RU2800704C9 - Машина для инженерно-геологических работ и способ компенсации отклонения манипулятора указанной машины - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к строительству, а именно к области инженерно-техническому оборудованию, в частности к машинам для инженерно-геологических работ. Машина для инженерно-геологических работ содержит транспортный корпус, манипулятор, соединенный с транспортным корпусом и имеющий несколько степеней свободы движения относительно указанного корпуса. Систему определения положения и угловой ориентации манипулятора, расположенную на манипуляторе и выполненную с возможностью получения информации о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени для отображения в реальном времени положения и угловой ориентации манипулятора в рабочем пространстве. Систему компенсации отклонения манипулятора, содержащую запоминающее устройство и контроллер, причем запоминающее устройство выполнено с возможностью хранения данных о компенсации отклонения, полученных в результате экспериментов или моделирования, причем контроллер путем передачи сигналов соединен с системой определения положения и угловой ориентации манипулятора и с запоминающим устройством и выполнен с возможностью получения теоретических координат для заданной точки на манипуляторе в состоянии, в котором не учитывается деформация изгиба манипулятора, в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени, и с возможностью получения заданных координат для заданной точки в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения, при этом заданные координаты используются для получения заданного положения и заданной угловой ориентации, требуемых для регулирования положения и угловой ориентации манипулятора, так что координаты заданной точки в рабочем пространстве достигают теоретических координат в состоянии, в котором учитывается деформация изгиба манипулятора. Технический результат состоит в обеспечении повышения точности строительных работ и эффективности эксплуатации машины. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[001] Настоящее изобретение относится к области инженерно-технического оборудования, в частности к машине для инженерно-геологических работ и способу компенсации отклонения манипулятора указанной машины.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[002] Буровая каретка, которая представляет собой оборудование для бурения горных пород для строительства туннелей и подземных разработок, широко применяется для сооружения железнодорожных и автодорожных туннелей методом буровзрывных работ. Манипулятор буровой каретки является главным рабочим механизмом для выполнения бурения при строительстве методом буровзрывных работ. От точности позиционирования манипулятора напрямую зависит воздействие взрывной волны и эффективность строительных работ, выполняемых в пласте горной породы. Вследствие ошибок, допущенных при производстве и сборке, а также износа в процессе использования манипулятор значительно отклоняется после периода эксплуатации во время проведения строительных работ, что оказывает существенное влияние на точность позиционирования и работоспособность манипулятора, тем самым, снижая эффект взрывной волны в забое туннеля и повышая стоимость строительства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[003] Целью настоящего изобретения является создание машины для инженерно-геологических работ и способа компенсации отклонения манипулятора такой машины, тем самым, обеспечивая повышение точности строительных работ и эффективности эксплуатации данной машины.

[004] Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена машина для инженерно-геологических работ, включающая:

[005] транспортный корпус;

[006] манипулятор, соединенный с указанным корпусом и имеющий несколько степеней свободы движения относительно указанного корпуса;

[007] систему определения положения и угловой ориентации манипулятора, расположенную на манипуляторе и предназначенную для получения информации о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени для отображения в реальном времени положения и угловой ориентации манипулятора в рабочем пространстве; и

[008] систему компенсации отклонения манипулятора, содержащую запоминающее устройство и контроллер, причем запоминающее устройство хранит данные о компенсации отклонения, полученные в результате экспериментов или моделирования, причем контроллер путем передачи сигналов соединен с системой определения положения и угловой ориентации манипулятора и с запоминающим устройством и предназначен для получения теоретических координат заданной точки на манипуляторе в состоянии без учета деформации изгиба манипулятора в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени, а также получения заданных координат для указанной заданной точки в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения, при этом заданные координаты используют для получения заданного положения и заданное ориентации, требуемых для регулирования положения и угловой ориентации манипулятора, так что координаты указанной заданной точки в рабочем пространстве достигают теоретических координат в состоянии, учитывающем деформацию изгиба манипулятора.

[009] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения манипулятор содержит первое плечо и движущую стрелу, причем первый конец указанного первого рабочего плеча соединен с транспортным корпусом и имеет несколько степеней свободы движения относительно указанного корпуса, причем движущая стрела соединена со вторым концом указанного первого плеча и имеет несколько степеней свободы движения относительно указанного первого плеча;

[010] система определения положения и угловой ориентации манипулятора содержит устройство определения положения и угловой ориентации первого плеча и устройство определения положения и угловой ориентации движущей стрелы; причем устройство для определения положения и угловой ориентации первого плеча выполнено с возможностью получения по меньшей мере одного из следующих значений в качестве информации о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени: первое фактическое значение α1 угла поворота первого плеча вокруг поперечной оси относительно транспортного корпуса, второе фактическое значение γ1 угла поворота первого плеча вокруг вертикальной оси относительно транспортного корпуса, и третье фактическое значение v1 смещения первого конца первого плеча в направлении длины относительно второго конца в указанном направлении длины; причем устройство для определения положения и угловой ориентации движущей стрелы выполнено с возможностью получения по меньшей мере одного из следующих значений в качестве информации о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени: четвертое фактическое значение α2 угла поворота движущей стрелы вокруг поперечной оси относительно первого плеча, пятое фактическое значение β2 угла поворота движущей стрелы вокруг продольной оси относительно первого плеча, шестое фактическое значение γ2 угла поворота движущей стрелы вокруг вертикальной оси относительно первого плеча и седьмое фактическое значение v2 смещения первого конца движущей стрелы в направлении длины относительно второго конца в указанном направлении длины.

[011] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения, устройство для определения положения и угловой ориентации первого плеча содержит первый датчик угла поворота, второй датчик угла поворота и первый датчик смещения; при этом первый датчик угла поворота предназначен для определения первого фактического значения α1; второй датчик угла поворота предназначен для определения второго фактического значения γ1; а первый датчик смещения предназначен для определения третьего фактического значения v1.

[012] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения устройство для определения положения и угловой ориентации движущей стрелы содержит третий датчик угла поворота, четвертый датчик угла поворота, пятый датчик угла поворота и второй датчик смещения; при этом третий датчик угла поворота предназначен для определения четвертого фактического значения α2; четвертый датчик угла поворота предназначен для определения пятого фактического значения β2; пятый датчик угла поворота предназначен для определения шестого фактического значения γ2; а второй датчик смещения предназначен для определения седьмого фактического значения v2.

[013] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения контроллер дополнительно выполнен с возможностью: получения первого преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, получения второго преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и получения теоретических координат в соответствии с первым преобразующим соотношением и/или вторым преобразующим соотношением; причем первое преобразующее соотношение представляет собой преобразующее соотношение координат первого плеча и движущей стрелы относительно транспортного корпуса; а второе преобразующее соотношение представляет собой преобразующее соотношение координат движущей стрелы относительно первого плеча.

[014] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения контроллер дополнительно выполнен с возможностью: получения первых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, получения первой функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и первыми данными о компенсации отклонения и получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и первой функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в первом состоянии, в котором учитывается деформация изгиба первого плеча и не учитывается деформация изгиба движущей стрелы.

[015] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения контроллер дополнительно выполнен с возможностью: получения вторых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, получения второй функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и вторыми данными о компенсации отклонения и получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и второй функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве во втором состоянии, в котором учитывается деформация изгиба движущей стрелы и не учитывается деформация изгиба первого плеча.

[016] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения контроллер дополнительно выполнен с возможностью: получения третьих данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, получения третьей функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и третьими данными о компенсации отклонения, и получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и третьей функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в третьем состоянии, в котором учитывается как деформация изгиба первого плеча, так и деформация изгиба движущей стрелы.

[017] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения система компенсации отклонения манипулятора дополнительно включает устройство отображения, соединенное с контроллером путем передачи сигналов; при этом устройство отображения предназначено для отображения по меньшей мере одного из перечисленного: теоретических координат, значения для компенсации отклонения, полученного в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени и данных о компенсации отклонения, а также заданных координат.

[018] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения машина для инженерно-геологических работ содержит буровую каретку, тележку с анкерным стержнем или тележку для мокрого распыления.

[019] Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен способ компенсации отклонения манипулятора машины для инженерно-геологических работ, причем способ включает следующие этапы:

[020] получение информации о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени для отображения в реальном времени положения и угловой ориентации манипулятора машины для инженерно-геологических работ в рабочем пространстве указанной машины;

[021] получение теоретических координат заданной точки на манипуляторе в состоянии без учета деформации изгиба манипулятора в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени; и

[022] получение заданных координат заданной точки в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения, полученными в результате экспериментов или моделирования, причем заданные координаты используют для получения заданного положения и заданной ориентации, необходимых для регулирования положения и угловой ориентации манипулятора, так что координаты заданной точки в рабочем пространстве достигают теоретических координат в состоянии, в котором учитывается деформация изгиба манипулятора.

[023] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения

[024] манипулятор содержит первое плечо и движущую стрелу, при этом первый конец первого плеча соединен с транспортным корпусом и имеет несколько степеней свободы движения относительно указанного корпуса, причем первое плечо расположено телескопически вдоль направления своей длины; движущая стрела соединена со вторым концом первого плеча и имеет несколько степеней свободы движения относительно первого плеча, при этом движущая стрела расположена телескопически вдоль направления своей длины;

[025] этап получения информации о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени включает: получение информации о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и получение информации о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени; причем получение информации о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени включает: получение по меньшей мере одного из следующего: первого фактического значения α1 угла поворота первого плеча вокруг поперечной оси относительно транспортного корпуса, второго фактического значения γ1 угла поворота первого плеча вокруг вертикальной оси относительно транспортного корпуса, и третьего фактического значения v1 смещения первого конца первого плеча в направлении длины относительно второго конца в указанном направлении длины; при этом получение информации о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени включает: получение по меньшей мере одного из четвертого фактического значения а2 угла поворота движущей стрелы вокруг поперечной оси относительно первого плеча, пятого фактического значения β2 угла поворота движущей стрелы вокруг продольной оси относительно первого плеча, шестого фактического значения γ2 угла поворота движущей стрелы вокруг вертикальной оси относительно первого плеча и седьмого фактического значения v2 смещения первого конца движущей стрелы в направлении длины относительно второго конца в указанном направлении длины.

[026] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения этап получения теоретических координат в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени включает следующее:

[027] получение первого преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и получение второго преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, причем первое преобразующее соотношение представляет собой преобразующее соотношение координат первого плеча и движущей стрелы относительно транспортного корпуса, а второе преобразующее соотношение представляет собой преобразующее соотношение координат движущей стрелы относительно первого плеча; и

[028] получение теоретических координат в соответствии с первым преобразующим соотношением и/или вторым преобразующим соотношением.

[029] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения

[030] первое преобразующее соотношение соответствует следующему соотношению:

[032] где T_boom представляет первое преобразующее соотношение, с представляет взятие косинуса, a s представляет взятие синуса;

[033] причем второе преобразующее соотношение соответствует следующему соотношению:

[034]

[035] где T_feed представляет второе преобразующее соотношение, с представляет взятие косинуса, a s представляет взятие синуса.

[036] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения этап получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения включает следующее:

[037] получение первых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени;

[038] получение первой функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и первыми данными о компенсации отклонения; и

[039] получение заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и первой функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в первом состоянии, в котором учитывается деформация изгиба первого плеча и не учитывается деформация изгиба движущей стрелы.

[040] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения первая функция компенсации отклонения соответствует следующему соотношению:

[042] где D_boom(x,y,z) представляет первую функцию компенсации отклонения, а K1-K9 представляют первые данные о компенсации отклонения.

[043] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения этап получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения включает следующее:

[044] получение вторых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени;

[045] получение второй функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и вторыми данными о компенсации отклонения; и

[046] получение заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и второй функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве во втором состоянии, в котором учитывается деформация изгиба движущей стрелы и не учитывается деформация изгиба первого плеча.

[047] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения вторая функция компенсации отклонения соответствует следующему соотношению:

[049] где D_feed(x,y,z) представляет вторую функцию компенсации отклонения, а K10-K21 представляют вторые данные о компенсации отклонения.

[050] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения этап получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения включает следующее:

[051] получение третьих данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени;

[052] получение третьей функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и третьими данными о компенсации отклонения; и

[053] получение заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и третьей функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в третьем состоянии, в котором учитывается как деформация изгиба манипулятора, так и деформация изгиба движущей стрелы.

[054] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения третья функция компенсации отклонения соответствует следующему соотношению:

[055]

[056] где D_total(x,y,z) представляет третью функцию компенсации отклонения, а K22-K42 представляют третьи данные о компенсации отклонения.

[057] В машине для инженерно-геологических работ и согласно способу компенсации отклонения манипулятора такой машины согласно вариантам выполнения настоящего изобретения система компенсации отклонения манипулятора может обеспечивать получение теоретических координат для заданной точки на манипуляторе в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени, полученной указанной системой определения положения и угловой ориентации манипулятора, а также получение заданных координат для заданной точки на манипуляторе путем объединения теоретических координат и данных о компенсации отклонения, так чтобы координаты заданной точки в рабочем пространстве могут достигать теоретических координат в состоянии с учетом деформации изгиба манипулятора путем использования заданного положения и заданной ориентации, полученных по заданным координатам, для регулирования положения и угловой ориентации манипулятора, при этом отклонение манипулятора может быть скомпенсировано в реальном времени в динамическом режиме, что является преимущественным для повышения точности позиционирования манипулятора и точности выполнения строительных работ и эффективности эксплуатации машины для инженерно-геологических работ.

[058] Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятными из подробного описания примерных вариантов выполнения настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[059] Сопроводительные чертежи, описанные в данном документе, приведены для лучшего понимания настоящего изобретения и составляют часть настоящей заявки. Схематичные варианты выполнения настоящего изобретения и их описание приведены для пояснения настоящего изобретения, но не являются каким-либо ограничением данного изобретения. На прилагаемых чертежах:

[060] Фиг. 1 схематично изображает машину для инженерно-геологических работ согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения;

[061] Фиг. 2 схематично изображает систему определения положения и угловой ориентации манипулятора согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения;

[062] Фиг. 3 представляет схему системы определения положения и угловой ориентации манипулятора и системы компенсации отклонения манипулятора согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения;

[063] Фиг. 4 представляет схему того, как с помощью системы компенсации отклонения манипулятора компенсируют отклонение первого плеча согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения;

[064] Фиг. 5 представляет схему того, как с помощью системы компенсации отклонения манипулятора компенсируют отклонение движущей стрелы согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения;

[065] Фиг. 6 представляет схему того, как с помощью системы компенсации отклонения манипулятора компенсируют отклонение первого плеча и отклонение движущей стрелы согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения; и

[066] Фиг. 7 представляет блок-схему способа работы системы компенсации отклонения манипулятора согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

[067] Технические решения в вариантах выполнения настоящего изобретения описаны подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи с вариантами выполнения данного изобретения. Понятно, что описанные варианты выполнения представляют лишь некоторые, а не все варианты выполнения настоящего изобретения. По сути, следующее описание по меньшей мере одного типового варианта выполнения приведено лишь в качестве иллюстрации и не является каким-либо ограничением настоящего изобретения и его применения или использования. Все другие варианты выполнения, созданные специалистом в данной области техники на основании вариантов выполнения настоящего изобретения и без внесения каких-либо изобретательских решений, следует считать входящими в объем правовой охраны настоящего изобретения.

[068] Если не указано иное, взаимное расположение, числовые выражения и количество элементов и этапов, описанных в вариантах выполнения, не ограничивают объем настоящего изобретения. Между тем, следует понимать, что для удобства описания размеры каждого элемента, изображенного на прилагаемых чертежах, не соответствуют фактическим размерным соотношениям. Подробное обсуждение технологий, способов и устройств, известных специалистам в соответствующей области техники, может быть опущено, но там, где это целесообразно, указанные технологии, способы и устройства следует рассматривать как часть предоставленной спецификации. Во всех примерах, проиллюстрированных и обсуждаемых в данном документе, любое конкретное значение следует интерпретировать просто как пример, а не ограничение. Следовательно, в других примерах типовых вариантов выполнения могут быть другие значения. Следует отметить, что на представленных ниже сопроводительных чертежах подобными номерами позиций и буквами обозначены подобные элементы. Таким образом, если конкретный элемент обозначен на одном чертеже, нет необходимости дополнительно представлять данный элемент на последующих чертежах.

[069] Следует понимать, что применяемые в описании настоящего изобретения слова «первый», «второй» и им подобные, указанные для конкретных признаков, предназначены исключительно для удобства различения соответствующих признаков. Если не заявлено иное, вышеуказанные слова не имеют специального значения и не могут рассматриваться как ограничение объема правовой охраны настоящего изобретения.

[070] Следует понимать, что описанная в настоящем изобретении азимутальная или пространственная взаимосвязь, обозначенная такими словами, как «спереди, сзади, выше, ниже, слева, справа», «поперечный, продольный, вертикальный, горизонтальный», «верх, низ» и т.п., обычно представляет собой азимутальную или пространственную взаимосвязь, исходя из прилагаемых чертежей, что предусмотрено лишь для облегчения и упрощения описания настоящего изобретения. Если не заявлено иное, данные слова не указывают и не подразумевают, что устройство или компонент, о которых идет речь, должны соответствовать определенному азимуту или обеспечивать конструкцию и работу согласно определенному азимуту; следовательно, указанные слова не могут быть истолкованы как ограничение объема правовой охраны настоящего изобретения. Слова «внутренний, внешний», характеризующие азимутальную взаимосвязь, относятся к внутренней и внешней сторонам относительно габаритов каждого компонента.

[071] Как изображено на Фиг. 1-7, согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения предложена машина для инженерно-геологических работ и способ компенсации отклонения манипулятора такой машины.

[072] Машина для инженерно-геологических работ содержит транспортный корпус, манипулятор, систему определения положения и угловой ориентации манипулятора и систему компенсации отклонения манипулятора.

[073] Манипулятор соединен с транспортным корпусом и имеет несколько степеней свободы движения относительно указанного корпуса. Машина для инженерно-геологических работ может содержать один или более манипуляторов, имеющих одинаковые или разные функции.

[074] Система определения положения и угловой ориентации манипулятора расположена на манипуляторе и выполнена с возможностью получения информации о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени для отображения в реальном времени положения и угловой ориентации манипулятора в рабочем пространстве.

[075] Система компенсации отклонения манипулятора содержит запоминающее устройство и контроллер. Запоминающее устройство выполнено с возможностью хранения данных о компенсации отклонения, полученных в результате экспериментов или моделирования; причем контроллер соединен с системой определения положения и угловой ориентации манипулятора и с запоминающим устройством и выполнен с возможностью получения теоретических координат для заданной точки на манипуляторе в состоянии без учета деформации изгиба манипулятора в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени и с возможностью получения заданных координат для заданной точки в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения, причем заданные координаты используются для получения заданного положения и заданной ориентации, требуемых для регулирования положения и угловой ориентации манипулятора, так что координаты заданной точки в рабочем пространстве достигают теоретических координат в состоянии с учетом деформации изгиба манипулятора.

[076] Согласно настоящему изобретению машина для инженерно-геологических работ может представлять собой буровую каретку, тележку с анкерным стержнем или тележку для мокрого распыления. Например, в варианте выполнения на Фиг. 1 машина для инженерно-геологических работ представляет собой буровую каретку. Транспортный корпус содержит ходовую часть 1, кабину 2, расположенную на передвижной ходовой части 1, несколько манипуляторов и опорные стойки 4, соединенные с указанной ходовой частью. Каждый манипулятор содержит рабочее устройство для выполнения строительных работ. Заданная точка может представлять собой конечную точку одного конца манипулятора, соединенного с рабочим устройством. Несколько манипуляторов включают манипуляторы 3А для горного бурения и манипулятор 3В платформы. Каждый из манипуляторов 3А для горного бурения содержит бурильное устройство для бурения строительной рабочей поверхности. Координаты для заданной точки регулируют для достижения теоретических координат путем использования данных о компенсации отклонения, так что влияние деформации изгиба манипулятора на положение бурильного устройства может быть уравновешено, при этом точность позиционирования и бурения посредством бурильного устройства может соответствующим образом отвечать требованию к буровому строительству. В некоторых вариантах выполнения, не изображенных на чертежах, манипулятор также может представлять собой манипулятор для мокрого распыления тележки для мокрого распыления.

[077] В машине для инженерно-геологических работ согласно вариантам выполнения настоящего изобретения система компенсации отклонения манипулятора выполнена с возможностью получения теоретических координат заданной точки на манипуляторе в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени, полученной системой определения положения и угловой ориентации манипулятора, и с возможностью получения заданных координат заданной точки на манипуляторе путем объединения теоретических координат и данных о компенсации отклонения, так что координаты заданной точки в рабочем пространстве могут достигать теоретических координат в состоянии с учетом деформации изгиба манипулятора, путем использования заданного положения и заданной ориентации, полученных по заданным координатам, для регулирования положения и угловой ориентации манипулятора, при этом отклонение манипулятора может быть компенсировано в реальном времени в динамическом режиме, что является преимущественным для повышения точности позиционирования манипулятора и точности выполнения строительных работ и эффективности эксплуатации машины для инженерно-геологических работ.

[078] Как изображено на Фиг. 1 и Фиг. 2, в системе Ox_ay_az_a координат для транспортного корпуса направление ширины транспортного корпуса определено как ось х_а, направление длины транспортного корпуса определено как ось у_а, а направление высоты транспортного корпуса определено как ось z_a; в системе Ox_by_bz_b координат для первого плеча направление ширины первого плеча определено как ось x_b, направление длины первого плеча определено как ось y_b, а направление высоты первого плеча определено как ось z_b; а в системе Ox_cy_cz_c координат для движущей стрелы направление ширины движущей стрелы определено как ось х_с, направление длины движущей стрелы определено как ось y_c, а направление высоты движущей стрелы определено как ось z_c.

[079] Исходя из приведенных выше определений, в последующем описании:

[080] «угол поворота первого плеча 311 вокруг поперечной оси относительно транспортного корпуса» относится к углу между осью y_b системы Ох_bу_bz_b координат для первого плеча и плоскостью x_aOy_a системы Ox_ay_aza координат для транспортного корпуса;

[081] «угол поворота первого плеча 311 вокруг вертикальной оси относительно транспортного корпуса» относится к углу между проекцией оси y_b системы Ox_by_bz_b координат для первого плеча в плоскости x_aOy_a системы Ox_ay_az_a координат для транспортного корпуса и осью y_a указанной системы Ox_ay_az_a координат;

[082] «угол поворота движущей стрелы 331 вокруг поперечной оси относительно первого плеча 311» относится к углу между осью y_c системы Ox_cy_cz_c координат для движущей стрелы и плоскостью x_bOy_b системы Ox_by_bz_b координат для первого плеча;

[083] «угол поворота движущей стрелы 331 вокруг продольной оси относительно первого плеча 311» относится к углу между осью z^c системы Ox_cy_cz_c координат для движущей стрелы и плоскостью, перпендикулярной плоскости x_bOy_b системы Ox_by_bz_b координат для первого плеча и включающей ось y_c указанной системы Ox_cy_cz_c координат для движущей стрелы;

[084] «угол поворота движущей стрелы 331 вокруг вертикальной оси относительно первого плеча 311» относится к углу между проекцией оси y_c системы Ox_cy_cz_c координат для движущей стрелы в плоскости x_bOy_b системы Ox_by_bz_b координат для первого плеча и осью y_b указанной системы Ox_by_bz_b координат для первого плеча.

[085] В некоторых вариантах выполнения манипулятор содержит первое плечо 311 и движущую стрелу 331, при этом первый конец первого плеча 311 соединен с транспортным корпусом и имеет несколько степеней свободы движения относительно указанного корпуса, а движущая стрела 331 соединена со вторым концом первого плеча 311 и имеет несколько степеней свободы движения относительно первого плеча 311. Заданная точка может находиться на первом плече 311 или может находиться на движущей стреле 331. Например, заданная точка может являться конечной точкой одного конца первого плеча, который соединен с движущей стрелой, или может являться конечной точкой одного конца движущей стрелы 331, соединенного с рабочим устройством.

[086] Например, в варианте выполнения на Фиг. 2 манипулятор содержит первое плечо 311, поворотное основание 312, второе плечо 321, основание 322 первого плеча, движущую стрелу 331, основание 332 движущей стрелы и буровую штангу 34. Первое плечо 311 и второе плечо 321 с возможностью перемещения соединены посредством основания 322 первого плеча, а первое плечо 311 и движущая стрела с возможностью перемещения соединены посредством поворотного основания 312 и основания 332 движущей стрелы. Первое плечо 311 расположено телескопически вдоль направления своей длины, а движущая стрела 331 расположена телескопически вдоль направления своей длины. Буровая штанга 34 с возможностью перемещения расположена на движущей стреле 331 вдоль направления длины указанной стрелы 331. Первое плечо 311 соответственно имеет несколько степеней свободы поворота вокруг оси, проходящей вдоль направления длины ходовой части 1, оси, проходящей вдоль направления ширины ходовой части 1, и оси, проходящей вдоль направления высоты ходовой части 1, относительно ходовой части 1. Первый конец первого плеча 311 в направлении длины имеет степень свободы перемещения вдоль направления длины данного плеча относительно второго конца в указанном направлении длины. Движущая стрела 331 соответственно имеет несколько степеней свободы поворота вокруг оси, проходящей в направлении длины первого плеча 311, оси, проходящей в направлении ширины первого плеча 311, и оси, проходящей в направлении высоты первого плеча 311. Первый конец движущей стрелы 3 31 в направлении длины имеет степень свободы перемещения вдоль направления данной стрелы относительно второго конца в указанном направлении длины.

[087] В вышеуказанных вариантах выполнения система определения положения и угловой ориентации манипулятора включает устройство для определения положения и угловой ориентации первого плеча и устройство для определения положения и угловой ориентации движущей стрелы; при этом устройство для определения положения и угловой ориентации первого плеча предназначено для получения по меньшей мере одного из следующих значений в качестве информации о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени: первое фактическое значение α1 угла поворота первого плеча 311 вокруг поперечной оси относительно транспортного корпуса, второе фактическое значение γ1 угла поворота первого плеча 311 вокруг вертикальной оси относительно транспортного корпуса и третье фактическое значение v1 смещения первого конца первого плеча 311 в направлении длины относительно второго конца в указанном направлении длины; причем устройство для определения положения и угловой ориентации движущей стрелы предназначено для получения по меньшей мере одного из следующих значений в качестве информации о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени: четвертое фактическое значение α2 угла поворота движущей стрелы 331 вокруг поперечной оси относительно первого плеча 311, пятое фактическое значение β2 угла поворота движущей стрелы 331 вокруг продольной оси относительно первого плеча 311, шестое фактическое значение γ2 угла поворота движущей стрелы 331 вокруг вертикальной оси относительно первого плеча 311 и седьмое фактическое значение v2 смещения первого конца движущей стрелы 331 в направлении длины относительно второго конца в указанном направлении длины.

[088] В некоторых вариантах выполнения, как на Фиг. 2, устройство для определения положения и угловой ориентации первого плеча содержит первый датчик 51 угла поворота, второй датчик 52 угла поворота и первый датчик 53 смещения, при этом первый датчик 51 угла поворота предназначен для определения первого фактического значения α1, второй датчик 52 угла поворота предназначен для определения второго фактического значения γ1, а первый датчик 53 смещения предназначен для определения третьего фактического значения v1.

[089] В некоторых вариантах выполнения, как на Фиг. 2, устройство для определения положения и угловой ориентации движущей стрелы содержит третий датчик 61 угла поворота, четвертый датчик 62 угла поворота, пятый датчик 63 угла поворота и второй датчик 64 смещения, при этом третий датчик 61 угла поворота предназначен для определения четвертого фактического значения α2, четвертый датчик 62 угла поворота предназначен для определения пятого фактического значения β2, пятый датчик 63 угла поворота предназначен для определения шестого фактического значения γ2, а второй датчик 64 смещения предназначен для определения седьмого фактического значения v2.

[090] В некоторых вариантах выполнения контроллер также выполнен с возможностью: получения первого преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, получения второго преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и получения теоретических координат в соответствии с первым преобразующим соотношением и/или вторым преобразующим соотношением, причем первое преобразующее соотношение представляет собой преобразующее соотношение координат первого плеча и движущей стрелы относительно транспортного корпуса, а второе преобразующее соотношение представляет собой преобразующее соотношение координат движущей стрелы относительно первого плеча.

[091] В соответствии с требованием к точности позиционирования рабочего устройства на манипуляторе, а также требованием к конструктивным характеристикам и характеристикам жесткости первого плеча и движущей стрелы, система компенсации отклонения манипулятора может отдельно компенсировать деформацию изгиба первого плеча, отдельно компенсировать деформацию изгиба движущей стрелы или компенсировать как деформацию изгиба первого плеча, так и деформацию изгиба движущей стрелы. На Фиг. 4-6 изображены принципы компенсации отклонения манипулятора в трех указанных случаях.

[092] Как изображено на Фиг. 4-6, линия В1 представляет контур первого плеча в положении и угловой ориентации, которые соответствуют реальному времени, и в состоянии без учета деформации изгиба; линия В' представляет контур первого плеча в положении и угловой ориентации, которые соответствуют реальному времени, и в состоянии с учетом деформации изгиба; линия В0 представляет контур первого плеча в заданном положении и заданной угловой ориентации в состоянии без учета деформации изгиба; линия В0' представляет контур первого плеча в заданном положении и заданной угловой ориентации в состоянии с учетом деформации изгиба; линия F1 представляет контур движущей стрелы в положении и угловой ориентации, которые соответствуют реальному времени, в состоянии без учета деформации изгиба; линия F1' представляет контур движущей стрелы в положении и угловой ориентации, которые соответствуют реальному времени, в состоянии с учетом деформации изгиба; линия F0 представляет контур движущей стрелы в заданном положении и заданной угловой ориентации в состоянии без учета деформации изгиба; а линия F0' представляет контур движущей стрелы в заданном положении и заданной угловой ориентации в состоянии с учетом деформации изгиба.

[093] В некоторых вариантах выполнения, как на Фиг. 4, контроллер также выполнен с возможностью: получения первых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, получения первой функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и первыми данными о компенсации отклонения, и получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и первой функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в первом состоянии, в котором учитывается деформация изгиба первого плеча и не учитывается деформация изгиба движущей стрелы. Используя вышеуказанную конфигурацию, можно обеспечить компенсацию отклонения первого плеча.

[094] В некоторых вариантах выполнения, как на Фиг. 5, контроллер также выполнен с возможностью: получения вторых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, получения второй функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и вторыми данными о компенсации отклонения, и получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и второй функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве во втором состоянии, в котором учитывается деформация изгиба движущей стрелы и не учитывается деформация изгиба первого плеча. Используя вышеуказанную конфигурацию, можно обеспечить компенсацию отклонения движущей стрелы.

[095] В некоторых вариантах выполнения, как на Фиг. 6, контроллер также выполнен с возможностью: получения третьих данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, получения третьей функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и третьими данными о компенсации отклонения, и получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и третьей функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в третьем состоянии, в котором учитывается как деформация изгиба первого плеча, так и деформация изгиба движущей стрелы. Используя вышеуказанную конфигурацию, можно обеспечить компенсацию отклонения всего манипулятора.

[096] В некоторых вариантах выполнения, для того, чтобы помочь операторам машины для инженерно-геологических работ оценить рабочее состояние системы компенсации отклонения манипулятора в реальном времени, указанная система дополнительно включает устройство отображения, которое путем передачи сигналов соединено с контроллером, причем устройство отображения предназначено для отображения по меньшей мере одного из перечисленного: теоретические координаты, значения компенсации отклонения, полученные в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени и данных о компенсации отклонения, а также заданные координаты.

[097] На Фиг. 3 проиллюстрирован принцип работы системы определения положения и угловой ориентации манипулятора и системы компенсации отклонения манипулятора согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения.

[098] В варианте выполнения на Фиг. 3 контроллер включает модуль демодуляции датчика и модуль обработки данных, при этом указанные модули соединены путем передачи сигналов, причем запоминающее устройство и модуль обработки данных соединены путем передачи сигналов. Модуль демодуляции датчика преобразует аналоговый сигнал с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, полученный устройством для определения положения и угловой ориентации первого плеча, и аналоговый сигнал с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, полученный устройством для определения положения и угловой ориентации движущей стрелы, в цифровой сигнал, который может быть распознан модулем обработки данных, и передает указанный цифровой сигнал в модуль обработки данных. Модуль обработки данных вычисляет теоретические координаты заданной точки в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени, запрашивает данные о компенсации отклонения из запоминающего устройства и выполняет вычисление компенсации по координатам заданной точки для получения заданных координат для заданной точки, а затем устройство отображения обеспечивает отображение информации о теоретических координатах, значении компенсации отклонения и заданных координатах.

[099] В некоторых вариантах выполнения описанный выше контроллер может быть реализован в виде процессора общего назначения, программируемого логического контроллера (PLC), процессора цифровой обработки сигналов (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем логической матрицы (FPGA) или других программируемых логических устройств, дискретного логического элемента или транзисторного логического устройства, дискретного узла средств аппаратного обеспечения или любой соответствующей комбинации этих устройств для выполнения функций, описанных в настоящем описании.

[0100] Некоторые варианты выполнения настоящего изобретения дополнительно включают способ компенсации отклонения манипулятора машины для инженерно-геологических работ, включающий следующие этапы: получение информации о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени для отображения в реальном времени положения и угловой ориентации манипулятора машины для инженерно-геологических работ в рабочем пространстве; получение теоретических координат для заданной точки на манипуляторе в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации в реальном времени и в состоянии без учета деформации изгиба манипулятора; получение заданных координат заданной точки в соответствии с указанными теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения, полученными в результате экспериментов или моделирования, причем заданные координаты используют для получения заданного положения и заданной угловой ориентации, требуемых для регулирования положения и угловой ориентации манипулятора, так что координаты заданной точки достигают теоретических координат в состоянии с учетом деформации изгиба манипулятора.

[0101] Способ компенсации отклонения манипулятора, соответствующий варианту выполнения настоящего изобретения, может быть осуществлен с использованием машины для инженерно-геологических работ, выполненной согласно варианту выполнения настоящего изобретения.

[0102] В соответствии со способом компенсации отклонения манипулятора согласно вариантам выполнения настоящего изобретения система компенсации отклонения манипулятора может получать теоретические координаты для заданной точки на манипуляторе в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени и получать заданные координаты заданной точки на манипуляторе путем объединения теоретических координат и данных о компенсации отклонения, так что координаты заданной точки в рабочем пространстве могут достигать теоретических координат в состоянии с учетом деформации изгиба манипулятора путем использования заданного положения и заданной угловой ориентации, полученных по заданным координатам, для регулирования положения и угловой ориентации манипулятора, при этом отклонение манипулятора может быть скомпенсировано в реальном времени в динамическом режиме, что является преимущественным для повышения точности позиционирования манипулятора и точности выполнения строительных работ и эффективности эксплуатации машины для инженерно-геологических работ.

[0103] В некоторых вариантах выполнения манипулятор содержит первое плечо 311 и движущую стрелу 331, при этом первый конец первого плеча 311 соединен с транспортным корпусом и имеет несколько степеней свободы движения относительно указанного корпуса, причем первое плечо 311 телескопически расположено вдоль направления длины плеча, а движущая стрела 331 соединена со вторым концом первого плеча 311 и имеет несколько степеней свободы движения относительно указанного плеча 311, причем движущая стрела 331 телескопически расположена вдоль направления своей длины; и

[0104] этап получения информации о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени включает: получение информации о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и информации о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени; причем получение информации о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени включает: по меньшей мере одно из следующего: первое фактическое значение α1 угла поворота первого плеча 311 вокруг поперечной оси относительно транспортного корпуса, второе фактическое значение γ1 угла поворота первого плеча 311 вокруг вертикальной оси относительно транспортного корпуса и третье фактическое значение v1 смещения первого конца первого плеча 311 в направлении длины относительно второго конца в направлении длины; причем получение информации о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени включает: получение по меньшей мере одного из четвертого фактического значения α2 угла поворота движущей стрелы 331 вокруг поперечной оси относительно первого плеча 311, пятого фактического значения β2 угла поворота движущей стрелы 331 вокруг продольной оси относительно первого плеча 311, шестого фактического значения γ2 угла поворота движущей стрелы 331 вокруг вертикальной оси относительно первого плеча 311, и седьмого фактического значения v2 смещения первого конца движущей стрелы 331 в направлении длины относительно второго конца в указанном направлении длины.

[0105] В некоторых вариантах выполнения этап получения теоретических координат в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени включает следующее: получение первого преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и получение второго преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, причем первое преобразующее соотношение представляет собой преобразующее соотношение координат первого плеча и движущей стрелы относительно транспортного корпуса; а второе преобразующее соотношение представляет собой преобразующее соотношение координат движущей стрелы относительно первого плеча.

[0106] В некоторых вариантах выполнения

[0107] первое преобразующее соотношение соответствует следующему соотношению:

[0109] где T_boom представляет первое преобразующее соотношение, с представляет взятие косинуса, a s представляет взятие синуса; и

[0110] второе преобразующее соотношение соответствует следующему соотношению:

[0111]

[0112] где T_feed представляет второе преобразующее соотношение, с представляет взятие косинуса, a s представляет взятие синуса.

[0113] Теоретические координаты удовлетворяют следующему соотношению:

[0114] T(x,y,z)={T_boom * T_feed}(: 4),

[0115] где T(x,y,z) представляет теоретические координаты, а (:4) представляет результат операции над матрицей в четвертом столбце.

[0116] В соответствии с требованиями, предъявляемыми к точности позиционирования рабочего устройства на манипуляторе, а также к конструктивным характеристикам и характеристикам жесткости первого плеча и движущей стрелы, система компенсации отклонения манипулятора может отдельно компенсировать деформацию изгиба первого плеча, отдельно компенсировать деформацию изгиба движущей стрелы, или компенсировать как деформацию изгиба первого плеча, так и деформацию изгиба движущей стрелы. На Фиг. 4-6 проиллюстрированы принципы компенсации отклонения манипулятора в трех указанных случаях, при этом значения В1, В1', В0, В0', F1, F1', F0 и F0' могут относиться к соответствующим, ранее указанным определениям.

[0117] В некоторых вариантах выполнения, как на Фиг. 4, получение заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения включает: получение первых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени; получение первой функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и первыми данными о компенсации отклонения; и получение заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и первой функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в первом состоянии, в котором учитывается деформация изгиба первого плеча и не учитывается деформация изгиба движущей стрелы.

[0118] Согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения первая функция компенсации отклонения соответствует следующему соотношению:

[0120] где D_boom(x,y,z) представляет первую функцию компенсации отклонения, а K1-K9 представляют первые данные о компенсации отклонения.

[0121] В варианте выполнения на Фиг. 4 за заданную точку принимают конечную точку Р1 одного конца первого плеча, который соединен с движущей стрелой, причем заданные координаты T_boom(x1',y1',z1') после компенсации и теоретические координаты T_boom(x1,y1,z1) соотносятся как:

T_boom(x1',y1',z1')=T_boom(х1,y1,z1)+D_boom(x1,y1,z1)=T_boom(:4)+D_boom(x1,y1,z1), причем заданные координаты и теоретические координаты относятся к координатам в системе Ox_ay_az_a координат для транспортного корпуса, а значение (:4) представляет собой результат операции над матрицей в четвертом столбце.

[0122] В некоторых вариантах выполнения, как на Фиг. 3, этап получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения включает следующее: получение вторых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени; получение второй функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и вторыми данными о компенсации отклонения; и получение заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и второй функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве во втором состоянии, в котором учитывается деформация изгиба движущей стрелы и не учитывается деформация изгиба первого плеча.

[0123] В некоторых вариантах выполнения вторая функция компенсации отклонения соответствует следующему соотношению:

[0125] где D_feed(X,y,z) представляет вторую функцию компенсации отклонения, а K10-K21 представляют вторые данные о компенсации отклонения.

[0126] В варианте выполнения на Фиг. 3 за заданную точку принимают конечную точку Р2 одного конца движущей стрелы, соединенного с рабочим устройством, причем заданные координаты T_feed(x2',y2',z2') после компенсации и теоретические координаты T_feed(x2,y2,z2) соотносятся как: T_feed(x2',y2',z2')=T_feed(x2,y2,z2)+D_feed(x2,y2,z2)=T_feed(:4)+D_feed(x2,y2,z2). В приведенных выше выражениях заданные координаты и теоретические координаты относятся к координатам в системе Ox_by_bz_b координат для первого плеча, а значение (:4) представляет собой результат операции над матрицей в четвертом столбце.

[0127] В некоторых вариантах выполнения, как на Фиг. 6, этап получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения включает следующее: получение третьих данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени; получение третьей функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и третьими данными о компенсации отклонения; и получение заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и третьей функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в третьем состоянии, в котором учитывается как деформация изгиба первого плеча, так и деформация изгиба движущей стрелы.

[0128] В некоторых вариантах выполнения третья функция компенсации отклонения соответствует следующему соотношению:

[0130] где D_total(x,y,z) представляет третью функцию компенсации отклонения, а K22-K42 представляют третьи данные о компенсации отклонения.

[0131] В варианте выполнения на Фиг. 6 за заданную точку принимают конечную точку Р2 одного конца движущей стрелы, соединенного с рабочим устройством, причем заданные координаты T_total(x2',y2',z2') после компенсации и теоретические координаты T_total(x2,y2,z2) соотносятся как: T_total(x2',y2',z2')=T_total(x2,y2,z2)+D_total(x2,y2,z2)={T_boom(:4)*T_feed(:4)}+D_total(x2,y2,z2), при этом заданные координаты и теоретические координаты относятся к координатам в системе Ox_ay_az_a координат для транспортного корпуса, а значение (:4) представляет собой результат операции над матрицей в четвертом столбце.

[0132] В вышеуказанных вариантах выполнения отклонения манипулятора могут быть протестированы в разных положениях и при разных угловых ориентациях, причем первые данные о компенсации отклонения, вторые данные о компенсации отклонения и третьи данные о компенсации отклонения могут быть получены путем приближения в соответствии с результатами тестирования.

[0133] Функция каждого этапа, входящего в способ компенсации отклонения манипулятора, может быть отнесена к соответствующему описанию системы компенсации отклонения машины для инженерно-геологических работ.

[0134] Ниже со ссылкой на Фиг. 7 приведено описание способа компенсации отклонения манипулятора согласно некоторым вариантам выполнения настоящего изобретения. В качестве заданной точки принимают конечную точку Р2 одного конца движущей стрелы, соединенного с рабочим устройством, причем учитывают как деформацию изгиба первого плеча 331, так и деформацию изгиба движущей стрелы 331.

[0135] 1. Определяют информацию о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени. Первое фактическое значение α1 определяют посредством первого датчика 51 угла поворота, второе фактическое значение γ1 определяют посредством второго датчика 52 угла поворота, а третье фактическое значение v1 определяют посредством первого датчика смещения, в качестве информации о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени. Четвертое фактическое значение α2 определяют посредством третьего датчика 61 угла поворота, пятое фактическое значение β2 определяют посредством четвертого датчика 62 угла поворота, шестое фактическое значение γ2 определяют посредством пятого датчика 63 угла поворота, а седьмое фактическое значение v2 определяют посредством второго датчика 64 смещения, в качестве информации о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени.

[0136] 2. Вычисляют теоретические координаты для заданной точки. Первое преобразующее соотношение T_boom получают в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, второе преобразующее соотношение T_feed получают в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, и в соответствии с первым преобразующим соотношением T_boom и вторым преобразующим соотношением T_feed получают теоретические координаты T_total(x2,y2,z2)={T_boom*T_feed}(:4) для заданной точки Р2.

[0137] 3. Запрашивают данные о компенсации отклонения и вычисляют заданные координаты для заданной точки. Третью функцию компенсации отклонения, D_total(x,y,z), получают в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и третьими данными о компенсации отклонения, при этом заданные координаты получают в соответствии с теоретическими координатами и третьей функцией компенсацией отклонения, причем заданные координаты для заданной точки Р2 соответствуют выражению: T_total(x2',y2',z2)=T_total(x2,y2,z2)+D_total(x2,y2,z2).

[0138] 4. Обеспечивают отображение информации, включая: предоставление теоретических координат, значений для компенсации отклонения, полученных в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени и данными о компенсации отклонения, а также заданных координат.

[0139] Благодаря способу компенсации отклонения манипулятора согласно вышеуказанным вариантам выполнения отклонение манипулятора, конструкция которого имеет несколько степеней свободы движения и образована первым плечом и движущей стрелой, может быть компенсировано в реальном времени, а также может быть повышена точность позиционирования манипулятора.

[0140] В заключение следует отметить, что вышеуказанные варианты выполнения приведены исключительно для описания технического решения настоящего изобретения, а не для его ограничения. Хотя настоящее изобретение описано подробно со ссылкой на предпочтительные варианты выполнения, специалисты в данной области техники должны понимать, что могут быть выполнены модификации конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения или эквивалентно заменена часть технических признаков, что входит в объем технических решений, заявленных в настоящей заявке.

Claims (52)

1. Машина для инженерно-геологических работ, содержащая:

транспортный корпус,

манипулятор, соединенный с транспортным корпусом и имеющий несколько степеней свободы движения относительно указанного корпуса,

систему определения положения и угловой ориентации манипулятора, расположенную на манипуляторе и выполненную с возможностью получения информации о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени для отображения в реальном времени положения и угловой ориентации манипулятора в рабочем пространстве, и

систему компенсации отклонения манипулятора, содержащую запоминающее устройство и контроллер, причем запоминающее устройство выполнено с возможностью хранения данных о компенсации отклонения, полученных в результате экспериментов или моделирования, причем контроллер путем передачи сигналов соединен с системой определения положения и угловой ориентации манипулятора и с запоминающим устройством и выполнен с возможностью получения теоретических координат для заданной точки на манипуляторе в состоянии, в котором не учитывается деформация изгиба манипулятора, в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени, и с возможностью получения заданных координат для заданной точки в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения, при этом заданные координаты используются для получения заданного положения и заданной угловой ориентации, требуемых для регулирования положения и угловой ориентации манипулятора, так что координаты заданной точки в рабочем пространстве достигают теоретических координат в состоянии, в котором учитывается деформация изгиба манипулятора.

2. Машина по п. 1, в которой манипулятор содержит первое плечо (311) и движущую стрелу (331), причем первый конец первого плеча (311) соединен с транспортным корпусом и имеет несколько степеней свободы движения относительно указанного корпуса, а движущая стрела (331) соединена со вторым концом первого плеча (311) и имеет несколько степеней свободы движения относительно указанного первого плеча (311);

причем система определения положения и угловой ориентации манипулятора содержит устройство для определения положения и угловой ориентации первого плеча и устройство для определения положения и угловой ориентации движущей стрелы, при этом устройство для определения положения и угловой ориентации первого плеча выполнено с возможностью получения по меньшей мере одного из следующих значений в качестве информации о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени: первого фактического значения α1 угла поворота первого плеча (311) вокруг поперечной оси относительно транспортного корпуса, второго фактического значения γ1 угла поворота первого плеча (311) вокруг вертикальной оси относительно транспортного корпуса и третьего фактического значения v1 смещения первого конца первого плеча (311) в направлении длины относительно второго конца в указанном направлении длины, причем устройство для определения положения и угловой ориентации движущей стрелы выполнено с возможностью получения по меньшей мере одного из следующих значений в качестве информации о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени: четвертого фактического значения α2 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг поперечной оси относительно первого плеча (311), пятого фактического значения β2 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг продольной оси относительно первого плеча (311), шестого фактического значения γ2 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг вертикальной оси относительно первого плеча (311) и седьмого фактического значения v2 смещения первого конца движущей стрелы (331) в направлении длины относительно второго конца в указанном направлении длины.

3. Машина по п. 2, в которой устройство для определения положения и угловой ориентации первого плеча содержит первый датчик (51) угла поворота, второй датчик (52) угла поворота и первый датчик (53) смещения, при этом первый датчик (51) угла поворота выполнен с возможностью определения указанного первого фактического значения α1, второй датчик (52) угла поворота выполнен с возможностью определения указанного второго фактического значения γ1, а первый датчик (53) смещения выполнен с возможностью определения указанного третьего фактического значения v1.

4. Машина по п. 2, в которой устройство для определения положения и угловой ориентации движущей стрелы содержит третий датчик (61) угла поворота, четвертый датчик (62) угла поворота, пятый датчик (63) угла поворота и второй датчик (64) смещения, при этом третий датчик (61) угла поворота выполнен с возможностью определения указанного четвертого фактического значения α2, четвертый датчик (62) угла поворота выполнен с возможностью определения указанного пятого фактического значения β2, пятый датчик (63) угла поворота выполнен с возможностью определения указанного шестого фактического значения γ2, а второй датчик (64) смещения выполнен с возможностью определения указанного седьмого фактического значения v2.

5. Машина по п. 2, в которой контроллер выполнен с возможностью: получения первого преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, получения второго преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и получения теоретических координат в соответствии с первым преобразующим соотношением и/или вторым преобразующим соотношением, при этом первое преобразующее соотношение представляет преобразующее соотношение координат первого плеча и движущей стрелы относительно транспортного корпуса, а второе преобразующее соотношение представляет преобразующее соотношение координат движущей стрелы относительно указанного первого плеча.

6. Машина по п. 2, в которой контроллер выполнен с возможностью: получения первых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, получения первой функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и первыми данными о компенсации отклонения и получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и первой функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в первом состоянии, в котором учитывается деформация изгиба первого плеча и не учитывается деформация изгиба движущей стрелы.

7. Машина по п. 2, в которой контроллер выполнен с возможностью: получения вторых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, получения второй функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и вторыми данными о компенсации отклонения и получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и второй функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве во втором состоянии, в котором учитывается деформация изгиба движущей стрелы и не учитывается деформация изгиба первого плеча.

8. Машина по п. 2, в которой контроллер выполнен с возможностью: получения третьих данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, получения третьей функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и третьими данными о компенсации отклонения и получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и третьей функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в третьем состоянии, в котором учитывается как деформация изгиба первого плеча, так и деформация изгиба движущей стрелы.

9. Машина по любому из пп. 1-8, в которой система компенсации отклонения манипулятора дополнительно содержит устройство отображения, которое путем передачи сигналов соединено с контроллером, при этом устройство отображения выполнено с возможностью отображения по меньшей мере одного из следующего: теоретических координат, значения для компенсации отклонения, полученного в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени и данными о компенсации отклонения, и заданных координат.

10. Машина по любому из пп. 1-8, которая представляет собой буровую каретку, тележку с анкерным стержнем или тележку для мокрого распыления.

11. Способ компенсации отклонения манипулятора машины для инженерно-геологических работ, включающий следующие этапы:

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

получение теоретических координат для заданной точки на манипуляторе в состоянии, в котором не учитывают деформацию изгиба манипулятора, в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени и

получение заданных координат для заданной точки в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения, полученными в результате экспериментов или моделирования, причем заданные координаты используют для получения заданного положения и заданной угловой ориентации, требуемых для регулирования положения и угловой ориентации манипулятора, так что координаты заданной точки в рабочем пространстве достигают теоретических координат в состоянии, в котором учитывают деформацию изгиба манипулятора.

12. Способ по п. 11, в котором

манипулятор содержит первое плечо (311) и движущую стрелу (331), при этом первый конец первого плеча (311) соединен с транспортным корпусом и имеет несколько степеней свободы движения относительно указанного корпуса, причем первое плечо (311) телескопически расположено вдоль направления своей длины, при этом движущая стрела (331) соединена со вторым концом первого плеча (311) и имеет несколько степеней свободы движения относительно первого плеча (311), при этом движущая стрела (331) телескопически расположена вдоль направления своей длины,

этап получения информации о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени включает: получение информации о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и получение информации о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, причем получение информации о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени включает: получение по меньшей мере одного из следующего: первого фактического значения α1 угла поворота первого плеча (311) вокруг поперечной оси относительно транспортного корпуса, второго фактического значения γ1 угла поворота первого плеча (311) вокруг вертикальной оси относительно транспортного корпуса и третьего фактического значения v1 смещения первого конца первого плеча (311) в направлении длины относительно второго конца в указанном направлении длины, причем этап получения информации о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени включает: получение по меньшей мере одного из четвертого фактического значения α2 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг поперечной оси относительно первого плеча (311), пятого фактического значения β2 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг продольной оси относительно первого плеча (311), шестого фактического значения γ2 угла поворота движущей стрелы (331) вокруг вертикальной оси относительно первого плеча (311) и седьмого фактического значения v2 смещения первого конца движущей стрелы (331) в направлении длины относительно второго конца в указанном направлении длины.

13. Способ по п. 12, в котором этап получения теоретических координат в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации манипулятора в реальном времени включает следующее:

получение первого преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и получение второго преобразующего соотношения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени, причем первое преобразующее соотношение представляет преобразующее соотношение координат первого плеча и движущей стрелы относительно транспортного корпуса, а второе преобразующее соотношение представляет преобразующее соотношение координат движущей стрелы относительно первого плеча; и

получение теоретических координат в соответствии с первым преобразующим соотношением и/или вторым преобразующим соотношением.

14. Способ по п. 13, в котором первое преобразующее соотношение соответствует следующему соотношению:

где T_boom представляет первое преобразующее соотношение, с представляет взятие косинуса, a s представляет взятие синуса,

а второе преобразующее соотношение соответствует следующему соотношению:

где T_feed представляет второе преобразующее соотношение, с представляет взятие косинуса, a s представляет взятие синуса.

15. Способ по п. 12, в котором этап получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения включает следующее:

получение первых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени,

получение первой функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и первыми данными о компенсации отклонения и

получение заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и первой функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в первом состоянии, в котором учитывают деформацию изгиба первого плеча и не учитывают деформацию изгиба движущей стрелы.

16. Способ по п. 15, в котором первая функция компенсации отклонения соответствует следующему соотношению:

где D_boom(x,y,z) представляет первую функцию компенсации отклонения, а K1-K9 представляют первые данные о компенсации отклонения.

17. Способ по п. 12, в котором этап получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения включает следующее:

получение вторых данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени,

получение второй функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и вторыми данными о компенсации отклонения и

получение заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и второй функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве во втором состоянии, в котором учитывают деформацию изгиба движущей стрелы и не учитывают деформацию изгиба первого плеча.

18. Способ по п. 17, в котором вторая функция компенсации отклонения соответствует следующему соотношению:

где D_feed(x,y,z) представляет вторую функцию компенсации отклонения, а K10-K21 представляют вторые данные о компенсации отклонения.

19. Способ по п. 12, в котором этап получения заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и данными о компенсации отклонения включает следующее:

получение третьих данных о компенсации отклонения из данных о компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени и информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени,

получение третьей функции компенсации отклонения в соответствии с информацией о положении и угловой ориентации первого плеча в реальном времени, информацией о положении и угловой ориентации движущей стрелы в реальном времени и третьими данными о компенсации отклонения и

получение заданных координат в соответствии с теоретическими координатами и третьей функцией компенсации отклонения, так что заданная точка достигает теоретических координат в рабочем пространстве в третьем состоянии, в котором учитывают как деформацию изгиба манипулятора, так и деформацию изгиба движущей стрелы.

20. Способ по п. 19, в котором третья функция компенсации отклонения соответствует следующему соотношению:

где D_total(x,y,z) представляет третью функцию компенсации отклонения, а K22-K42 представляют третьи данные о компенсации отклонения.