[发明专利]一种凿岩设备姿态测量系统和方法

权利要求书

1.一种凿岩设备姿态测量系统，其特征在于，包括：设置在凿岩设备机身内部的工控计算机、设置在凿岩设备机身上且与所述工控计算机连接的全站仪、设置在凿岩设备机身内部且与所述工控计算机连接的第一倾角仪、固定设置在凿岩设备机身上的机身棱镜，以及设置于后方隧道固定位置的后视棱镜；所述凿岩设备机械臂的关节处安装有用于测量机械臂关节的俯仰角夹角和方位角夹角的角度传感器；

所述全站仪通过测量所述后视棱镜对自身位置进行定位；所述全站仪通过测量所述机身棱镜计算出凿岩设备机身的姿态，所述第一倾角仪用于测量凿岩设备机身的俯仰角和方位角；

所述工控计算机根据所述第一倾角仪和角度传感器的测量值来计算凿岩设备机械臂上钻杆的俯仰角和方位角；所述工控计算机根据所述第一倾角仪、角度传感器和全站仪的测量值来计算凿岩设备机械臂上钻杆的水平偏差和竖直偏差。

2.根据权利要求1所述的凿岩设备姿态测量系统，其特征在于，所述角度传感器为拉线传感器或第二倾角仪。

3.根据权利要求1所述的凿岩设备姿态测量系统，其特征在于，所述凿岩设备机身和全站仪连接处安装有自动安平基座。

4.根据权利要求1所述的凿岩设备姿态测量系统，其特征在于，所述机身棱镜和后视棱镜均为编码棱镜。

5.一种凿岩设备姿态测量方法，其特征在于，包括：采用如权利要求1-4中任一所述凿岩设备姿态测量系统来检测凿岩设备机械臂上钻杆的俯仰角、方位角、水平偏差和竖直偏差，具体为：

步骤(1)：凿岩设备初始运行时，在同一坐标系下，通过所述全站仪测量所述后视棱镜得到所述全站仪的底座、机身棱镜和凿岩设备轴线端点的坐标，并将初始测量结果传输至所述工控计算机，得到所述全站仪的底座、机身棱镜与凿岩设备轴线的初始位置关系；

步骤(2)：凿岩设备运行状态中，首先通过所述全站仪测量所述后视棱镜进行自身位置定位，再通过所述全站仪测量所述机身棱镜的位置，得到凿岩设备机身的位置偏移，并将测得的凿岩设备机身的位置偏移传输至所述工控计算机，结合所述步骤(1)中的初始位置关系计算得到凿岩设备机身的当前位置姿态，将所述凿岩设备机身的当前位置姿态与设计位置进行对比，得到凿岩设备机身的水平偏差和竖直偏差，使凿岩设备就位；

步骤(3)：凿岩设备就位后，通过所述第一倾角仪测量的凿岩设备机身的俯仰角和方位角，结合所述角度传感器测量到的相邻机械臂上关节处的俯仰角夹角和方位角夹角，逐节推算每一节机械臂的俯仰角和方位角，最后计算得到机械臂上钻杆的俯仰角和方位角；

根据所述每一节机械臂的俯仰角和方位角和全站仪测得的凿岩设备机身的坐标，结合每一节机械臂对应的长度，逐节推算每一节机械臂的末端关节处的中心坐标，进而计算得到机械臂上钻杆的中心坐标，并将所述机械臂上钻杆的中心坐标与设计坐标进行对比，得到机械臂上钻杆的水平偏差和竖直偏差。