[发明专利]一种凿岩台车自动钻孔方法

权利要求书

1.一种凿岩台车自动钻孔方法，其特征在于，包括：

a、通过在全电脑凿岩台车上安装扫描仪，建立扫描仪坐标系，利用扫描仪对掌子面和周边轮廓进行实时扫描，获取实际掌子面上包含凹凸信息坐标和隧道轮廓信息坐标的点云数据，选取实际掌子面上的凹凸平均面，作为虚拟掌子面，并建立虚拟断面坐标系；

b、在虚拟断面坐标系上确定炮孔设计图上待入孔点的位置，形成虚拟入孔点的坐标，将虚拟断面坐标系转换到扫描仪坐标系上，得到扫描仪坐标系下的虚拟入孔点坐标，根据虚拟入孔点坐标值及钻孔角度值，得到钻孔的延长线方程；

c、以虚拟入孔点为端点作一条垂直于虚拟掌子面的射线，设该射线为中心轴、设半径为R，建立一个圆柱型的不等式方程，以此不等式方程为搜索范围，对实际掌子面上的点云数据进行搜索，得到实际掌子面上一组包含实际入孔点区域凹凸信息的坐标集，将上述点云数据坐标集分别带入延长线方程，求解坐标集上每个点到延长线的距离，将距离最小的坐标值作为实际入孔点坐标；

具体而言，设扫描仪坐标系内掌子面的实际东坐标方向为X，高程方向坐标为Z，里程方向坐标为Y，设扫描仪坐标系下的虚拟入孔点坐标为（X_S，Y_S，Z_S）：

C1、当待钻孔为直孔时：

钻孔的延长线方程为：

(1)

然后以（X_{S ，}Z_S）坐标为中心，以R作为搜索半径，建立与虚拟掌子面垂直的圆柱型的不等式方程如下：

(2)

其中，，为扫描仪获得的实际掌子面在隧道里程方向坐标的最大值，Y_min为实际掌子面在隧道里程方向坐标的最小值，

将公式（2）作为实际掌子面的点云数据的搜索范围，得到一组包含实际入孔点区域凹凸信息的坐标集，

将上述坐标集分别带入公式（1），求解点与延长线的距离，得到距离最小值即为实际入孔点坐标；

C2、当待钻孔为斜孔时：

钻孔的延长线方程为：

（3）

搜索R半径为：

(4)

为斜孔延长线与其在水平面上投影的夹角，为放大系数，取值1.5-1.8，将公式（2）作为实际掌子面的点云数据的搜索范围，得到一组包含实际入孔点区域凹凸信息的坐标集，

将上述点云数据坐标集分别带入公式（3），求解坐标集内点与延长线的距离，得到距离最小值即为实际入孔点坐标；

C3、当待钻孔为底板孔时：

钻孔的延长线方程为：

（5）

搜索R半径为：

（6）

为底板孔延长线与其在垂直面上投影的夹角，为放大系数，取值1.3-1.5，将公式（2）作为实际掌子面的点云数据的搜索范围，得到一组包含实际入孔点区域凹凸信息的坐标集，

将上述点云数据坐标集分别带入公式（5），求解坐标集内点与延长线的距离，得到距离最小值即为实际入孔点坐标；

C4、当待钻孔为周边孔时：

钻孔的延长线方程为：

（7）

搜索R半径为：

(8)

为周边孔延长线与其在水平面上投影的夹角，为周边孔延长线与其在垂直面上投影的夹角，为放大系数，取值1.3-1.8，将公式（2）作为实际掌子面的点云数据的搜索范围，得到一组包含实际入孔点区域凹凸信息的坐标集，

将上述点云数据坐标集分别带入公式（7），求解坐标集内点与延长线的距离，得到距离最小值即为实际入孔点坐标；

d、将扫描仪坐标系下实际入孔点的坐标值转换到台车坐标系上，用于全电脑凿岩台车推进梁钻孔的定位。