[发明专利]一种多模式掘建机开挖路径的规划执行控制方法

说明书

本发明公开一种多模式掘建机开挖路径的规划执行控制方法，包括建立多模式挖头的正运动学模型；探测掌子面岩体类型，并建立岩体空间模型；根据岩体空间模型规划开挖路径；根据岩体空间模型记录的岩体类型选择对应模式的挖头；控制挖头按照开挖路径进行挖掘；挖掘过程中根据岩体空间模型记录的岩体类型变化，更换对应模式的挖头后继续挖掘。通过建立正运动学模型和岩体空间模型规划开挖路径，并根据不同岩体类型更换不同挖头，结构简单，多模式挖头灵活切换，提高执行效率和可靠性，采用路径规划和执行控制提高自动化程度，减少了人员劳动强度，实现安全高效的隧道掘建，提高隧道智能建造无人化和智能化程度。

技术领域

本发明涉及掘建挖掘领域，特别是涉及一种多模式掘建机开挖路径的规划执行控制方法。

背景技术

随着隧道智能建造的发展，隧道开挖越来越向着信息化、自动化、少人化靠近，目前隧道开挖领域基本以钻爆法和盾构法为主，但钻爆法和盾构法各有其适用工况，针对围岩条件变化较大时，往往不能灵活切换，导致施工效率低，人员劳动强度大。

现有技术主要集中在单一机构路径规划和工作控制中，包括图像识别、冗余路径规划等。针对地下工程施工中所涉及多模式开挖问题，并不能提供执行器件和机械结构发生切换的路径规划及执行控制技术，无法满足复杂地质条件下施工的适应性和高效性。

因此，亟待提供一种规划执行控制方法，可灵活切换挖头，按照规划路径进行断面开挖，提高开挖效率，减少人员劳动强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种多模式掘建机开挖路径的规划执行控制方法，通过建立正运动学模型和岩体空间模型规划开挖路径，并根据不同岩体类型更换不同的挖头，提升自动化程度和工作效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多模式掘建机开挖路径的规划执行控制方法，包括步骤：

建立多模式挖头的正运动学模型；

探测掌子面岩体类型，并建立岩体空间模型；

根据所述岩体空间模型规划开挖路径；

根据所述岩体空间模型记录的岩体类型选择对应模式的所述挖头；

控制所述挖头按照所述开挖路径进行挖掘；

挖掘过程中根据所述岩体空间模型记录的岩体类型变化，更换对应模式的所述挖头后继续挖掘。

优选地，岩体类型包括硬岩地质、软土地质和复合地质，所述挖头包括对应所述硬岩地质的钻劈挖头、对应所述软土地质的挖斗挖头和对应所述复合地质的铣挖头。

优选地，所述钻劈挖头由上至下挖掘并由下至上复位，所述挖斗挖头由上至下挖掘并由下至上复位，所述铣挖头由中心螺旋向外扩散挖掘并由外向内复位。

优选地，所述建立多种模式的挖头的正运动学模型具体为根据油缸和连杆的长度及铰接位置建立所述正运动学模型。

优选地，所述建立岩体空间模型包括步骤：

设定不同岩体类型对应的颜色，形成不同颜色的单位长方体块；

根据探测到的各岩体类型的分布情况，对应各岩体类型的位置，将各色的所述单位长方体块拼接搭建成所述岩体空间模型，并确定各所述单位长方体块的位置坐标。

优选地，所述建立岩体空间模型包括步骤：

搭建初始整体模型，并将所述初始整体模型分割成相互拼接的多个单位长方体块；

设定不同岩体类型对应的颜色；

根据探测到的各岩体类型的分布情况，将对应位置的各所述单位长方体块染成对应的颜色，形成所述岩体空间模型，并确定各所述单位长方体块的位置坐标。