[發明專利]一種實時獲取鑿巖臺車雙三角鉆臂空間位置姿態的方法

在審

• 申請號: 202010057135.7
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111274696A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 賈體鋒;牛可;趙建東;王偉;周忠尚;牛勇;張小強;程猛
• 申請（專利權）人: 徐州徐工鐵路裝備有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 32220
• 代理人: 周愛芳

本發明公開了一種實時獲取鑿巖臺車雙三角鉆臂空間位置姿態的方法，該方法通過建立雙三角鉆臂的三維模型，繼而建立虛擬樣機，對雙三角鉆臂進行運動學仿真。根據CFDH方法建立雙三角鉆臂的運動學方程，利用虛擬樣機的仿真結果與運動學方程進行比較，以驗證運動學方程的正確性，從而獲取鉆臂雙三角鉆臂的任意時刻的準確位置姿態。本發明為雙三角鉆臂的準確鉆孔定位提供了可靠的保證。

技術領域

本發明涉及電腦鑿巖臺車鉆臂的定位技術，具體涉及一種實時獲取鑿巖臺車雙三角鉆臂空間位置姿態的方法。

背景技術

隧道及礦山開采過程中，普遍使用全液壓鑿巖臺車鉆孔，其鉆孔位置的準確定位是整個鑿巖鉆孔施工的關鍵。通過機手在操作臺操縱鉆臂的運動，實現孔眼的定位。但鑿巖鉆機工作環境復雜，隧道內灰塵，水汽較多，且機手離斷面較遠，用這種方法孔眼定位不準確，效率低，偏差較大，從而嚴重影響了爆破效果。為了解決人工定位的不足，電腦鑿巖臺車以其能夠實時獲取鉆臂三位空間坐標及姿態，實現精準的輔助定位、對孔，逐漸取代傳統的全液壓鑿巖臺車，迅速成為隧道施工的主流機械設備。采用雙三角鉆臂的結構形式，其優點是在空間中平行移動，動作迅速，結構緊湊，平穩性比較好，但是不容易控制，而定位精度是影響鉆臂作業的重要因素，因此，如何使鉆臂的運動軌跡實現精確控制，對于鉆臂末端-纖桿能否精確定位鉆孔將產生非常直接的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實時獲取鑿巖臺車雙三角鉆臂空間位置姿態的方法，它能夠通過對雙三角鉆臂空間位置姿態進行準確獲取，以輔助釬桿準確對準鉆孔位置。

為實現上述目的，本發明的一種實時獲取前后雙三角鉆臂空間位置姿態的方法，該方法通過建立雙三角鉆臂的三維模型，繼而建立虛擬樣機，對雙三角鉆臂進行運動學仿真；根據CDFH方法建立雙三角鉆臂的運動學方程，利用虛擬樣機的仿真結果與運動學方程進行比較，以驗證運動學方程的正確性，從而獲取鉆臂雙三角鉆臂的任意時刻的準確位置姿態；包括如下步驟：

步驟1，獲得到驗證點p_i相對于車架坐標系{0}的三維空間測量坐標⁰p_{i_C}；

步驟2，基于改進CFDH法，建立雙三角鉆臂i＝1坐標系；

步驟3，建立相鄰關節坐標系的齊次坐標變換矩陣；

步驟4，獲取驗證點p_i的三維空間計算坐標。

進一步地，在步驟1中，獲取驗證點p_i相對于車架坐標系{0}三維空間測量坐標⁰p_{i_C}的具體方法為：

步驟1.1，建立三維實體模型，導入到軟件中建立虛擬樣機；

步驟1.2，布置角度、長度傳感器；雙三角鉆臂設有11個關節，其中8個為轉動關節，3個為移動關節，分別在這11個關節上安裝角度傳感器和長度傳感器；

步驟1.3，在虛擬樣機中獲取點p_i空間位置坐標；其步驟為：

①在虛擬樣機中設定，將傳感器θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，d₅，θ₆，θ₇，θ₈，θ₉，d₁₀，d₁₁設定為任意一合理范圍內的取值。將虛擬樣機模型驅動到傳感器設定值；