[發明專利]一種多模式掘建機開挖路徑的規劃執行控制方法

有效

• 申請號: 202010512359.2
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111424672B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 劉飛香;秦念穩;肖正航;譚果;劉洪濤;陳聰;曾婷
• 申請（專利權）人: 中國鐵建重工集團股份有限公司
• 主分類號: G01V8/10
• 分類號: G01V8/10;E02D17/00;E02F3/96
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 孔祥貴

本發明公開一種多模式掘建機開挖路徑的規劃執行控制方法，包括建立多模式挖頭的正運動學模型；探測掌子面巖體類型，并建立巖體空間模型；根據巖體空間模型規劃開挖路徑；根據巖體空間模型記錄的巖體類型選擇對應模式的挖頭；控制挖頭按照開挖路徑進行挖掘；挖掘過程中根據巖體空間模型記錄的巖體類型變化，更換對應模式的挖頭后繼續挖掘。通過建立正運動學模型和巖體空間模型規劃開挖路徑，并根據不同巖體類型更換不同挖頭，結構簡單，多模式挖頭靈活切換，提高執行效率和可靠性，采用路徑規劃和執行控制提高自動化程度，減少了人員勞動強度，實現安全高效的隧道掘建，提高隧道智能建造無人化和智能化程度。

技術領域

本發明涉及掘建挖掘領域，特別是涉及一種多模式掘建機開挖路徑的規劃執行控制方法。

背景技術

隨著隧道智能建造的發展，隧道開挖越來越向著信息化、自動化、少人化靠近，目前隧道開挖領域基本以鉆爆法和盾構法為主，但鉆爆法和盾構法各有其適用工況，針對圍巖條件變化較大時，往往不能靈活切換，導致施工效率低，人員勞動強度大。

現有技術主要集中在單一機構路徑規劃和工作控制中，包括圖像識別、冗余路徑規劃等。針對地下工程施工中所涉及多模式開挖問題，并不能提供執行器件和機械結構發生切換的路徑規劃及執行控制技術，無法滿足復雜地質條件下施工的適應性和高效性。

因此，亟待提供一種規劃執行控制方法，可靈活切換挖頭，按照規劃路徑進行斷面開挖，提高開挖效率，減少人員勞動強度。

發明內容

本發明的目的是提供一種多模式掘建機開挖路徑的規劃執行控制方法，通過建立正運動學模型和巖體空間模型規劃開挖路徑，并根據不同巖體類型更換不同的挖頭，提升自動化程度和工作效率。

為解決上述技術問題，本發明提供一種多模式掘建機開挖路徑的規劃執行控制方法，包括步驟：

建立多模式挖頭的正運動學模型；

探測掌子面巖體類型，并建立巖體空間模型；

根據所述巖體空間模型規劃開挖路徑；

根據所述巖體空間模型記錄的巖體類型選擇對應模式的所述挖頭；

控制所述挖頭按照所述開挖路徑進行挖掘；

挖掘過程中根據所述巖體空間模型記錄的巖體類型變化，更換對應模式的所述挖頭后繼續挖掘。

優選地，巖體類型包括硬巖地質、軟土地質和復合地質，所述挖頭包括對應所述硬巖地質的鉆劈挖頭、對應所述軟土地質的挖斗挖頭和對應所述復合地質的銑挖頭。

優選地，所述鉆劈挖頭由上至下挖掘并由下至上復位，所述挖斗挖頭由上至下挖掘并由下至上復位，所述銑挖頭由中心螺旋向外擴散挖掘并由外向內復位。

優選地，所述建立多種模式的挖頭的正運動學模型具體為根據油缸和連桿的長度及鉸接位置建立所述正運動學模型。

優選地，所述建立巖體空間模型包括步驟：

設定不同巖體類型對應的顏色，形成不同顏色的單位長方體塊；

根據探測到的各巖體類型的分布情況，對應各巖體類型的位置，將各色的所述單位長方體塊拼接搭建成所述巖體空間模型，并確定各所述單位長方體塊的位置坐標。

優選地，所述建立巖體空間模型包括步驟：

搭建初始整體模型，并將所述初始整體模型分割成相互拼接的多個單位長方體塊；

設定不同巖體類型對應的顏色；

根據探測到的各巖體類型的分布情況，將對應位置的各所述單位長方體塊染成對應的顏色，形成所述巖體空間模型，并確定各所述單位長方體塊的位置坐標。