[发明专利]一种TBM喷混系统作业路径规划方法

权利要求书

1.一种TBM喷混系统作业路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：设定规划参数；获取规划区域、规划起点、规划区域内钢拱架排布情况、平移步长和偏移距离；

步骤二：根据选定的规划区域内有无钢拱架，规划TBM喷混系统作业路径；当选定的规划区域内无钢拱架时，根据平移步长从规划起点处规划本次喷混作业轨迹；

当选定的规划区域内有钢拱架存在时，分别对首钢拱架前、首钢拱架和尾钢拱架之间以及尾钢拱架后进行TBM喷混系统作业路径规划；

步骤三：根据步骤二规划的喷混轨迹绘制TBM喷混系统作业路径规划图；

步骤四：输出每一条喷混轨迹，包括喷混系统平移、喷混系统旋转、伸缩臂伸缩、喷头偏摆和喷头俯仰五个目标关节值。

2.根据权利要求1所述的一种TBM喷混系统作业路径规划方法，其特征在于，所述步骤二中，对于首钢拱架前：当首钢拱架前的喷混区域不满足预设条件或小于喷头偏移距离d时，需重新调整规划起点，直至该区域满足喷混条件后进行规划；

当首钢拱架前的喷混区域满足喷混条件时，首先根据该段的喷混区域长度和平移步长从规划起点处规划喷混轨迹，计算首钢拱架到距其前最近一条喷混轨迹的距离，并按照平移步长自适应调整策略优化喷混轨迹；其次在距首钢拱架前d处规划钢拱架处的喷混轨迹。

3.根据权利要求2所述的一种TBM喷混系统作业路径规划方法，其特征在于，所述步骤二中，对于首钢拱架和尾钢拱架之间：首先依次在距中间每一钢拱架前或钢拱架后距离d处规划钢拱架处的喷混轨迹；其次，依次判断中间两钢拱架间的喷混区域是否满足预设条件，当不满足预设条件时，仅规划钢拱架处喷混轨迹；否则，根据两钢拱架间的距离和平移步长规划喷混轨迹，分别计算两钢拱架到距其后或其前最近一条喷混轨迹的距离，并按照平移步长自适应调整策略优化喷混轨迹。

4.根据权利要求3所述的一种TBM喷混系统作业路径规划方法，其特征在于，所述步骤二中，对于尾钢拱架后：当尾钢拱架后的喷混区域小于喷头偏移距离d时，本次规划舍弃钢拱架处的喷混轨迹，否则在距尾钢拱架后d处规划钢拱架处的喷混轨迹；当规划区域内尾钢拱架后的喷混区域不满足预设条件时，舍弃该喷混区域；否则，根据尾钢拱架后的喷混区域和平移步长规划喷混轨迹，计算尾钢拱架到距其后最近一条喷混轨迹的距离，并按照平移步长自适应调整策略优化喷混轨迹。

5.根据权利要求2～4任意一项所述的一种TBM喷混系统作业路径规划方法，其特征在于，所述平移步长自适应调整策略包括以下步骤：

S1：计算钢拱架到钢拱架前或钢拱架后最近一条喷混轨迹的距离；

S2：判断步骤S1中的距离是否满足平移步长的预设条件；

S3：若满足步骤S2中的判断条件，则转到步骤S5；若不满足，则转到步骤S4；

S4：删除所述轨迹，根据所述轨迹前或轨迹后的一条喷混轨迹到钢拱架的距离按照平移步长自适应调整公式重新规划，并转S1，循环直至满足预设条件停止；

S5：输出规划轨迹。

6.根据权利要求5所述的一种TBM喷混系统作业路径规划方法，其特征在于，所述平移步长自适应调整公式为：

size_step＝λ|P_path-P_i|

式中，i＝1,2,…,n，n为规划区域内钢拱架数量；λ为自适应调整系数，取值范围为[0,1]；P_i为第i个钢拱架的位置，P_path为距第i个钢拱架最近喷混轨迹的位置。

7.根据权利要求2～4任意一项所述的一种TBM喷混系统作业路径规划方法，其特征在于，当选定的规划区域内有钢拱架存在时，调整喷头的俯仰角度γ。

8.根据权利要求7所述的一种TBM喷混系统作业路径规划方法，其特征在于，所述喷头的俯仰角度γ公式为：

式中，h为喷头做旋转运动的中心点O到钢拱架P的距离，d为依据TBM的直径和工况预先设定平移距离。