[发明专利]一种凿岩设备姿态测量系统和方法

说明书

本发明涉及一种凿岩设备姿态测量系统，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。本发明还涉及一种凿岩设备姿态测量方法，能够实时测量凿岩设备机械臂上钻杆的的滚动角、俯仰角、水平偏差和竖直偏差，能及时为现场施工人员提供准确的数据支持，解决了人工测量无法标记设计姿态角，以及无法实时对比的问题。

技术领域

本发明涉及工程建设技术领域，特别是涉及一种凿岩设备姿态测量系统和方法。

背景技术

凿岩台车和多功能钻机是一种常用的隧道挖掘设备，有着自动化程度高、人员安全性强、施工效率高等特点，但是因为缺乏导向系统的指向，成为了凿岩台车和多功能钻机掘进自动化的一大难题。

目前常用的方法是人工测量法，即人工根据设计数据现场放样，由于测量人员距离掌子面较近，有着人员安全风险高、只能标记位置无法标记钻孔姿态角等缺点。

有鉴于此，需要在合理的成本内为凿岩台车和多功能钻机施工提供一套实时准确、人员安全风险低、可计算显示钻杆姿态角的导向系统，为凿岩台车和多功能钻机施工提供准确的导向数据，是业内人士亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种凿岩设备姿态测量系统和方法，能够实时检测凿岩设备机身和机械臂上钻杆的位姿变化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种凿岩设备姿态测量系统，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。

所述角度传感器为拉线传感器或第二倾角仪。

所述凿岩设备机身和全站仪连接处安装有自动安平基座。

所述机身棱镜和后视棱镜均为编码棱镜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种凿岩设备姿态测量方法，包括：采用上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；