[发明专利]一种线形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法

说明书

本发明是关于一种掘进机机身位姿参数测量系统及其方法，包括激光发射器、激光探测标靶、激光探测标靶板、单片机、后续连接电路、输出接口与1个双轴倾角传感器组成。激光发射器发出扇形激光束，可投影成线形光斑。将激光探测标靶竖立安装在掘进机机身上，根据激光探测标靶上投影形成的线形光斑所在位置的刻度值读数即可知掘进机机身的偏距位移；将光敏探测元件点阵组成的激光探测标靶板平铺安装在掘进机机身上，根据激光探测标靶板上投影形成的线形光斑的横、纵刻度值读数即可知掘进机机身的偏距位移与航向角参数。利用掘进机机身上安装的一个双轴倾角传感器测量得掘进机机身的俯仰角与翻滚角参数，从而完成掘进机机身的各项位姿参数的测量。

技术领域

本发明涉及测量定位领域一种位置识别系统，特别涉及一种激光探测识别系统领域的掘进机机身位姿参数测量系统。

背景技术

测量定位技术与人类的实践活动密不可分，同时也随着社会的进步而不断发展和变革。

20世纪50年代以来，测量定位技术开始朝着电子化和自动化方向发展。随着各种光源(激光、红外光等)的相继出现，物理测距技术也得到了迅速的发展，出现了以激光、红外光和其它光源为载波的光波测距仪和以微波为载波的微波测距仪，电磁波测距仪的出现是测距方法的革命，开创了距离测量的新纪元。与传统的钢尺或基线尺的测量方法相比，它具有精度高、作业迅速、受气候、地形影响小等优点。大约与此同时，出现了电子技术与计算机技术，并很快被应用于测量学中，这不仅加快了测量计算的速度，而且还改变了测量仪器和方法，使测量定位工作更为方便和精确，随后，相继发展起来的空间技术、卫星遥感技术等也在测量定位领域广泛应用。各种测量定位技术的出现与应用，极大地扩大了测量定位领域，但是人们所掌握的测量定位技术相对于纷繁复杂、变化多端的自然环境仍具有种种局限性，新型的并能应用于特殊环境的测量定位技术一直是人们迫切的需要。

目前具备在三维空间中进行一维度的精确识别定位的技术有全站仪和卫星遥感技术。全站仪通过发射激光经过棱镜反射，再对发射回来的激光信号进行接收、处理和计算，对空间物体进行识别定位；卫星遥感技术通过卫星定位，来确定物体的位置。上述两种技术虽然理论上可以完成三维空间中任一维度的识别定位，但由于调节难度大、对工作人员要求较高、成本较高等缺点，而且由于仪器的精密性，易受恶劣环境的影响，具体实施有相当的困难。

本发明结合光学、电子和计算机技术，主要致力于解决在三维空间中进行一维度的精确识别定位的问题，并特别适合于黑暗等恶劣环境和长距离无接触的状况。

鉴于以上所述情况，本发明人经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种新的测量定位方法，使用激光作为传播介质，利用光学、电子和计算机知识，进行无接触的测量定位，克服传统的测量定位方式的劳动强度大、作业时间长和受工作环境影响大等局限性，为空间测量定位技术开辟更宽更特殊的应用环境和领域。

发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。当只测量掘进机机身的偏距位移参数时，依据本发明提出的一种形光斑识别的掘进机机身位姿参数测量系统及方法，包括激光发射器、激光探测标靶、单片机、后续连接电路、输出接口。其中，激光探测标靶通过后续电路与单片机相连接，该单片机和输出接口相连接。根据精度和长度要求，把多个光敏探测元件紧密单列均匀排列在电路板上组成单层的激光探测标靶。布置安装激光发射器，使其与激光探测标靶构成已知环境下的某种相互位置关系。在测量掘进机机身偏距位移位姿之前，将激光探测标靶竖直放置安装在掘进机机身上，根据激光探测标靶上投影的线形光斑距离激光探测标靶零点的刻度值读数即可知掘进机机身的偏距位移。同样，通过后续连接电路将激光探测标靶与单片机相连通过电信号感应出线形光斑位置，经过简单计算得到掘进机机身偏距位移的数字信息，经过输出接口可传送至其他有效设备。