[发明专利]一种实时获取凿岩台车双三角钻臂空间位置姿态的方法

说明书

本发明公开了一种实时获取凿岩台车双三角钻臂空间位置姿态的方法，该方法通过建立双三角钻臂的三维模型，继而建立虚拟样机，对双三角钻臂进行运动学仿真。根据CFDH方法建立双三角钻臂的运动学方程，利用虚拟样机的仿真结果与运动学方程进行比较，以验证运动学方程的正确性，从而获取钻臂双三角钻臂的任意时刻的准确位置姿态。本发明为双三角钻臂的准确钻孔定位提供了可靠的保证。

技术领域

本发明涉及电脑凿岩台车钻臂的定位技术，具体涉及一种实时获取凿岩台车双三角钻臂空间位置姿态的方法。

背景技术

隧道及矿山开采过程中，普遍使用全液压凿岩台车钻孔，其钻孔位置的准确定位是整个凿岩钻孔施工的关键。通过机手在操作台操纵钻臂的运动，实现孔眼的定位。但凿岩钻机工作环境复杂，隧道内灰尘，水汽较多，且机手离断面较远，用这种方法孔眼定位不准确，效率低，偏差较大，从而严重影响了爆破效果。为了解决人工定位的不足，电脑凿岩台车以其能够实时获取钻臂三位空间坐标及姿态，实现精准的辅助定位、对孔，逐渐取代传统的全液压凿岩台车，迅速成为隧道施工的主流机械设备。采用双三角钻臂的结构形式，其优点是在空间中平行移动，动作迅速，结构紧凑，平稳性比较好，但是不容易控制，而定位精度是影响钻臂作业的重要因素，因此，如何使钻臂的运动轨迹实现精确控制，对于钻臂末端-纤杆能否精确定位钻孔将产生非常直接的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时获取凿岩台车双三角钻臂空间位置姿态的方法，它能够通过对双三角钻臂空间位置姿态进行准确获取，以辅助钎杆准确对准钻孔位置。

为实现上述目的，本发明的一种实时获取前后双三角钻臂空间位置姿态的方法，该方法通过建立双三角钻臂的三维模型，继而建立虚拟样机，对双三角钻臂进行运动学仿真；根据CDFH方法建立双三角钻臂的运动学方程，利用虚拟样机的仿真结果与运动学方程进行比较，以验证运动学方程的正确性，从而获取钻臂双三角钻臂的任意时刻的准确位置姿态；包括如下步骤：

步骤1，获得到验证点p_i相对于车架坐标系{0}的三维空间测量坐标⁰p_{i_C}；

步骤2，基于改进CFDH法，建立双三角钻臂i＝1坐标系；

步骤3，建立相邻关节坐标系的齐次坐标变换矩阵；

步骤4，获取验证点p_i的三维空间计算坐标。

进一步地，在步骤1中，获取验证点p_i相对于车架坐标系{0}三维空间测量坐标⁰p_{i_C}的具体方法为：

步骤1.1，建立三维实体模型，导入到软件中建立虚拟样机；

步骤1.2，布置角度、长度传感器；双三角钻臂设有11个关节，其中8个为转动关节，3个为移动关节，分别在这11个关节上安装角度传感器和长度传感器；

步骤1.3，在虚拟样机中获取点p_i空间位置坐标；其步骤为：

①在虚拟样机中设定，将传感器θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，d₅，θ₆，θ₇，θ₈，θ₉，d₁₀，d₁₁设定为任意一合理范围内的取值。将虚拟样机模型驱动到传感器设定值；