[发明专利]一种掘进机三维空间定位箱、系统以及定位方法

说明书

本公开提供了一种掘进机三维空间定位箱、系统以及定位方法，采用带自动跟踪测量功能的全站仪实时追踪测量掘进机的三维空间坐标，实现在可视范围内设定距离毫米级的定位精度，并解决了定位箱快速移动的难题，为下一步掘进机的智能控制奠定了基础；本公开能够实时追踪并测量掘进机的三维空间坐标，实现在可视范围内设定距离，有利于掘进机的安全行进和精确工作。

技术领域

本公开涉及一种掘进机三维空间定位箱、系统以及定位方法。

背景技术

对于煤矿井下及公路、铁路、地铁等隧道这类空间相对封闭的区域，施工过程中工作环境恶劣，易发生塌方等事故，对工人的安全和财产带来很大的威胁。掘进机多用于这类隧道的施工，一般需要由工人手动操作或就地用遥控器在可视范围内进行遥控操作，如果要实现掘进机的远程遥控操作，则需要首先解决掘进机在三维空间内的精确定位。

由于隧道内相对封闭，GPS、北斗等卫星定位系统的信号无法覆盖，只能独立建设定位系统。而目前广泛应用于隧道内的定位方式如UWB、ZIGBEE、Wi-Fi、蓝牙、RFID等技术，定位精度达不到毫米级，不能满足掘进机远程遥控操作的要求。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种掘进机三维空间定位箱、系统以及定位方法，本公开能够实时追踪并测量掘进机的三维空间坐标，实现可视范围内设定距离毫米级的定位精度，有利于掘进机的远程遥控操作。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种掘进机三维空间定位箱，包括箱体，所述箱体内设置有一水平底板，所述水平底板上设置有至少一台带自动跟踪测量功能的全站仪、一台寻北仪和一台双轴倾角传感器，寻北仪用于测量全站仪的方位角，双轴倾角传感器用于测量全站仪的位姿，前后方向为俯仰角，左右方向为翻滚角，所述全站仪的零位与寻北仪的正方向、双轴倾角传感器的前后方向相同，所述定位箱的一侧固定有一个棱镜。

作为进一步的限定，所述箱体可安装履带式或轨道式行走机构，所述行走机构带动箱体进行运动。

作为进一步的限定，所述箱体上设置有安装件，所述安装件能够和遂道壁相配合，使得箱体可固定于遂道壁上保持稳定。

一种掘进机三维空间定位系统，包括上述定位箱、控制器、全站仪、掘进机本体和棱镜，所述掘进机本体的后端两侧分别设置有一个可拆卸的棱镜，两个棱镜间隔大于设定值，所述全站仪设置于站点处，所述控制器被配置为控制定位箱内设备的工作并接收采集数据，通过所述全站仪设站，确定定位箱的大地坐标系下坐标，控制打开定位箱内的全站仪建立坐标系，利用定位箱内全站仪的自动跟踪测量功能，实时测量掘进机本体的后端其中一个棱镜(另一个棱镜在自动跟踪测量时需要拆卸掉)在坐标系下的坐标，根据定位箱内寻北仪测得的方位角和双轴倾角传感器测得的俯仰角和翻滚角，利用坐标变换法算出棱镜在大地坐标系下的坐标，实现掘进机的实时定位。

所述设定值为一米。

一种基于上述系统的定位方法，包括以下步骤：

定位箱通过行走机构移动到设定位置处，由安装件在隧道壁上进行固定，通过隧道后方至少两个已知点大地坐标系中的坐标，采用后方交会法，利用站点处的全站仪设站，测得定位箱上的棱镜在大地坐标系下的坐标，进而确定定位箱内全站仪的零位在大地坐标系下的坐标；

对掘进机定位时，掘进机本体的后端只投入一个棱镜，另一个棱镜需要拆卸掉，定位箱内全站仪建立坐标系，实时测量掘进机本体后端的棱镜在该坐标系下的坐标，换算出该棱镜在大地坐标系下的坐标，从而实现对掘进机的实时定位。