[发明专利]悬臂掘进机头位姿的测量系统及其方法

权利要求书

1.悬臂掘进机头位姿的测量系统，包含有悬臂掘进机(8)及其悬臂升降油缸(9)、悬臂回转油缸(10)和掘进机头伸缩油缸(11)，反射棱镜(4)，激光机动全站仪(3)，无线通讯模块(2)，双轴倾角传感器(7)，油缸行程传感器(12)，车体偏摆角传感器(5)，数据采集模块(13)和计算机(1)，其特征在于激光机动全站仪(3)设置在已掘成形的巷道壁上的位置是在悬臂掘进机(8)车体后与掘进机(8)的后机架(6)同水平的、距掘进机车体1m～10m之间的巷道壁上，反射棱镜(4)和双轴倾角传感器(7)安装在悬臂掘进机(8)的后机架(6)上，车体偏摆角传感器(5)安装在反射棱镜(4)后，悬臂升降油缸(9)、悬臂回转油缸(10)和掘进机头伸缩油缸(11)中安装有油缸行程传感器(12)，两个无线通讯模块(2)分别安装在激光机动全站仪(3)的支架上和掘进机(8)的控制箱(14)上，无线通讯模块(2)将激光机动全站仪(3)的测量数据传输给计算机(1)，数据采集模块(13)和计算机(1)安装在掘进机(8)的控制箱(14)里，数据采集模块(13)采集车体偏摆角传感器(5)、双轴倾角传感器(7)和油缸行程传感器(12)的数据，计算机(1)对测量数据进行处理，计算掘进机头的位置和姿态。

2.如权利要求1所述的悬臂掘进机头位姿的测量系统，其特征在于反射棱镜(4)是能够180度反射激光机动全站仪(3)的测量激光的激光测量棱镜。

3.如权利要求1所述的悬臂掘进机头位姿的测量系统，其特征在于悬臂升降油缸(9)、悬臂回转油缸(10)和掘进机头伸缩油缸(11)中安装有油缸行程传感器(12)是沿着轴线，分别对悬臂升降油缸(9)、悬臂回转油缸(10)和掘进机头伸缩油缸(11)的缸体(20)和缸杆(21)钻孔，用于安装油缸行程传感器(12)，油缸行程传感器(12)由传感器引线(15)、感应磁环(17)和测量杆(19)构成，传感器引线(15)从缸体(20)的安装端(16)引出，测量杆(19)从缸体(20)的安装端(16)沿轴线插装在缸体(20)和缸杆(21)中，感应磁环(17)固定在缸杆(21)上，并随油缸活塞(18)和缸杆(21)的运动沿着测量杆(19)滑动，油缸行程传感器(12)的测量杆(19)通过螺纹固定在缸体(20)中，感应磁环(17)由压紧螺母固定在缸杆(21)中。

4.一种用于悬臂掘进机头位姿的测量系统的测量方法，其特征在于激光机动全站仪(3)测量掘进机(8)车体在大地坐标系中的位置坐标，掘进机车体偏摆角传感器(5)测量掘进机(8)车体的偏摆角γ，双轴倾角传感器(7)测量掘进机(8)车体的仰俯角α和横滚角β，油缸行程传感器(12)测量悬臂升降油缸(9)、悬臂回转油缸(10)和掘进机头伸缩油缸(11)的行程，无线通讯模块(2)将激光机动全站仪(3)的测量数据传输给计算机(1)，数据采集模块(13)采集油缸行程传感器(12)、双轴倾角传感器(7)和车体偏摆角传感器(5)的数据，计算机(1)对采集的数据进行处理和计算，实现悬臂掘进机头的位姿的测量。

5.如权利要求4所述的悬臂掘进机头位姿的测量系统的测量方法，其特征在于在掘进机(8)车体后已掘成形的、与掘进机(8)的后机架(6)同水平的、距掘进机车体1米至10米之间的巷道壁上设置有激光机动全站仪(3)的安装平台，激光机动全站仪(3)测量掘进机(8)车体在大地坐标系中的位置坐标是根据激光机动全站仪(3)在巷道壁上设置的安装平台的三维坐标和姿态角，对激光机动全站仪(3)的测量数据经过坐标变换得到。