[发明专利]一种隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法

权利要求书

1.一种隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

S1、建立坐标系I，以平台车底面中心O’为原点，宽度方向为X’轴，长度方向为Y’轴，高度方向为Z’轴建立坐标系I；

S2、获取平台车重心G在坐标系I下的偏移量，建立力矩平衡方程，得到平台车重心G相对平台车中轴线的偏移量；

S3、获取平台车重心G在坐标系I下的初始位置坐标，根据所述偏移量建模得到初始位置坐标(x’，y’，z’)；

S4、建立坐标系Ⅱ，以隧道圆心O为原点，隧道水平方向为X轴，隧道轴线方向为Y轴，隧道竖直方向为Z轴建立坐标系Ⅱ，获取平台车重心G在坐标系Ⅱ下的位置坐标(x”，y”，z”)；

S5、获取平台车重心G在姿态变化后的重心坐标，测量平台车姿态变化时的俯仰角β，横滚角α和航向角γ，建立空间三维坐标转换矩阵，获取平台车重心G在坐标系Ⅱ下的重心坐标(x，y，z)，完成对平台车重心G的实时监测；

所述步骤S2中，获取平台车重心G的偏移量的分步骤包括：

S210、测量平台车重心G距离平台车的支腿A、支腿B、支腿C和支腿D的垂直距离分别为L1，L2，W1和W2，重心G离平台车底面高度为ΔH；

S220、在四条支腿上安装压力传感器(1)，所述压力传感器(1)获得各支腿的实时支反力F_a0、F_b0、F_c0和F_d0，建立力矩平衡方程：

其中，L为平台车的长，W为平台车的宽，求解方程组可得：

其中，L1，L2，W1和W2即为平台车重心G在坐标系I下X’轴和Y’轴方向的偏移量。

2.根据权利要求1所述的隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法，其特征在于：所述步骤S3中，获取平台车重心G的初始位置坐标(x’，y’，z’)，具体包括：

通过在Solidworks中建模，测算获得平台车重心高度ΔH，在坐标系Ⅰ下，G点初始位置(x’，y’，z’)为：

3.根据权利要求1所述的隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法，其特征在于：所述步骤S4中，获取所述平台车重心G在坐标系Ⅱ下的位置坐标(x”，y”，z”)，具体为：

4.根据权利要求1所述的隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法，其特征在于：所述步骤S5中，所述俯仰角β和横滚角α由安装于平台车车身顶端的倾角传感器(3)测得，所述航向角γ由安装在平台车前后两端面的一维激光雷达(2)测得。

5.根据权利要求4所述的隧道无轨自行式变质量平台车的重心位置动态计算方法，其特征在于：获取平台车中心G在坐标系Ⅱ下姿态变化后重心坐标(x，y，z)的步骤为：

S510、平台车相对于隧道圆心O，沿X轴方向旋转β角，沿Y轴旋转α角，绕Z轴旋转γ角，旋转顺序为X-Y-Z；

S520、建立坐标变换矩阵：

转换得到最终坐标变换矩阵：

S530、获得旋转后平台车重心G在坐标系Ⅱ下的最终坐标(x，y，z)：

其中，矩阵上标T表示转置；

S540、实时监测平台车重心G的位置变化，比较平台车姿态变化后按照步骤S1～S4得到的平台车重心G坐标系Ⅱ下的位置坐标和最终坐标(x，y，z)实现监测。