RU2022130645A - Машина для инженерно-геологических работ и способ управления ее манипулятором - Google Patents

Claims (46)

1. Машина для инженерно-геологических работ, содержащая

корпус транспортного средства,

манипулятор, соединенный с корпусом транспортного средства и имеющий несколько степеней свободы перемещения относительно указанного корпуса,

систему определения положения и ориентации корпуса транспортного средства, расположенную на указанном корпусе и выполненную с возможностью получения информации о положении и ориентации корпуса транспортного средства в реальном времени для отображения его положения и ориентации в реальном времени в рабочем пространстве машины для инженерно-геологических работ,

систему определения положения и ориентации манипулятора, расположенную на манипуляторе и выполненную с возможностью получения информации о положении и ориентации манипулятора в реальном времени для отображения его положения и ориентации в реальном времени относительно корпуса транспортного средства, и

систему регулирования положения и ориентации, содержащую устройство управления и приводное устройство, причем устройство управления соединено, путем передачи сигналов, с системой определения положения и ориентации корпуса транспортного средства, с системой определения положения и ориентации манипулятора и с приводным устройством, при этом устройство управления выполнено с возможностью отправки приводному устройству управляющего сигнала для регулирования положения и ориентации манипулятора в соответствии с информацией о заданных положении и ориентации, отображающей положение и ориентацию манипулятора, необходимые для выполнения операции на рабочей поверхности строительного объекта, с информацией о положении и ориентации корпуса транспортного средства в реальном времени и с информацией о положении и ориентации манипулятора в реальном времени, при этом приводное устройство находится в передаточном соединении с манипулятором и выполнено с возможностью приведения манипулятора в движение в соответствии с указанным управляющим сигналом для достижения манипулятором заданных положения и ориентации.

2. Машина по п. 1, в которой система определения положения и ориентации корпуса транспортного средства выполнена с возможностью получения по меньшей мере одного из следующих видов информации о положении и ориентации корпуса транспортного средства в реальном времени: первого фактического значения α1 угла поворота корпуса транспортного средства вокруг вертикальной оси относительно рабочего пространства, второго фактического значения β1 угла поворота корпуса транспортного средства вокруг поперечной оси относительно рабочего пространства и третьего фактического значения γ1 угла поворота корпуса транспортного средства вокруг продольной оси относительно рабочего пространства, и/или манипулятор содержит первую секцию (311) и движущую стрелу (331), причем первый конец первой секции (311) манипулятора соединен с корпусом транспортного средства и имеет несколько степеней свободы перемещения относительно указанного корпуса, а движущая стрела (331) соединена со вторым концом первой секции (311) манипулятора и имеет несколько степеней свободы перемещения относительно первой секции (311), причем система определения положения и ориентации манипулятора содержит устройство для определения угла ориентации первой секции манипулятора и устройство для определения угла ориентации движущей стрелы, при этом устройство для определения угла ориентации первой секции манипулятора выполнено с возможностью получения по меньшей мере одного из следующих видов информации о положении и ориентации манипулятора в реальном времени: четвертого фактического значения α2 угла поворота первой секции (311) манипулятора вокруг вертикальной оси относительно корпуса транспортного средства, пятого фактического значения β2 угла поворота первой секции (311) манипулятора вокруг поперечной оси относительно корпуса транспортного средства и шестого фактического значения γ2 угла поворота первой секции (311) манипулятора вокруг продольной оси относительно корпуса транспортного средства, - а устройство для определения угла ориентации движущей стрелы выполнено с возможностью получения по меньшей мере одного из следующих видов информации о положении и ориентации манипулятора в реальном времени: седьмого фактического значения α3 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг вертикальной оси относительно первой секции (311) манипулятора, восьмого фактического значения β3 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг поперечной оси относительно первой секции (311) манипулятора и девятого фактического значения γ3 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг продольной оси относительно первой секции (311) манипулятора.

3. Машина по п. 2, в которой система определения положения и ориентации корпуса транспортного средства содержит группу призм, содержащую набор призм, расположенных в разных местах корпуса транспортного средства, и предназначенную для определения первого фактического значения α1, второго фактического значения β1 и третьего фактического значения γ1, и/или двухосевой датчик угла поворота, предназначенный для определения второго фактического значения β1 и третьего фактического значения γ1.

4. Машина по п. 2, в которой

устройство для определения угла ориентации первой секции манипулятора содержит первый датчик (61) угла поворота, второй датчик (62) угла поворота и третий датчик (63) угла поворота, при этом первый датчик (61) предназначен для определения четвертого фактического значения α2, второй датчик (62) предназначен для определения пятого фактического значения β2, а третий датчик (63) предназначен для определения шестого фактического значения γ2, и/или

устройство для определения угла ориентации движущей стрелы содержит четвертый датчик (64) угла поворота, пятый датчик (65) угла поворота и шестой датчик (66) угла поворота, при этом четвертый датчик (64) предназначен для определения седьмого фактического значения α3, пятый датчик (65) предназначен для определения восьмого фактического значения β3, а шестой датчик (66) предназначен для определения девятого фактического значения γ3.

5. Машина по п. 2, в которой устройство управления выполнено с возможностью получения десятого фактического значения Н угла поворота движущей стрелы (331) вокруг поперечной оси относительно рабочего пространства и одиннадцатого фактического значения V угла поворота движущей стрелы (331) вокруг вертикальной оси относительно рабочего пространства в соответствии с по меньшей мере одним из первого фактического значения α1, второго фактического значения β1, третьего фактического значения γ1, четвертого фактического значения α2, пятого фактического значения β2, шестого фактического значения γ2, седьмого фактического значения α3, восьмого фактического значения β3 и девятого фактического значения γ3.

6. Машина по п. 5, в которой информация о заданных положении и ориентации содержит первое заданное значение Н0 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг поперечной оси относительно рабочего пространства и второе заданное значение V0 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг вертикальной оси относительно рабочего пространства, при этом устройство управления выполнено с возможностью получения первого отклонения ΔН угла поворота вокруг поперечной оси, в соответствии с десятым фактическим значением Н и первым заданным значением Н0, получения второго отклонения ΔV угла поворота вокруг вертикальной оси в соответствии с одиннадцатым фактическим значением V и вторым заданным значением V0 и отправки приводному устройству управляющего сигнала в соответствии с первым отклонением ΔН и вторым отклонением ΔV.

7. Машина по п. 2, в которой

первая секция (311) манипулятора расположена телескопическим образом вдоль направления своей длины, при этом система определения положения и ориентации манипулятора содержит датчик (71) смещения первой секции манипулятора, выполненный с возможностью регистрации смещения первого конца первой секции (311) манипулятора в направлении длины относительно второго конца в направлении длины, и/или

движущая стрела (331) расположена телескопическим образом вдоль направления своей длины, при этом система определения положения и ориентации манипулятора содержит датчик (72) смещения движущей стрелы, выполненный с возможностью регистрации смещения первого конца движущей стрелы (331) в направлении длины относительно второго конца в направлении длины, и/или

манипулятор содержит бурильную штангу (34), с возможностью перемещения расположенную на движущей стреле (331) вдоль направления длины стрелы (331), при этом система определения положения и ориентации манипулятора содержит датчик (73) смещения бурильной штанги, выполненный с возможностью регистрации смещения бурильной штанги (34) относительно движущей стрелы (331) вдоль направления длины стрелы (331).

8. Машина по п. 2, в которой приводное устройство содержит первое приводное устройство, второе приводное устройство и третье приводное устройство, находящиеся в передаточном соединении с движущей стрелой (331), при этом первое приводное устройство предназначено для приведения движущей стрелы (331) во вращательное движение вокруг первой оси относительно первой секции (311) манипулятора, второе приводное устройство предназначено для приведения движущей стрелы (331) во вращательное движение вокруг второй оси относительно первой секции (311) манипулятора, третье приводное устройство предназначено для приведения движущей стрелы (331) во вращательное движение вокруг третьей оси относительно указанной стрелы, причем первая ось проходит вдоль направления высоты движущей стрелы (331), вторая ось проходит вдоль направления ширины первой секции (311) манипулятора, а третья ось проходит вдоль направления длины первой секции (311) манипулятора.

9. Машина по любому из пп. 1-8, в которой приводное устройство представляет собой гидравлическое приводное устройство, при этом система регулирования положения и ориентации содержит регулирующий клапан, соединенный с устройством управления путем передачи сигналов и соединенный с гидравлическим приводным устройством через гидравлический трубопровод, при этом регулирующий клапан предназначен для регулирования давления и/или расхода масла в гидравлическом приводном устройстве в соответствии с управляющим сигналом, отправленным устройством управления для приведения манипулятора в движение.

10. Машина по любому из пп. 1-8, содержащая буровую каретку, тележку с анкерной связью или тележку для мокрого распыления.

11. Способ управления манипулятором машины для инженерно-геологических работ, включающий следующие этапы

получение информации о положении и ориентации корпуса транспортного средства в реальном времени для отображения положения и ориентации корпуса транспортного средства машины для инженерно-геологических работ в реальном времени в рабочем пространстве указанной машины и получение информации о положении и ориентации манипулятора в реальном времени для отображения положения и ориентации манипулятора машины для инженерно-геологических работ в реальном времени в рабочем пространстве указанной машины, и

регулирование положения и ориентации манипулятора в соответствии с информацией о заданных положении и ориентации, отображающей положение и ориентацию манипулятора, необходимые для выполнения операции на рабочей поверхности строительного объекта, с информацией о положении и ориентации корпуса транспортного средства в реальном времени и с информацией о положении и ориентации манипулятора в реальном времени для достижения манипулятором заданных положения и ориентации.

12. Способ по п. 11, в котором

на этапе получения информации о положении и ориентации корпуса транспортного средства в реальном времени получают по меньшей мере одно из следующего: первое фактическое значение α1 угла поворота корпуса транспортного средства вокруг вертикальной оси в рабочем пространстве, второе фактическое значение β1 угла поворота корпуса транспортного средства вокруг поперечной оси в рабочем пространстве и третье фактическое значение α1 угла поворота корпуса транспортного средства вокруг продольной оси в рабочем пространстве, и/или

манипулятор содержит первую секцию (311) и движущую стрелу (331), причем первый конец первой секции (311) манипулятора соединен с корпусом транспортного средства и имеет несколько степеней свободы перемещения относительно указанного корпуса, а движущая стрела (331) соединена со вторым концом первой секции (311) манипулятора и имеет несколько степеней свободы перемещения относительно первой секции (311), при этом на этапе получения информации о положении и ориентации манипулятора в реальном времени получают по меньшей мере одного из следующего: четвертое фактическое значение α2 угла поворота первой секции (311) манипулятора вокруг вертикальной оси относительно корпуса транспортного средства, пятое фактическое значение β2 угла поворота первой секции (311) манипулятора вокруг поперечной оси относительно корпуса транспортного средства, шестое фактическое значение γ2 угла поворота первой секции (311) манипулятора вокруг продольной оси относительно корпуса транспортного средства, седьмое фактическое значение α3 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг вертикальной оси относительно первой секции (311) манипулятора, восьмое фактическое значение β3 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг поперечной оси относительно первой секции (311) манипулятора и девятое фактическое значение γ3 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг продольной оси относительно первой секции (311) манипулятора.

13. Способ по п. 12, в котором при получении информации о положении и ориентации корпуса транспортного средства в реальном времени выполняют следующие этапы

предоставление информации о координатах группы призм, причем указанная информация содержит координаты набора призм, расположенных в разных местах корпуса транспортного средства, и

получение первого фактического значения α1, второго фактического значения β1 и третьего фактического значения γ1 в соответствии с координатами набора призм.

14. Способ по п. 13, в котором

на этапе предоставления информации о координатах группы призм выполняют:

предоставление координаты (x1, y1, z1) первой призмы и координаты (х2, у2, z2) второй призмы, и

получение первого фактического значения α1, второго фактического значения β1 и третьего фактического значения γ1 согласно следующим соответствующим зависимостям:

α1=arctan((y2-y1)/(x2-x1))

β1=arctan((z2-z1)/(x2-x1))

γ1=arctan((z2-z1)/(y2-y1))

15. Способ по п. 12, в котором на этапе получения информации о положении и ориентации манипулятора в реальном времени получают десятое фактическое значение Н угла поворота движущей стрелы (331) вокруг поперечной оси относительно рабочего пространства и одиннадцатое фактическое значение V угла поворота движущей стрелы (331) вокруг вертикальной оси относительно рабочего пространства в соответствии с по меньшей мере одним из первого фактического значения α1, второго фактического значения β1, третьего фактического значения γ1, четвертого фактического значения α2, пятого фактического значения β2, шестого фактического значения γ2, седьмого фактического значения α3, восьмого фактического значения β3 и девятого фактического значения γ3.

16. Способ по п. 15, в котором

десятое фактическое значение Н получают в соответствии с первым фактическим значением α1, третьим фактическим значением γ1, четвертым фактическим значением α2, седьмым фактическим значением α3, восьмым фактическим значением "B3, девятым фактическим значением γ3 и согласно следующим соответствующим зависимостям

Н=- (α1+γ1+α2+α3 × cosγ3+β3 × sinγ3), и

одиннадцатое фактическое значение V получают в соответствии со вторым фактическим значением β1, пятым фактическим значением β2, седьмым фактическим значением α3, восьмым фактическим значением β3, девятым фактическим значением γ3 и согласно следующим соответствующим зависимостям

V=- (β1+β2+β3 × cosγ3 - α3 × sinγ3).

17. Способ по п. 15, в котором на этапе регулирования положения и ориентации манипулятора в соответствии с расхождением между информацией о заданных положении и ориентации, отображающей положение и ориентацию манипулятора, необходимые для выполнения операции на рабочей поверхности строительного объекта, информацией о положении и ориентации корпуса транспортного средства в реальном времени, и информацией о положении и ориентации манипулятора в реальном времени для достижения манипулятором заданных положения и ориентации выполняют

предоставление информации о заданных положении и ориентации, включающее предоставление первого заданного значения Н0 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг поперечной оси относительно рабочего пространства и предоставление второго заданного значения V0 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг вертикальной оси относительно рабочего пространства,

получение первого отклонения ΔН угла поворота вокруг поперечной оси в соответствии с десятым фактическим значением Н и первым заданным значением Н0 и получение второго отклонения ΔV угла поворота вокруг вертикальной оси в соответствии с одиннадцатым фактическим значением V и вторым заданным значением V0, и

приведение движущей стрелы (331) во вращательное движение вокруг первой оси, второй оси и третьей оси в соответствии с первым отклонением ΔН и вторым отклонением ΔV для регулирования положения и ориентации стрелы (331) до тех пор, пока первое отклонение ΔН и второе отклонение ΔV не станут меньше допустимого диапазона, при этом первая ось проходит вдоль направления высоты движущей стрелы (331), вторая ось проходит вдоль направления ширины первой секции (311) манипулятора, а третья ось проходит вдоль направления длины первой секции (311) манипулятора.