[发明专利]一种用于弯道施工的掘进定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于弯道施工的掘进定位系统，包括掘进模块、智能全站仪模块、反射平面装置、通信与控制模块、捷联惯导模块、双轴倾角传感器模块和掘进定位棱镜模块；所述通信与控制模块、捷联惯导模块、双轴倾角传感器模块和定位棱镜模块同时设置在掘进模块上，所述智能全站仪模块设置在掘进模块后方，所述反射平面机构位于掘进模块和智能全站仪模块之间；上述定位系统既能够在直线巷道中使用，又能够在弯曲巷道中使用，通过组合定位方法实时精确的对掘进机在巷道中的六自由度位姿参数进行解算，解决了掘进机在巷道或隧道中的精确定位和定姿问题，为实现掘进机自动化作业提供了必要条件。

技术领域

本发明专利涉及自动化掘进装备技术领域，具体涉及一种掘进机自适应截割控制系统及方法。

背景技术

我国是煤炭的开采与消费大国，煤矿建设及煤炭开采过程中都面临对隧道或巷道的掘进问题；同时，在公路、铁路、隧道工程、水电工程等基础设施建设中也存在大量的隧洞掘进要求。

上述工程中使用悬臂式掘进机是常见的施工方式之一。悬臂式掘进机作为一种高效的采掘机械，广泛应用于巷道和隧道的挖掘。由于掘进机工作环境差，危险性大，人工操作局限性很大，其自动化作业是发展的必然趋势。

要想实现掘进机的自动化作业，首先要解决的就是在巷道或隧道中对掘进机精确定位和定姿等问题；目前，已有很多文献提出了掘进机位姿检测的方法，但是由于巷道掘进工程中的复杂环境和掘进机工作的恶劣条件，很多定位方法都存在一定的局限性，尤其是在弯曲巷道施工中，大多数的定位方法都无法使用，不仅无法为掘进机的自动控制提供条件，而且限制了巷道或隧道设计时的多样性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种用于弯道施工的掘进定位系统及方法技术，既能够在直线巷道中使用，又能够在弯曲巷道中使用，通过组合定位方法实时精确的对掘进机在巷道中的六自由度位姿参数进行解算，解决了掘进机在巷道或隧道中的精确定位和定姿问题，为实现掘进机自动化作业提供了必要条件。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于弯道施工的掘进定位系统，包括掘进模块、智能全站仪模块、反射平面机构、通信与控制模块、捷联惯导模块、双轴倾角传感器模块和掘进定位棱镜模块；所述通信与控制模块、捷联惯导模块、双轴倾角传感器模块和掘进定位棱镜模块同时设置在掘进模块上，所述智能全站仪模块设置在掘进模块后方，所述反射平面机构位于掘进模块和智能全站仪模块之间；

所述掘进定位棱镜模块包括共线设置的前定位棱镜组件和后定位棱镜组件；

所述反射平面装置包括控制器、行走机构、回转驱动机构、激光反射平面、反射平面定位棱镜组件和全站仪后视棱镜组件；所述的回转驱动机构安装在行走机构上，所述反射平面定位棱镜组件设置在行走机构上；所述控制器设置在反射平面装置内部，用于控制行走机构和回转驱动机构的运动，并实时存储激光反射平面相对于行走机构的旋转角度。

作为本发明进一步改进的，所述反射平面定位棱镜组件包括至少3组360°棱镜；所述全站仪后视棱镜组件包括2组关于行走机构对称设置的360°棱镜。

作为本发明进一步改进的，一种用于弯道施工的掘进定位方法包括以下步骤：

a.掘进模块在巷道内工作时，首先由智能全站仪在可视距离内直接对掘进模块定位；

b.当智能全站仪模块对掘进机定位棱镜由于巷道弯曲等非视距原因无法有效定位时，将反射平面装置设置在掘进模块与智能全站仪之间的弯曲巷道内,并固定；