RU2068091C1 - Method for control of displacement of movable object relative to reference direction - Google Patents
Method for control of displacement of movable object relative to reference direction Download PDFInfo
- Publication number
- RU2068091C1 RU2068091C1 SU4783959A RU2068091C1 RU 2068091 C1 RU2068091 C1 RU 2068091C1 SU 4783959 A SU4783959 A SU 4783959A RU 2068091 C1 RU2068091 C1 RU 2068091C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reference direction
- coordinates
- displacement
- control points
- laser
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый способ относится к области горного дела, а более конкретно
к лазерным способам контроля смещения подвижного объекта типа горнопроходческого щита относительно опорного направления. Способ может быть использован также для контроля подкрановых путей и линейнопротяженных объектов таких, как корпуса кораблей и ракет, при строительстве высотных зданий и сооружений.The proposed method relates to the field of mining, and more specifically
laser methods for controlling the displacement of a moving object such as a mining shield relative to the reference direction. The method can also be used to control crane tracks and linear objects such as the hull of ships and missiles, in the construction of high-rise buildings and structures.
Известен способ контроля смещения, включающий задание опорного направления в виде узкого светового пучка лазерного излучения, установку в заданном месте створа светоприемного устройства в виде плоского полупрозрачного экрана, на котором образуется световое пятно, регистрацию этого пятна телекамерой, нахождение по полученному видеосигналу искомых координат смещения относительно опорного направления [1]
Основным недостатком этого способа является низкая точность контроля положения светового пятна на полупрозрачном экране, вызванная субъективной оценкой человека-оператора.A known method of controlling the displacement, including setting the reference direction in the form of a narrow light beam of laser radiation, installing in a given location the alignment of the light-receiving device in the form of a flat translucent screen on which a light spot is formed, registering this spot with a camera, finding the desired displacement coordinates relative to the reference from the received video signal directions [1]
The main disadvantage of this method is the low accuracy of controlling the position of the light spot on a translucent screen, caused by the subjective assessment of the human operator.
Известен также способ измерения смещений [2] включающий задание опорного направления в виде потока лазерного излучения, установку в заданных местах створа фотоприемного устройства, содержащего несколько фотоэлементов, расположенных последовательно один за другим по координатным осям Х и Y в плоскости, перпендикулярной опоpному направлению, смещение лазерного луча относительно опорного направления, приведение лазерного луча во вращательное движение вокруг опорного направления так, что в плоскости, перпендикулярной опорному направлению, образуется сканирующая окружность, измерение временных интервалов между выходными импульсами фотоэлементов фотоприемного устройства при их облучении лазерным излучением, определение искомых величин смещения относительно опорного направления как функции времени. При этом должно соблюдаться условие, чтобы за один период сканирования в зону излучения попадало четыре фотоприемных элемента по одному на каждом направлении оси координат Х и Y. There is also a known method of measuring displacements [2], including setting the reference direction in the form of a laser radiation flux, installing a photodetector device containing several photocells located in succession along the coordinate axes X and Y in a plane perpendicular to the reference direction, the laser offset beam relative to the reference direction, bringing the laser beam into rotational motion around the reference direction so that in a plane perpendicular to the reference direction w is formed scanning circle, measuring time intervals between output pulses photocells photodetector when irradiated by laser radiation, the determination of the desired offset values relative to the reference direction as a function of time. In this case, the condition must be met that for one scanning period four photodetector elements fall into the radiation zone, one in each direction of the coordinate axis X and Y.
К основным недостаткам этого способа относятся: зависимость диапазона измеряемых величин смещения от размеров фотоприемного устройства, необходимость большого количества фотоприемных элементов, что снижает помехоустойчивость и повышает стоимость устройства, реализующего указанный способ. Снижение точности и достоверности измерений в тех случаях, когда в зону излучения попадает менее чем четыре фотоприемных элемента (3, 2 или 1), поскольку фотоприемные элементы расположены с некоторым промежутком, соизмеримым с диаметром лазерного луча. Кроме того, при работе в дневное время или в условиях высокого уровня фоновой освещенности возникают трудности визуального распознавания информационной зоны, особенно при больших удалениях от лазерного излучателя. The main disadvantages of this method include: the dependence of the range of measured bias values on the size of the photodetector, the need for a large number of photodetector elements, which reduces noise immunity and increases the cost of the device that implements the specified method. A decrease in the accuracy and reliability of measurements in cases where less than four photodetector elements (3, 2 or 1) fall into the radiation zone, since the photodetector elements are located with a certain gap commensurate with the diameter of the laser beam. In addition, when working in the daytime or in conditions of a high level of background illumination, difficulties arise in the visual recognition of the information zone, especially at large distances from the laser emitter.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ для измерения поперечных смещений относительно опорного направления, включающий задание опорного направления, формирование лазерной веерообразной плоскости, вращение ее вокруг оси, совмещенной с опорным направлением, регистрацию моментов пересечения лазерной плоскостью трех фотоприемных элементов, расположенных на одной прямой на известном расстоянии друг от друга, определение временных интервалов между моментами пересечения лазерной веерообразной плоскостью первого и второго, второго и третьего фотоприемных элементов, вычисление координат смещения Х и Y фотоприемного устройства относительно опорного направления. The closest in technical essence to the proposed method is a method for measuring lateral displacements relative to the reference direction, including setting the reference direction, forming a laser fan-shaped plane, rotating it about an axis aligned with the reference direction, recording the moments when the laser plane intersects three photodetector elements located on one straight line at a known distance from each other, determining the time intervals between the moments of intersection of the laser fan-shaped the plane of the first and second, second and third photodetector elements, the calculation of the coordinates of the offset X and Y of the photodetector relative to the reference direction.
Известный способ имеет существенные недостатки. Первый недостаток проявляется в том, что точность измерения координат по направлениям Х и Y неодинакова, что следует из точностного анализа способа. Второй недостаток состоит в том, что в случае, когда линия положения фотоприемных элементов совпадает с опорным направлением, измерения выполнять нельзя. The known method has significant disadvantages. The first drawback is that the accuracy of measuring coordinates in the X and Y directions is not the same, which follows from a precision analysis of the method. The second disadvantage is that in the case when the position line of the photodetector elements coincides with the reference direction, measurements cannot be performed.
Целью предлагаемого способа является повышение точности контроля смещения подвижного объекта относительно опорного направления. The aim of the proposed method is to increase the accuracy of controlling the displacement of a moving object relative to the reference direction.
Поставленная цель достигается тем, что контрольные точки на объекте задают в форме вершин треугольника, дополнительно измеряют интервал времени между моментами пересечения лазерной плоскостью третьей и первой контрольных точек, а координаты подвижного объекта вычисляют по выражениям:
где Х, Y текущие координаты смещения подвижного объекта;
Х1Y1, Х2Y2, Х3Y3 координаты первой, второй и третьей контрольных точек;
A, B, C углы треугольника, образованного контрольными точками;
t1, t2, t3 временные интервалы между моментами пересечения лазерной веерообразной плоскости первой и второй, второй и третьей, третьей и первой контрольных точек;
T период вращения лазерной веерообразной плоскости относительно опорного направления;
π=3,1415...
Новыми признаками предложенного способа является:
расположение фотоприемных элементов в контрольных точках системы координат XOY, связанной с подвижным объектом, в углах треугольника с заданными координатами вершин Х1Y1, Х2Y2, Х3Y3 и известными углами A, B, C при вершинах треугольника;
дополнительное выделение временного интервала между моментами пересечения лазерной веерообразной плоскостью фотоприемных элементов, установленных в третьей и первой контрольных точках.This goal is achieved in that the control points on the object are set in the form of triangle vertices, the time interval between the moments when the laser plane intersects the third and first control points is additionally measured, and the coordinates of the moving object are calculated by the expressions:
where X, Y are the current coordinates of the displacement of the moving object;
X 1 Y 1 , X 2 Y 2 , X 3 Y 3 coordinates of the first, second and third control points;
A, B, C the angles of a triangle formed by control points;
t 1 , t 2 , t 3 time intervals between the moments of intersection of the laser fan-shaped plane of the first and second, second and third, third and first control points;
T is the period of rotation of the laser fan-shaped plane relative to the reference direction;
π = 3.1415 ...
New features of the proposed method is:
the location of the photodetector elements at the control points of the XOY coordinate system associated with the moving object, in the corners of the triangle with the given coordinates of the vertices X 1 Y 1 , X 2 Y 2 , X 3 Y 3 and the known angles A, B, C at the vertices of the triangle;
additional allocation of the time interval between the moments of crossing the laser fan-shaped plane of the photodetector elements installed at the third and first control points.
Расположение фотоприемных элементов в контрольных точках системы кооpдинат XOY, связанной с подвижным объектом, в углах треугольника с заданными координатами вершин Х1Y1, Х2Y2, Х3Y3 и известными углами A, B, C при вершинах треугольника позволяет получать одинаковую точность измерения по направлениям координат Х и Y внутри треугольника, образованного контрольными точками.The location of the photodetector elements at the control points of the XOY coordinate system associated with the moving object in the corners of the triangle with the given coordinates of the vertices X 1 Y 1 , X 2 Y 2 , X 3 Y 3 and the known angles A, B, C at the vertices of the triangle allows us to obtain the same accuracy of measurement in the directions of the X and Y coordinates inside the triangle formed by control points.
Дополнительное выделение временного интервала между моментом пересечения третьего и первого фотоприемных элементов, установленных в третьей и первой контрольных точках, лазерной веерообразной плоскостью позволяет по известному периоду вращения лазерной веерообразной плоскости Т определить углы ее поворота γ, a и b между моментами пересечения указанной плоскостью фотоприемных элементов, установленных в контрольных точках на объекте в вершинах треугольника, и рассчитать смещения Х и Y подвижного объекта относительно опорного направления. The additional allocation of the time interval between the moment of intersection of the third and first photodetector elements installed at the third and first control points with a laser fan-shaped plane allows us to determine the rotation angles γ, a and b between the moments of intersection of the photodetector elements with the specified plane of rotation of the laser fan-shaped plane T, set at control points on the object at the vertices of the triangle, and calculate the displacements X and Y of the moving object relative to the reference direction Nia.
Указанными свойствами не обладает ни одно из известных технических решений. Следовательно, заявленный способ обладает существенными отличиями. None of the known technical solutions possesses the indicated properties. Therefore, the claimed method has significant differences.
На фиг. 1 представлено расположение контролируемого подвижного объекта относительно линии опорного направления О1-O2.In FIG. 1 shows the location of the controlled movable object relative to the line of the reference direction O 1 -O 2 .
На фиг. 2 представлены основные геометрические соотношения, поясняющие способ контроля смещения подвижного объекта относительно опорного направления. In FIG. 2 shows the basic geometric relationships that explain how to control the displacement of a moving object relative to the reference direction.
Способ контроля смещения подвижного объекта относительно опорного направления осуществляют следующим образом. На одном конце задаваемого направления О1-О1 устанавливают источник лазерного излучения 1, который с помощью известных средств [3] создает лазерную веерообразную плоскость 2, которую вpащают вокруг опорного направления О1-О1 с угловой скоростью w так, как это показано на фиг. 1. На подвижном объекте 3, положение которого необходимо контролировать относительно линии опорного направления О1-О1, выбирают прямоугольную систему координат ХОY (фиг. 1 и фиг. 2), в которой в контрольных точках, расположенных в вершинах треугольника, устанавливают три фотоприемных элемента 4, 5, 6. Координаты Х1Y1 первого фотоприемного элемента 4, координаты Х2Y2 второго фотоприемного элемента 5, координаты Х3Y3 третьего фотоприемного элемента 6, установленные в первой, второй и третьей контрольных точках соответственно выбранной системы координат ХОY, предварительно известны. По известным координатам Х1Y1, Х2Y2, Х3Y3 фотоприемных элементов 4, 5, 6 вычисляют или измеряют следующие углы: угол A, образованный прямыми, соединяющими первую и вторую и первую и третью контрольные точки, угол B, образованный прямыми, соединяющими первую и вторую и вторую и третью контрольные точки, угол C, образованный прямыми, соединяющими вторую и третью и третью и первую контрольные точки. При вращении лазерной веерообразной плоскости 2 вокруг опорного направления O1-O1 она последовательно пересекает фотоприемные элементы 4, 5 и 6, которые в момент контакта с указанной веерообразной плоскостью 2 вырабатывают электрические импульсы (фиг. 2), которые поступают для обработки в известное устройство [3] (на чертеже не показано). Известное устройство измеряет следующие временные интервалы: Т, соответствующий периоду вращения лазерной веерообразной плоскости 2 вокруг линии опорного направления О1-О1; временной интервал t1 между моментом регистрации лазерной веерообразной плоскости 2 фотоприемными элементами 4 и 5, пропорциональный углу поворота лазерной веерообразной плоскости 2 на угол g; временной интервал t2 между моментом регистрации лазерной веерообразной плоскости 2 фотоприемными элементами 5 и 6, пропорциональный углу поворота лазерной веерообразной плоскости 2 на угол a; временной интервал t3 между моментом регистрации лазерной веерообразной плоскости 2 фотоприемными элементами 6 и 4, пропорциональный углу поворота лазерной веерообразной плоскости 2 на угол b. Пусть проекция линии опорного направления О1-О1 в системе координат ХОY, связанной с подвижным объектом 3, имеет координаты Х и Y (фиг. 2), которые необходимо определить. Если известны координаты Х1Y1 первого фотоприемного элемента 4, установленного в первой контрольной точке, координаты Х2Y2 второго фотоприемного элемента 5, установленного во второй контрольной точке, координаты Х3Y3 третьего фотоприемного элемента 6, установленного в третьей контрольной точке, в системе координат XOY и углы A, B, C, то по измеренным временным интервалам t1, t2 и t3, пропорциональным углам поворота g, a, b лазерной веерообразной плоскости 2, можно определить координаты Х и Y смещения подвижного объекта 3 относительно опорного направления О1-О1 следующим образом [4, 5]
где
π=3,1415...
В основу предложенного способа контроля смещения подвижного объекта относительно опорного направления О1-О1 положен метод обратной геодезической засечки на плоскости (задача Потенота) [4, 5] Решение указанной задачи Потенота состоит в следующем [4, 5] Пусть в заданной системе координат ХОY известны координаты ХaYa, ХbYb, ХcYc трех точек A, B и C, расположенных в вершинах треугольника. Внутри образованного треугольника ABC расположена точка D, кооpдинаты которой ХdYd необходимо определить. Если измерить угол γ, образованный прямыми AD и DB, угол a, образованный прямыми BD и DC, угол b, образованный прямыми СD и DA, то координаты ХdYd cогласно [4, 5] определяют как:
где Ха, Хb, Хc, Ya, Yb, Yc - координаты данных пунктов
A, B, C в системе координат ХОY;
Pa, Pb, Pc фиктивные грузы, сосредоточенные в вершинах A, B и C соответственно;
A, B, C углы вершин треугольника ABC.A method of controlling the displacement of a moving object relative to the reference direction is as follows. At one end of the specified direction O 1 -O 1 , a laser radiation source 1 is installed, which using known means [3] creates a laser fan-
Where
π = 3.1415 ...
The proposed method for controlling the displacement of a moving object relative to the reference direction O 1 -O 1 is based on the method of inverse geodetic notching on the plane (Potenot problem) [4, 5] The solution to this Potenot problem is as follows [4, 5] Let XOY in a given coordinate system the coordinates X a Y a , X b Y b , X c Y c of the three points A, B and C located at the vertices of the triangle are known. Inside the formed triangle ABC there is a point D whose coordinates X d Y d must be determined. If we measure the angle γ formed by the straight lines AD and DB, the angle a formed by the straight lines BD and DC, the angle b formed by the straight lines CD and DA, then the coordinates X d Y d according to [4, 5] are defined as:
where X a , X b , X c , Y a , Y b , Y c are the coordinates of these points
A, B, C in the coordinate system ХОY;
P a , P b , P c fictitious loads concentrated at the vertices A, B and C, respectively;
A, B, C are the angles of the vertices of triangle ABC.
Выполненный анализ точности предложенного способа показывает, что наибольшая точность контроля координат подвижного объекта 3 относительно опорного направления О1-О1 обеспечивается в том случае, если контрольные точки, в которых установлены фотоприемные элементы 4, 5, 6, расположены в вершинах равностороннего треугольника, центр которого совпадает с началом выбранной системы координат ХОY. В этом случае координаты X и Y смещения подвижного объекта определяют с учетом следующих соотношений:
Предложенный способ контроля смещения подвижного объекта относительно опорного направления может найти различное применение при решении технических задач, которые возникают при контроле направления движения горнопроходческих щитов, подкрановых путей и линейнопротяженных объектов, таких как корпуса кораблей, самолетов и ракет. Особенно перспективным предложенный способ может оказаться в военном деле при решении задач, связанных с поражением воздушных и наземных целей, при автоматической стыковке орбитальных объектов или когда необходимо вести самолет по линии глиссады в зоне аэродрома.The performed analysis of the accuracy of the proposed method shows that the greatest accuracy of the coordinates of the
The proposed method for controlling the displacement of a moving object relative to the reference direction can find various applications in solving technical problems that arise when controlling the direction of movement of mining shields, crane tracks and linear objects such as the hull of ships, aircraft and missiles. Particularly promising the proposed method may be in military affairs when solving problems associated with the defeat of air and ground targets, with automatic docking of orbital objects, or when it is necessary to conduct an airplane along the glide path in the area of the airfield.
Положительный эффект от внедрения предложенного способа выразится в повышении точности контроля смещения подвижного объекта относительно опорного направления. The positive effect of the implementation of the proposed method will be expressed in improving the accuracy of controlling the displacement of the moving object relative to the reference direction.
Предложенное изобретение сделано в связи с выполнением служебного задания. The proposed invention is made in connection with the performance of a job.
Claims (1)
где X, Y текущие координаты смещения подвижного объекта;
X1, Y1, X2, Y2, X3, Y3- координаты первой, второй и третьей контрольных точек;
A, B, C углы треугольника, образованного контрольными точками;
t1, t2, t3 временные интервалы между моментами пересечения лазерной веерообразной плоскостью первой и второй, второй и третьей, третьей и первой контрольных точек;
T период вращения лазерной веерообразной плоскости относительно опорного направления.A method for controlling the displacement of a moving object relative to the reference direction, which consists in forming a laser fan-shaped plane rotating around the reference direction, measuring time intervals between the moments of the intersection of the first and second, second and third predetermined control points on the moving object by the rotating laser fan-shaped plane and calculating the coordinates of the displacement of the moving object, characterized in that, in order to increase the accuracy of control, control points on the object are set in the form of vertices olnika further measured time interval between the moments of the rotating laser intersection plane of the third and the first control points, and the coordinates of the displacement of the mobile object calculated by the expression
where X, Y are the current coordinates of the displacement of the moving object;
X 1 , Y 1 , X 2 , Y 2 , X 3 , Y 3 - the coordinates of the first, second and third control points;
A, B, C the angles of a triangle formed by control points;
t 1 , t 2 , t 3 time intervals between the moments of intersection of the laser fan-shaped plane of the first and second, second and third, third and first control points;
T is the period of rotation of the laser fan-shaped plane relative to the reference direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4783959 RU2068091C1 (en) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | Method for control of displacement of movable object relative to reference direction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4783959 RU2068091C1 (en) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | Method for control of displacement of movable object relative to reference direction |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2068091C1 true RU2068091C1 (en) | 1996-10-20 |
Family
ID=21492336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4783959 RU2068091C1 (en) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | Method for control of displacement of movable object relative to reference direction |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2068091C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2538007C2 (en) * | 2010-02-19 | 2015-01-10 | Катерпиллар Глобал Майнинг Юроп Гмбх | Selection of position or location of components at mining excavator points and mining excavator |
| RU2716765C2 (en) * | 2014-12-12 | 2020-03-16 | ДЖОЙ ГЛОБАЛ АНДЕРГРАУНД МАЙНИНГ ЭлЭлСи | Mining machine guidance system |
| RU2792054C1 (en) * | 2019-12-11 | 2023-03-16 | Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи | Method for measurement of drive path of heading machine |
-
1989
- 1989-10-18 RU SU4783959 patent/RU2068091C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Международная заявка РСТ № 81/03698, кл. G 01 C 15/00, G 01 B 11/26, 1981. Авторское свидетельство СССР № 1517485, кл. G 01 C 15/00, 1986. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2538007C2 (en) * | 2010-02-19 | 2015-01-10 | Катерпиллар Глобал Майнинг Юроп Гмбх | Selection of position or location of components at mining excavator points and mining excavator |
| RU2716765C2 (en) * | 2014-12-12 | 2020-03-16 | ДЖОЙ ГЛОБАЛ АНДЕРГРАУНД МАЙНИНГ ЭлЭлСи | Mining machine guidance system |
| RU2792054C1 (en) * | 2019-12-11 | 2023-03-16 | Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи | Method for measurement of drive path of heading machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7110092B2 (en) | Measuring device and measuring method for determining distance and/or position | |
| CA2119769C (en) | Method and system for point by point measurement of spatial coordinates | |
| US4688937A (en) | Methods of, and systems, for monitoring and/or controlling mobile cutting means | |
| Sergiyenko | Optoelectronic system for mobile robot navigation | |
| JPH02143309A (en) | Operation method and apparatus | |
| KR930002838A (en) | Lead Shape Measuring Device | |
| JPH06506297A (en) | spatial positioning system | |
| GB2155271A (en) | Object location | |
| EP0970392B1 (en) | Measuring system using laser technique for three-dimensional objects | |
| US4911548A (en) | Determination of one or more spatial parameters of an object | |
| RU2068091C1 (en) | Method for control of displacement of movable object relative to reference direction | |
| JPH05240940A (en) | Optical measuring system | |
| JP2640766B2 (en) | Method and apparatus for detecting relative angle in two-dimensional measurement by laser displacement meter | |
| Sergiyenko et al. | Dynamic laser scanning method for mobile robot navigation | |
| CN220614020U (en) | Box girder inspection robot | |
| JPH0259931B2 (en) | ||
| JP3239682B2 (en) | Segment position measurement method | |
| JPH09292218A (en) | Height measuring device and height measuring method | |
| DE3331552A1 (en) | Optical one-way distance-measuring method | |
| JPH0358646B2 (en) | ||
| JPH0372209A (en) | Measuring apparatus of displacement of rail | |
| SU1627447A1 (en) | Method for installation of ship sections in building a ship on building slip | |
| WO1993023764A1 (en) | Gauging apparatus | |
| RU2600002C1 (en) | Method of tractor curvilinear motion trajectory determining | |
| JPH09178447A (en) | Target for measuring three-dimensional shape |