[发明专利]基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法

权利要求书

1.一种基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、基于D-H法建立钻臂运动学模型，通过蒙特卡洛法在钻臂各关节范围内随机取值，计算钻头能够到达的位置；

S2、对钻臂末端坐标系设置判别条件，计算钻臂末端以各种不同姿态钻孔时的最大可钻范围；

S3、建立周边孔外插角与该周边孔外插角下钻头最大横向距离的函数关系；根据所述函数关系，给定钻头最大横向距离求得相对应的周边孔外插角；

S4、确定周边孔的最佳孔口距及孔口坐标，并结合周边孔轨迹切线进一步确定各个周边孔的外插角的水平分量、竖直分量，完成周边孔的自动设计。

2.如权利要求1所述的基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法，其特征在于，步骤S1中，计算钻头能够到达的位置的方法为：

S1.1将钻臂刚体简化为连杆，将转动轴、移动轴简化为关节，作钻臂简化模型图，确定各关节的基准位置、相对角度和各关节量的变化范围；根据D-H法建立坐标系，通过相邻坐标系之间的变换关系逐级推导出钻臂基坐标系{O₀}和钻臂末端坐标系{O_末}之间变换的位姿矩阵；钻臂末端钻头在基坐标{O₀}下的坐标为(p_x,p_y,p_z)，p_x为钻孔前进方向，p_y为横向，p_z为竖直方向；

S1.2采用蒙特卡洛法随机选择各关节变量值，得到钻臂各种不同姿态下的位姿矩阵，根据不同位姿矩阵确定钻臂在不同姿态下所钻炮孔的外插角θ_a。

3.如权利要求2所述的基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法，其特征在于，步骤S2中，计算最大可钻范围的具体步骤为：

S2.1所述判别条件为：θ_a-θ₀|Δ₁|，θ₀＝0,1°,2°,……为取整数值的θ_a，Δ₁为角度偏差容许值；经过所述判别条件筛选过的钻臂所有姿态构成满足条件θ_a∈(θ₀-|Δ₁|,θ₀+|Δ₁|)的工作空间；

S2.2钻臂末端点(p_x,p_y,p_z)构成点集S₀，点集S₀满足：

S₀＝{(p_x,p_y,p_z)|θ_a-θ₀≤|Δ₁|,p_x-p₀≤|Δ₂|}；

其中，p₀为工作时凿岩台车到工作断面的最佳距离，Δ₂为距离偏差容许值；θ₀取不同值时得到不同的点集S₀。

4.如权利要求3所述的基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法，其特征在于，S3的具体步骤如下：

S3.1构建数值对(θ₀，p_ymax)，其中p_ymax是当前θ₀取值下所对应的点集S₀中所有钻臂末端点坐标p_y的最大值，每一个θ₀均对应一个p_ymax；

S3.2拟合所有数值对(θ₀，p_ymax)，回归分析出θ_a和p_ymax的对应函数关系，使得给定钻头最大横向距离p_ymax时能求得相对应的炮孔外插角θ_a。