[发明专利]一种竖井掘进机位姿测量系统及方法

权利要求书

1.一种竖井掘进机位姿测量系统，其特征在于，包括安装在井口的钢丝收放装置(1)、与所述钢丝收放装置(1)连接的重锤(3)、安装在所述重锤(3)上的激光器(4)、安装在竖井掘进机上的激光靶(5)和倾角仪(7)，以及工业计算机(6)；所述工业计算机(6)分别与激光靶(5)和倾角仪(7)相连；

所述激光靶(5)接收激光器(4)发射的激光，得到光斑的位置；所述倾角仪(7)用于测量竖井掘进机的转动角和俯仰角；所述工业计算机(6)根据所述光斑的位置和竖井掘进机的转动角和俯仰角计算竖井掘进机的位置姿态。

2.根据权利要求1所述的竖井掘进机位姿测量系统，其特征在于，所述激光靶(5)设置有与工业计算机(6)相连的工业相机，所述工业相机用于识别激光器(4)在激光靶(5)上形成的光斑的位置。

3.根据权利要求1所述的竖井掘进机位姿测量系统，其特征在于，所述钢丝收放装置(1)通过钢丝(2)和重锤(3)连接。

4.根据权利要求1所述的竖井掘进机位姿测量系统，其特征在于，所述钢丝收放装置(1)的数量为两个。

5.根据权利要求1所述的竖井掘进机位姿测量系统，其特征在于，所述倾角仪(7)为双轴倾角仪。

6.一种如权利要求1-5中任一所述竖井掘进机位姿测量系统的测量方法，其特征在于，包括：

步骤(1)：在竖井掘进机施工掘进前，获取倾角仪(7)与竖井掘进机的初始位置角度关系、两个钢丝收放装置(1)出线端的施工坐标，以及两个激光器(4)发射的激光在激光靶(5)上形成的光斑初始位置坐标(u_C0,v_C0)、(u_D0,v_D0)；

步骤(2)：在竖井掘进机施工过程中，安装在竖井掘进机上的激光靶(5)实时获取激光器(4)发射的激光，检测出光斑实时位置坐标(u_C1,v_C1)、(u_D1,v_D1)；通过倾角仪(7)实时测量竖井掘进机的转动角和俯仰角；

步骤(3)：通过工业计算机(6)获取激光靶(5)和倾角仪(7)的数据，实现对竖井掘进机的位姿进行测量。

7.根据权利要求6所述的竖井掘进机位姿测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：

步骤(31)：工业计算机(6)根据激光靶(5)检测出的光斑初始位置坐标和光斑实时位置坐标，计算竖井掘进机的方位角变化；

步骤(32)：工业计算机(6)根据竖井掘进机方位角、转动角、俯仰角的变化以及光斑实时位置坐标，应用七参数布尔莎模型计算出竖井掘进机切口中心和盾尾中心的实时坐标，并将所述竖井掘进机切口中心和盾尾中心的实时坐标与设计位置相比较计算出竖井掘进机的姿态偏差。

8.根据权利要求7所述的竖井掘进机位姿测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤(31)中的竖井掘进机的方位角变化公式为：其中，α表示竖井掘进机的方位角变化。