步骤与前面臂架末端误差测量方法实施例中的内容存在对应关系，因此描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

图4是根据本公开一些实施例的臂架末端误差控制方法的流程示意图。

参考图4，本公开实施例提供一种臂架末端误差控制方法，包括步骤S10、步骤S20和步骤S30。这里各个步骤可通过设置在隧道施工设备10中的上位机或者通过与隧道施工设备10远程通讯的远程平台执行。

在步骤S10中，通过前述实施例的臂架末端误差测量方法确定所述臂架末端12e的误差信息。这里的臂架末端误差测量方法可以为前面臂架末端误差测量方法的任一实施例。

在步骤S20中，根据所述臂架末端12e的误差信息进行误差补偿。这里的误差补偿可以通过对臂架驱动机构13在位移或转动角上的驱动量的修正，也可以是对臂架末端的运动位姿数据的修正。

在步骤S30中，在误差补偿后，通过所述臂架末端误差测量方法对所述臂架末端12e进行精度验证。精度验证仍然可采用前面臂架末端误差测量方法的任一实施例进行验证，以确定误差补偿是否以满足精度要求。如果未满足，则可以通过步骤S20继续进行误差补偿。

图5是根据本公开一些实施例的臂架末端误差控制系统的信号关系示意图。

参考图5，本公开实施例提供了一种臂架末端误差控制系统，包括：前述任一实施例的臂架末端误差测量系统、误差补偿模块51和精度验证模块52。误差补偿模块51与所述上位机50信号连接，被配置为根据所述臂架末端12e的误差信息进行误差补偿。精度验证模块52与所述上位机50信号连接，被配置为在所述误差补偿模块51进行误差补偿后，调用所述臂架末端误差测量系统对所述臂架末端12e进行精度验证。

这里误差补偿模块51和精度验证模块52可以独立于上位机50，并与上位机50进行通讯，也可以为上位机50内部的功能模块。

对于臂架末端误差控制系统实施例而言，由于其整体以及涉及的步骤与前面臂架末端误差控制方法实施例中的内容存在对应关系，因此描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种隧道施工设备(10)的臂架末端误差测量方法，其特征在于，所述隧道施工设备(10)包括底盘(11)和臂架(12)，其中，所述臂架末端误差测量方法包括：

通过安装在所述臂架(12)的臂架末端(12e)上的图像采集单元(30)获取独立于所述隧道施工设备(10)的测量桩(20)上的可识别目标(21)的图像，并根据所述可识别目标(21)的图像确定所述可识别目标(21)相对于所述图像采集单元(30)的位姿信息；

将所述可识别目标(21)相对于所述图像采集单元(30)的位姿信息转换为所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息；

根据位姿参考信息和所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息和确定所述臂架末端(12e)的误差信息。

2.根据权利要求1所述的臂架末端误差测量方法，其特征在于，还包括：

在所述臂架(12)前方设置具有所述可识别目标(21)的所述测量桩(20)；

通过测绘装置获取所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息作为所述位姿参考信息。

3.根据权利要求1或2所述的臂架末端误差测量方法，其特征在于，将所述可识别目标(21)相对于所述图像采集单元(30)的位姿信息转换为所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息的步骤包括：

根据所述可识别目标(21)相对于所述图像采集单元(30)的位姿信息、所述图像采集单元(30)相对于所述臂架末端(12e)的位姿信息以及所述臂架末端(12e)相对于所述底盘(11)的位姿信息，计算所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息。

4.根据权利要求3所述的臂架末端误差测量方法，其特征在于，所述隧道施工设备(10)还包括臂架驱动机构(13)，所述臂架驱动机构(13)用于驱动所述臂架(12)相对于所述底盘(11)运动，其中，所述臂架末端误差测量方法还包括：

通过所述臂架驱动机构(13)驱动所述臂架(12)运动到使设置在所述臂架(12)前方的测量桩(20)处于所述图像采集单元(30)的取景范围的位置。

5.根据权利要求4所述的臂架末端误差测量方法，其特征在于，在通过所述臂架驱动机构(13)驱动所述臂架(12)运动到使所述臂架(12)前方的测量桩(20)处于所述图像采集单元(30)的取景范围的位置时，所述臂架末端误差测量方法还包括：

获取所述臂架(12)的各个关节的关节角；

根据所述各个关节的关节角确定所述臂架末端(12e)相对于所述底盘(11)的位姿信息。

6.根据权利要求3所述的臂架末端误差测量方法，其特征在于，还包括：

根据所述图像采集单元(30)在所述臂架末端(12e)上的预设安装位置确定所述图像采集单元(30)相对于所述臂架末端(12e)的位姿信息。

7.根据权利要求2所述的臂架末端误差测量方法，其特征在于，根据位姿参考信息和所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息和确定所述臂架末端(12e)的误差信息的步骤包括：

计算所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息中的位置信息和所述位姿参考信息中的位置信息的差值，来确定所述臂架末端(12e)的位置误差。

8.根据权利要求2或7所述的臂架末端误差测量方法，其特征在于，所述测绘装置包括全站仪，通过测绘装置获取所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息作为所述位姿参考信息的步骤包括：

通过所述全站仪获取所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息作为所述位姿参考信息。

9.根据权利要求1所述的臂架末端误差测量方法，其特征在于，所述可识别目标(21)为设置在所述测量桩(20)表面上的图像编码。

10.根据权利要求9所述的臂架末端误差测量方法，其特征在于，所述图像编码为二维码。

11.根据权利要求1所述的臂架末端误差测量方法，其特征在于，所述图像采集单元(30)包括深度相机。

12.一种臂架末端误差控制方法，其特征在于，包括：

通过权利要求1～11任一所述的臂架末端误差测量方法确定所述臂架末端(12e)的误差信息；

根据所述臂架末端(12e)的误差信息进行误差补偿；

在误差补偿后，通过所述臂架末端误差测量方法对所述臂架末端(12e)进行精度验证。

13.一种隧道施工设备(10)的臂架末端误差测量系统，其特征在于，所述隧道施工设备(10)包括底盘(11)和臂架(12)，其中，所述臂架末端误差测量系统包括：

图像采集单元(30)，安装在所述臂架(12)的臂架末端(12e)上；

测量桩(20)，独立于所述隧道施工设备(10)设置，且具有可识别目标(21)；

上位机(50)，与所述图像采集单元(30)信号连接，被配置为：

通过所述图像采集单元(30)获取所述测量桩(20)上的可识别目标(21)的图像；

将所述可识别目标(21)相对于所述图像采集单元(30)的位姿信息转换为所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息；

根据位姿参考信息和所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息和确定所述臂架末端(12e)的误差信息。

14.根据权利要求13所述的臂架末端误差测量系统，其特征在于，还包括：

测绘装置(40)，与所述上位机(50)信号连接，被配置为获取所述可识别目标(21)相对于所述底盘(11)的位姿信息作为所述位姿参考信息。

15.根据权利要求13所述的臂架末端误差测量系统，其特征在于，所述可识别目标(21)为设置在所述测量桩(20)表面上的图像编码。

16.根据权利要求13所述的臂架末端误差测量系统，其特征在于，所述图像采集单元(30)包括深度相机。

17.根据权利要求13所述的臂架末端误差测量系统，其特征在于，所述隧道施工设备(10)还包括臂架驱动机构(13)，所述臂架驱动机构(13)用于驱动所述臂架(12)相对于所述底盘(11)运动，其中，所述上位机(50)与所述臂架驱动机构(13)信号连接，被配置为：

通过所述臂架驱动机构(13)驱动所述臂架(12)运动到使设置在所述臂架(12)前方的测量桩(20)处于所述图像采集单元(30)的取景范围的位置。

18.一种臂架末端误差控制系统，其特征在于，包括：

权利要求13～17任一所述的臂架末端误差测量系统；

误差补偿模块(51)，与所述上位机(50)信号连接，被配置为根据所述臂架末端(12e)的误差信息进行误差补偿；

精度验证模块(52)，与所述上位机(50)信号连接，被配置为在所述误差补偿模块(51)进行误差补偿后，调用所述臂架末端误差测量系统对所述臂架末端(12e)进行精度验证。