[发明专利]一种矩形顶管机的分时迁移空间姿态微调纠偏方法

权利要求书

1.一种矩形顶管机的分时迁移空间姿态微调纠偏方法，其用于在顶管机的顶进轨迹与预设轴线出现位置偏差时，对所述矩形顶管机的姿态进行实时的分时迁移调整；其特征在于，包括如下步骤：

S1：按照预设的采样频率实时获取所述矩形顶管机的当前姿态信息；

S2：根据所述当前姿态信息计算所述矩形顶管实时的位置偏差P；

S3：根据所述位置偏差P，通过所述矩形顶管机的运动学简化模型计算各组纠偏组件的目标伸缩状态Δl_i；所述纠偏组件采用纠偏油缸作为执行机构；

步骤S3中，各组纠偏组件中所述纠偏油缸的目标伸缩状态Δl_i的计算方法如下：

S31：将所述矩形顶管机简化为8-UPU并联机构的运动学模型；并以机头部分为动平台，筒身为静平台，建立空间直角坐标系；其中，Q-XYZ为动平台坐标系，O-xyz为静平台坐标系；

S32：获取所述位置偏差P，在建立的坐标系下，采用下式求解矩形顶管机纠偏的目标姿态W'：

其中，W₀为动平台初始坐标，为角度旋转矩阵，P为位置偏差，且满足：

S33：定义所述目标姿态W'中纠偏油缸上铰链的坐标为(X_bi，Y_bi，Z_bi)，下铰链的坐标设为(x_ai，y_ai，z_ai)，则所述纠偏油缸上下铰链之间的距离l_i通过下式计算：

其中，(X_bi，Y_bi，Z_bi)在动平台坐标系上，(x_ai，y_ai，z_ai)在静平台坐标系上；

S34：根据纠偏油缸的初始长度l₀和各组所述纠偏油缸上下铰链之间的距离l_i计算各组所述纠偏油缸的目标伸缩状态Δl_i，计算公式如下：

Δl_i＝l_i-l₀；

其中，Δl_i＞0时，表征纠偏油缸应当伸长，Δl_i＜0时，表征纠偏油缸应当缩短；

S4：获取所述矩形顶管机当前工况下的环境状态信息，计算出当前工作区间内的环境系数A_环；

步骤S4中，所述环境状态信息包括：施工地段的土壤复杂度ρ_土，施工地段的水体复杂度ρ_水和施工时所述矩形顶管机的受载情况特征值P_载；

所述环境系数A_环的计算公式如下：

其中，k₁表示所述土壤复杂度ρ_土的加权系数；k₂表示所述水体复杂度ρ_水的加权系数；k₃表示所述受载情况特征值P_载的加权系数；

S5：根据所述环境系数A_环通过查表法获取当前工作区间内纠偏油缸的环境允许伸缩量A；

步骤S5中，根据专家经验建立所述环境允许伸缩量A和所述环境系数A_环之间的映射关系；得到一个表征二者对应关系的关系对照表；所述关系对照表中，环境允许伸缩量A至少分为七级，所述环境系数A_环的区间分为相应数量的子区间，当所述环境系数A_环位于不同区间时分别对应唯一的环境允许伸缩量A的值；

S6：读取所述各组纠偏组件中纠偏油缸的目标伸缩状态Δl_i和当前工作区间的所述环境允许伸缩量A，并通过分时迁移微顶法计算各组纠偏组件每次纠偏动作的实际伸缩量l_Ri；

S7：在所述矩形顶管机的推进油缸每向前顶进一个预设的顶进单元时，控制各组纠偏组件中的纠偏油缸执行一次纠偏动作，直至所述矩形顶管机重新回到预设轴线；其中，所述纠偏动作中各纠偏油缸完成相应的实际伸缩量l_Ri的执行。

2.根据权利要求1所述的矩形顶管机的分时迁移空间姿态微调纠偏方法，其特征在于：步骤S1中，所述当前姿态信息包括矩形顶管机的俯仰角α，方位角β，和滚动角θ。