[發明專利]一種定曲率小口徑曲線頂管的導向方法

有效

• 申請號: 201810878141.1
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109059879B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 朱國力;賈連輝;劉泱;孟祥波;龔廷民
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;中鐵工程裝備集團有限公司
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 孔娜;曹葆青

1.一種定曲率小口徑頂管的導向方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1，在掘進開始前測量初始管節端點的坐標，以建立頂管機曲線頂管理想軌跡的方程；

S2，在每段管節的端點處安裝激光發射器及激光靶以構成激光靶鏈；

S3，利用激光靶測得的光斑坐標變化量來計算相鄰管節端點相對于理想位置的角度偏移量及坐標偏移量；

S4，結合獲得的角度偏移量及坐標偏移量，并根據管節的形狀一一修正位于步驟S3中管節端點前方的管節端點的理想位置；

S5，自最后一段管節端點的坐標開始，重復步驟S3及S4直至計算至頂管機先導管的實際位置；

S6，掘進過程中，不斷推進并安裝新的管節，并用安裝于地面的平行光管來測量當前最后一段管節的末端坐標變動，接著重復步驟S3、步驟S4及步驟S5，以更新此時的先導管頭部的實際坐標。

2.如權利要求1所述的定曲率小口徑頂管的導向方法，其特征在于：建立頂管機曲線頂管理想軌跡的方程時，結合管節及先導管的端點坐標采用最小二乘法來求得軌跡圓所在的三維平面方程；再基于直角坐標系求出軌跡圓的半徑及圓心，由此得到圓形軌跡，軌跡圓上的目標點通過基礎坐標變化得到。

3.如權利要求2所述的定曲率小口徑頂管的導向方法，其特征在于：所述目標點的坐標采用以下公式表示：

式中，(x₀，y₀，z₀)為圓心坐標；α為圓平面和Z軸的夾角；γ為圓平面和X軸的夾角；r為圓的半徑；β為圓弧對應的圓心角；O₁是圓與XOY平面的交點；T為目標點。

4.如權利要求1-3任一項所述的定曲率小口徑頂管的導向方法，其特征在于：后一段管節端點處的平行光管發出的激光束打到前一段管節端點處的激光靶上以構成激光靶鏈。

5.如權利要求1-3任一項所述的定曲率小口徑頂管的導向方法，其特征在于：步驟S3中，激光光斑坐標的變化量及激光入射角度的變化量滿足以下條件：

Δθ_u＝atan(u′/f)-atan(u/f)：

Δθ_v＝atan(v′/f)-atan(v/f)

式中，v軸方向沿理論圓軌跡的徑向；u軸方向垂直于理論圓軌跡所在的平面；(u，v)是安裝平行光管后記錄的初始光斑坐標；(u′，v′)是發生形變后的光斑坐標；f是工業相機的焦距。

6.如權利要求3所述的定曲率小口徑頂管的導向方法，其特征在于：步驟S3中，采用以下公式來計算端點相對于理想位置的坐標偏移量：

式中，[Δx_i，Δy_i，Δz_i]是端點i實際位置相對于端點i理想位置的位置偏移；L_i，i+1是連接端點i和端點i+1的弦；和是根據端點i處激光靶數據計算的角度變化；β_i是圓心角iOO₁；是L_i，i+1對應的圓弧。

7.如權利要求1所述的定曲率小口徑頂管的導向方法，其特征在于：步驟S4是從最后一段管節端點的實際坐標開始計算的，最后一段管節端點的實際坐標是由安裝于地面的激光器直接測得的。

8.如權利要求3所述的定曲率小口徑頂管的導向方法，其特征在于：修正前方端點的理想坐標時，j-n端點和前方的所有端點位置變化是同步的，修正軌跡按以下公式進行：

n＝1，2，3...，j-2；

k＝1，2，3，...，j-n-1；

式中，j是最后一段管節末端的序號；是端點j-n-k經過n次修正后的理論位置；L_j-n，j-n-k是連接端點j-n和j-n-k的弦；和是根據端點j-n處激光靶數據計算得到的角度變化；β_j-n-k是圓心角(j-n-k)OO₁；是L_j-n，j-n-k對應的圓弧。