[发明专利]测量掘进机位姿的系统

权利要求书

1.一种测量掘进机位姿的系统，其特征在于，所述系统包括：

激光发射装置，包括用于向激光标靶发射激光的多个激光器所形成的激光器阵列；

激光器云台，安装在掘进机上，用于驱动激光发射装置进行姿态调整，以使得激光器阵列上的激光器将光发射到激光标靶上；

激光标靶，布置在掘进机的外部，并检测激光器照射在自身上的光斑；

处理器，根据在激光标靶上的光斑所形成的图案和所述多个激光器所形成的图案，确定掘进机的位姿，

其中，处理器根据在激光标靶上的光斑所形成的图案和激光器所形成的图案，确定激光发射装置在激光标靶坐标系下的第一位姿；根据第一位姿、作为激光发射装置与掘进机之间的相对位姿的第二位姿、激光标靶在现实世界的第三位姿，确定掘进机在现实世界的位姿；

激光器阵列中的激光器的数量大于2，激光器阵列中的激光器的位置不共线；

处理器控制激光器云台驱动激光发射装置来跟踪激光标靶，使得激光器阵列中的所有激光器将光发射到激光标靶上，随着掘进机的位姿的改变追踪激光标靶，使得激光器阵列中的所有激光器始终保持对靶；每当光斑的图案的中心或重心偏离激光标靶的中心时，处理器控制激光器云台改变激光发射装置的姿态，使得光斑的图案的中心或重心与激光标靶的中心重合；

其中，在激光标靶上的光斑所形成的图案相对于所述多个激光器的位置所形成的图案的畸变体现了激光标靶与光源之间的相对位姿；

计算激光发射装置与激光标靶之间的相对位姿时，每个激光器位置在激光发射装置坐标系下的坐标为(x_i,y_i,z_i)，光斑在激光标靶坐标系下的坐标为(x′_i,y′_i,z′_i)，(a,b,c)是激光发射装置坐标系的原点在激光标靶坐标系中的坐标，(α,β,γ)是激光发射装置坐标系在激光标靶坐标系中的姿态角，这三者之间的关系公式为：

其中，

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，处理器根据所述多个激光器在激光标靶上形成的光斑在激光标靶坐标系下坐标和所述多个激光器在激光发射装置坐标系下的坐标，确定激光发射装置在激光标靶坐标系下的第一位姿。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，激光标靶包括：

感光传感器阵列，检测所述多个激光器在激光标靶上形成的光斑的坐标；

第一通信模块，发送检测的坐标，

其中，所述系统还包括布置在掘进机上的第二通信模块，第二通信模块将从第一通信模块接收的检测的坐标发送给处理器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当激光标靶检测到的光斑的数量小于激光器阵列所包括的激光器的数量时，激光器云台改变激光发射装置的姿态，使得激光器阵列中的所有激光器将光发射到激光标靶上。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，激光器云台包括：

承载体，用于安装激光发射装置；

驱动轴，驱动承载体进行俯仰姿态的改变；

旋转主体，驱动承载体进行偏航姿态的改变；

底座，结合到掘进机；

驱动装置，驱动驱动轴和旋转主体进行旋转。

6.一种具有如权利要求1至5中的任意一项所述的测量掘进机位姿的系统的掘进机。