[發明專利]基于錨固工藝的鉆錨機器人雙鉆臂協同控制系統及方法

在審

• 申請號: 202210675702.4
• 申請日: 2022-06-15
• 公開（公告）號: CN115030706A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 張旭輝;雷孟宇;萬繼成;王甜;吳語佳;黃夢瑤;陳鑫;鄭西利;楊駿豪
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B15/04;E21D20/00;G06F17/18;G06N7/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

1.一種基于錨固工藝的鉆錨機器人雙鉆臂協同控制系統，其特征在于，所述協同控制系統包括：鉆錨機器人、控制模塊、防爆計算機、兩個錨鉆孔信息采集模塊和兩個鉆機位姿檢測模塊；

鉆錨機器人的兩個鉆臂的末端均設置有鉆機；兩個錨鉆孔信息采集模塊分別一一對應地設置在兩個鉆機上；兩個鉆機位姿檢測模塊分別一一對應地設置在兩個鉆臂上；

兩個錨鉆孔信息采集模塊均與防爆計算機連接，兩個所述錨鉆孔信息采集模塊用于采集支護鋼帶上所有錨鉆孔的圖像，并將所有錨鉆孔的圖像傳輸至防爆計算機；

兩個鉆機位姿檢測模塊均與防爆計算機連接，所述鉆機位姿檢測模塊用于檢測鉆機初始空間位姿，并將鉆機初始空間位姿傳輸至防爆計算機；

防爆計算機與控制模塊連接，所述防爆計算機用于根據所有錨鉆孔的圖像確定支護鋼帶上每個錨鉆孔的位置，并根據所有錨鉆孔的位置分配兩個鉆臂的錨鉆任務和錨鉆順序，進而根據錨鉆任務、錨鉆順序和鉆機初始空間位姿規劃每個鉆臂完成錨鉆任務的軌跡，同時將每個鉆臂的軌跡、錨鉆任務和錨鉆順序下發至控制模塊；

控制模塊與錨鉆機器人連接，所述控制模塊用于根據每個鉆臂的軌跡、錨鉆任務和錨鉆順序控制兩個鉆臂執行錨鉆作業，完成錨鉆任務。

2.根據權利要求1所述的基于錨固工藝的鉆錨機器人雙鉆臂協同控制系統，其特征在于，所述鉆臂為六自由度機械臂；

所述錨鉆孔信息采集模塊為雙目相機，雙目相機安裝在鉆機前端，雙目相機的光軸方向與鉆臂軸線方向平行，且面向鉆臂頂端方向。

3.根據權利要求1所述的基于錨固工藝的鉆錨機器人雙鉆臂協同控制系統，其特征在于，所述鉆機位姿檢測模塊包括：多個傾角傳感器和多個拉繩傳感器；

多個傾角傳感器分別一一對應地設置在鉆臂的多個旋轉關節上，多個拉繩傳感器分別一一對應地設置在多個移動關節上；

多個傾角傳感器和多個拉繩傳感器均與防爆計算機連接，所述傾角傳感器用于測量旋轉關節的轉動角度，并將轉動角度傳輸至防爆計算機；所述拉繩傳感器用于測量移動關節的伸縮量，并將伸縮量傳輸至防爆計算機；

所述防爆計算機用于根據轉動角度和伸縮量確定鉆機空間位姿。

4.一種基于錨固工藝的鉆錨機器人雙鉆臂協同控制方法，其特征在于，所述協同控制方法應用于權利要求1-3任一項所述的協同控制系統，所述協同控制方法包括：

構建鉆臂運動學模型；

根據所述鉆臂運動學模型，采用蒙特卡洛方法確定鉆臂運動空間；

獲取支護鋼帶上所有錨鉆孔的圖像，并識別所有錨鉆孔的圖像上每個錨鉆孔的位置；

獲取每個鉆臂中各個關節的轉動角度和伸縮量，并將鉆臂各個關節的轉動角度和伸縮量帶入所述鉆臂運動學模型，確定兩個鉆機的初始空間位姿；

根據所有錨鉆孔的位置和鉆臂運動空間，采用孔序規劃策略分配兩個鉆臂的錨鉆任務和錨鉆順序；

根據兩個鉆臂的錨鉆任務、錨鉆順序和兩個鉆機的初始空間位姿，基于所述鉆臂運動學模型，利用鉆臂運動學分析計算錨鉆任務中每個鉆臂的各個關節運動量；

根據錨鉆孔的位置、兩個鉆臂的錨鉆任務、錨鉆順序和兩個鉆機的初始空間位姿，采用五次多項式插值方法規劃每個鉆臂完成錨鉆任務的軌跡；

控制兩個鉆臂按照各自規劃的軌跡和錨鉆任務中每個鉆臂的各個關節運動量執行錨鉆作業，完成錨鉆任務。