[發明專利]隧道輪廓掃描設備、方法及包含該設備的工程機械

有效

• 申請號: 201310046996.5
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103148812A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 陶澤安;梁聰慧;涂佳瑋;曾楊
• 申請（專利權）人: 中聯重科股份有限公司
• 主分類號: G01B15/04
• 分類號: G01B15/04;E21D11/10
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;南毅寧

技術領域

本發明涉及工程機械領域，具體地，涉及一種隧道輪廓掃描設備、方法及包含該設備的工程機械。?

背景技術

混凝土噴漿設備（諸如，混凝土泵車、混凝土噴射機等）利用自身的液壓機械臂引導軟管，并通過軟管將混凝土輸送至目標位置進行噴漿作業，因此，大型多關節液壓機械臂的運動控制非常關鍵。臂架智能運動控制綜合了先進的傳感檢測技術和機器人控制技術，因其操作簡單，控制精度高，逐步取代了傳統的臂架單關節手動控制方式，成為臂架運動控制的發展趨勢。?

目前，臂架智能運動控制技術已在混凝土泵車上得到了廣泛的應用，但混凝土噴射機的工作環境為在隧道等有限空間，其需要在該空間內進行開挖斷面混凝土噴射襯砌作業，這一點與混凝土泵車不同，因此難以將現有的臂架智能運動控制技術直接應用在混凝土噴射機上。需要獲取有關隧道的空間數據，以在在混凝土噴射機臂架運動控制時進行參考。?

發明內容

本發明的目的是提供一種隧道輪廓掃描設備、方法及包含該設備的工程機械，其可實現隧道輪廓掃描，且可將掃描得到的數據應用在噴射機臂架智能運動控制系統中。?

為了實現上述目的，本發明提供一種隧道輪廓掃描設備，該設備包括：掃描儀，安裝于隨轉臺轉動的臂架上；以及控制裝置，用于執行以下操作：控制所述掃描儀以多個發射角度發出射線，以測量該掃描儀的中心與該中心?所處的隧道斷面上各點之間的距離；控制所述臂架移動一預定距離，控制所述掃描儀以多個發射角度發出射線，以測量該掃描儀的中心與該中心所處的隧道斷面上各點之間的距離；重復上述步驟，直至完成所需輪廓的掃描；以及根據所測量的距離及測量該距離所發出射線的發射角度，計算各所述隧道斷面上各點在第一三維直角坐標系下的坐標，該三維直角坐標系以所述轉臺的中心為原點，且三個軸的方向分別為所述臂架在水平面上的投影方向、所述水平面上與所述投影方向垂直的方向、以及與所述水平面垂直的方向。?

相應地，本發明還提供一種工程機械，該工程機械包含上述隧道輪廓掃描設備。?

相應地，本發明還提供一種隧道輪廓掃描方法，該方法包括：控制掃描儀以多個發射角度發出射線，以測量該掃描儀的中心與該中心所處的隧道斷面上各點之間的距離，該掃描儀安裝于隨轉臺轉動的臂架上；控制所述臂架移動一預定距離，控制所述掃描儀以多個發射角度發出射線，以測量該掃描儀的中心與該中心所處的隧道斷面上各點之間的距離；重復上述步驟，直至完成所需輪廓的掃描；以及根據所測量的距離及測量該距離所發出射線的發射角度，計算各所述隧道斷面上各點在第一三維直角坐標系下的坐標，該三維直角坐標系以所述轉臺的中心為原點，且三個軸的方向分別為所述臂架在水平面上的投影方向、所述水平面上與所述投影方向垂直的方向、以及與所述水平面垂直的方向。?

通過上述技術方案，可得隧道各斷面上各點的坐標，從而可生成隧道曲面網格圖；另外，還可將臂架與隧道輪廓曲面統一在同一三維空間坐標系內，得到臂架與所述隧道輪廓曲面的相對姿態，準確獲取臂架在隧道內的三維空間的實際位置，以在進行臂架軌跡規劃時進行參考，避開臂架運動過程中的某些姿態出現碰撞隧道壁的危險。?

本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。?

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：?

圖1為一混凝土噴射機的臂架系統的結構示意圖；?

圖2為本發明提供的隧道輪廓掃描設備的結構示意圖；?

圖3為保護盒的結構示意圖；?

圖4為保護盒的安裝位置示意圖；?

圖5為隧道輪廓掃描設備執行隧道輪廓掃描時與隧道之間的位置關系示意圖；?

圖6為隧道輪廓掃描流程圖；?

圖7(a)為極坐標系下的P點坐標的示意圖；?

圖7(b)為平面直角坐標系下的P點坐標的示意圖；?

圖7(c)為三維直角坐標系下的P點坐標的示意圖；?

圖7(d)為隧道輪廓曲面網格圖的示意圖；以及?

圖8為隧道輪廓圖像示意圖。?

附圖標記說明?

10????轉臺????????21????大臂?

22????第二節臂????23????第三節臂?

30????伸縮關節????40????噴射頭?

50????掃描儀????????51????發射鏡面?