[发明专利]一种大型掘进装备的无人驾驶方法

说明书

本发明公开了一种大型掘进装备的无人驾驶方法，具体包括：先设置至少四组用以驱动大型掘进装备的刀头向前掘进，且绕着刀头的预设掘进轴线按上下左右位置进行分区布置行走的液压单元；然后以水平左右对称的两组液压单元为检测对象，并预先建立驱动刀头工作的液压推力、液压气缸位置以及大型掘进装备的载荷之间关系的动态数学模型，然后获取控制量的值并施加到控制输入端中，最终获得实时的一个大型掘进装备所需要的挖掘角度值；按照上述方法循环计算下一步控制量，并施加到大型掘进装备中，让大型掘进装备沿着预设掘进轴线轨迹实时行走；直至该大型掘进装备到达预挖掘的终端为止。本发明能够保证整个过程的实际运行轨迹精度高。

技术领域

本发明涉及一种大型掘进装备的操作方法，特别是一种大型掘进装备的无人驾驶方法。

背景技术

大型掘进装备，是一种用于隧道掘进的工程机械。大型掘进装备集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多种技术。大型掘进装备已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

在地下作业的过程中，大型掘进装备的运动轨迹将基本形成地下隧道的实际轴线，要求实际轴线尽量接近或吻合隧道设计轴线(DTA)，以保证隧道工程的质量。因此，大型掘进装备的路径走向的准确度将直接影响到整个隧道工程的质量以及隧道最后的贯通性，因此必须严格按照隧道预设轨迹线准确控制大型掘进装备的实时状态。

一旦在大型掘进装备工作过程中发现其运动轨迹与隧道设计轴线出现偏差，则需要及时对大型掘进装备的姿态进行纠正，这样反而增加了工作效率，因此如何设计一种在大型掘进装备工作时让其实时根据预设轨迹行走，且不产生偏差的自动驾驶方法尤为重要，而目前一般是通过偏差值，然后进行人工调整，这样的操作由于一旦偏差产生，说明挖掘已经进行，为了防止轨道继续偏离预设轨迹，才进行调整，这样会容易导致虽然最终轨道已经连贯，但与预设的隧道轨迹存在一定偏差，因此目前的大型掘进装备的操作方法与预设轨迹始终存在微小偏差，故此需要改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种提高操作精度，最终操作偏差更小的一种大型掘进装备的无人驾驶方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种大型掘进装备的无人驾驶方法，具体包括以下步骤：

(一)设置至少四组用以驱动大型掘进装备的刀头向前掘进，且绕着刀头的预设掘进轴线按上下左右位置进行分区布置行走的液压单元；

(二)以水平左右对称的两组液压单元为检测对象，并预先建立驱动刀头工作的液压推力、液压气缸位置以及大型掘进装备的载荷之间关系的动态数学模型：

上述公式中：τ表示限制机器旋转的阻力矩；f表示阻止大型掘进装备的刀头前方挖掘的阻力；y表示为液压气缸的位移量；u表示液压单元中驱动液压气缸工作的力；其中M表示惯性矩阵；H表示负载矩阵；B表示作用在活塞上的等效阻尼，K表示作用在活塞上的负载的弹簧系数；其中M、H、B、K均为常数值；

(三)然后根据步骤(二)的公式可知只需要获取的值并代入公式(1-1)就能够获取各个液压气缸的位移量，最终获得大型掘进装备的刀头的挖掘角度；故此需要计算值；

(四)根据离散系统原理，将步骤(二)的动态数学模型对应的公式转换成状态方程如下(1-2)公式，取状态变量

(五)然后定义：

Y＝[Y(k+1) Y(k+2) ··· Y(k+n)]^T

u＝[u(k) u(k+1) ··· u(k+n-1)]^T