[發明專利]一種基于激光標靶定位的掘進機位姿測量方法

有效

• 申請號: 201911001822.0
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110700840B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 李錦上;田洪現;王文林;王春進;王飆
• 申請（專利權）人: 北京易聯創安科技發展有限公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;G01B11/00
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔浩;冷錦超

本發明一種基于激光標靶定位的掘進機位姿測量方法，屬于掘進機位姿測量技術領域；所要解決的技術問題為：提供一種基于激光標靶定位的掘進機位姿測量裝置硬件結構及其測量方法的改進；解決該技術問題采用的技術方案為：包括設置在掘進機后側的第一激光發射器和第二激光發射器，掘進機的后側還固定設置有激光標靶，所述第一激光發射器和第二激光發射器呈固定角度向掘進機后方發射激光線束，所述激光線束打在激光標靶上；所述激光標靶設置方向與掘進機正確的掘進方向垂直；所述掘進機內部設置有掘進機控制器，所述掘進機控制器的信號輸出端與第一激光發射器、第二激光發射器相連，所述掘進機控制器通過導線與無線通信模塊雙向連接；本發明安裝應用于掘進機。

技術領域

本發明一種基于激光標靶定位的掘進機位姿測量方法，屬于掘進機位姿測量技術領域。

背景技術

隨著我國國民經濟高速發展，各種重大型工程項目建設的不斷推進和創新，位姿測量系統在多個領域得到廣泛利用，如大型設備的自動對接工程、船舶港口及海洋工程、隧道工程等，掘進機在巷道掘進過程中的定向，對掘進好的巷道方向、坡度具有重要意義。在傳統的巷道掘進過程中，為了保證掘進設備的掘進方向，需要準確的跟緊激光指向儀的激光指向進行掘進施工，隨著科技的發展，需要采用自動控制方法完成掘進機的自動掘進工作，因而對掘進機的位置和姿態進行監測將是實現掘進機自動控制的核心技術。為了實現掘進機的位姿測量，需要建立起掘進設備自身的位置坐標，有了這個坐標，才有了方向及方向控制，它將使機器有了自身的行進導航。

目前工程應用中位姿測量的主要方法有圖像視覺法、慣性測量法、棱鏡法和激光標靶法，其中激光標靶法使用配合全站儀或激光跟蹤儀等儀器的單個激光標靶，可實現對目標物體位姿測量，激光標靶法都是使用光敏器件對激光定向加上傾角儀測角來實現的，但是具體的測量方案差別很大，測量算法也千差萬別。

目前工程應用較多的激光標靶導向系統有英國ZED自動導向系統，德國VMT導向系統和TACS導向系統，上述導向系統的測量原理都是依靠標靶內置的雙軸傾角儀測量目標物體的俯仰角和滾轉角，而水平方位角的測量需要在全站儀上額外安裝準直激光器，且其軸線與全站儀內置的測距儀軸線要保持平行；在精度方面，國外廠商標稱的三個測角精度都在1mrad以內，當測量點距激光標靶4-6m處時，整體導向精度優于10mm，國內開發了基于雙軸傾角儀和數字相機的全站儀激光標靶，其標稱的整體測量精度可以不超過3mm；但目前國內外生產的導向全站儀激光標靶的體積重量大、使用便捷性差、精度較低，如目前市場應用最廣的VMT激光標靶重達16kg，體積達430×180×150mm。

發明內容

本發明為了克服現有技術中存在的不足，所要解決的技術問題為：提供一種基于激光標靶定位的掘進機位姿測量方法的改進。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：為實現掘進機位姿測量方法采用的測量裝置包括設置在掘進機后側的第一激光發射器和第二激光發射器，掘進機的后側還固定設置有激光標靶，所述第一激光發射器和第二激光發射器呈固定角度向掘進機后方發射激光線束，所述激光線束打在激光標靶上；

所述激光標靶設置方向與掘進機正確的掘進方向垂直；

所述掘進機內部設置有掘進機控制器，所述掘進機控制器的信號輸出端與第一激光發射器、第二激光發射器相連，所述掘進機控制器通過導線與無線通信模塊雙向連接；

所述激光標靶的內部設置有標靶控制器，所述標靶控制器通過導線分別與有線通信模塊、數據存儲模塊雙向連接；

所述無線通信模塊通過無線網絡與監控計算機無線連接，所述有線通信模塊通過現場通信總線與監控計算機連接；

利用所述基于激光標靶定位的掘進機位姿測量裝置的測量方法，包括如下步驟：