[發明專利]基于全電腦鑿巖臺車工作空間的周邊孔位姿參數確定方法

有效

• 申請號: 202010013306.6
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111425182B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 龔敏;吳昊駿;楊仁樹;胡廣風;吳曉東;劉翔宇;曹貞洋;王思杰;陳小磊;李宏锜;王渝
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B7/02;E21B7/04;E21B15/04;F42D1/00;F42D3/04
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

1.一種基于全電腦鑿巖臺車工作空間的周邊孔位姿參數確定方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1、基于D-H法建立鉆臂運動學模型，通過蒙特卡洛法在鉆臂各關節范圍內隨機取值，計算鉆頭能夠到達的位置；

S2、對鉆臂末端坐標系設置判別條件，計算鉆臂末端以各種不同姿態鉆孔時的最大可鉆范圍；

S3、建立周邊孔外插角與該周邊孔外插角下鉆頭最大橫向距離的函數關系；根據所述函數關系，給定鉆頭最大橫向距離求得相對應的周邊孔外插角；

S4、確定周邊孔的最佳孔口距及孔口坐標，并結合周邊孔軌跡切線進一步確定各個周邊孔的外插角的水平分量、豎直分量，完成周邊孔的自動設計。

2.如權利要求1所述的基于全電腦鑿巖臺車工作空間的周邊孔位姿參數確定方法，其特征在于，步驟S1中，計算鉆頭能夠到達的位置的方法為：

S1.1將鉆臂剛體簡化為連桿，將轉動軸、移動軸簡化為關節，作鉆臂簡化模型圖，確定各關節的基準位置、相對角度和各關節量的變化范圍；根據D-H法建立坐標系，通過相鄰坐標系之間的變換關系逐級推導出鉆臂基坐標系{O₀}和鉆臂末端坐標系{O_末}之間變換的位姿矩陣；鉆臂末端鉆頭在基坐標{O₀}下的坐標為(p_x,p_y,p_z)，p_x為鉆孔前進方向，p_y為橫向，p_z為豎直方向；

S1.2采用蒙特卡洛法隨機選擇各關節變量值，得到鉆臂各種不同姿態下的位姿矩陣，根據不同位姿矩陣確定鉆臂在不同姿態下所鉆炮孔的外插角θ_a。

3.如權利要求2所述的基于全電腦鑿巖臺車工作空間的周邊孔位姿參數確定方法，其特征在于，步驟S2中，計算最大可鉆范圍的具體步驟為：

S2.1所述判別條件為：θ_a-θ₀|Δ₁|，θ₀＝0,1°,2°,……為取整數值的θ_a，Δ₁為角度偏差容許值；經過所述判別條件篩選過的鉆臂所有姿態構成滿足條件θ_a∈(θ₀-|Δ₁|,θ₀+|Δ₁|)的工作空間；

S2.2鉆臂末端點(p_x,p_y,p_z)構成點集S₀，點集S₀滿足：

S₀＝{(p_x,p_y,p_z)|θ_a-θ₀≤|Δ₁|,p_x-p₀≤|Δ₂|}；

其中，p₀為工作時鑿巖臺車到工作斷面的最佳距離，Δ₂為距離偏差容許值；θ₀取不同值時得到不同的點集S₀。

4.如權利要求3所述的基于全電腦鑿巖臺車工作空間的周邊孔位姿參數確定方法，其特征在于，S3的具體步驟如下：

S3.1構建數值對(θ₀，p_ymax)，其中p_ymax是當前θ₀取值下所對應的點集S₀中所有鉆臂末端點坐標p_y的最大值，每一個θ₀均對應一個p_ymax；

S3.2擬合所有數值對(θ₀，p_ymax)，回歸分析出θ_a和p_ymax的對應函數關系，使得給定鉆頭最大橫向距離p_ymax時能求得相對應的炮孔外插角θ_a。