一种凿岩台车多机协作互定位的方法及凿岩台车与流程

1.本发明涉及一种凿岩台车多机协作互定位的方法及凿岩台车，属于隧道施工领域。


背景技术：

2.在钻爆法隧道施工中，凿岩台车是钻孔爆破岩石的主要设备之一。针对大断面隧道，常常采用多台凿岩台车进行协同工作。每辆凿岩台车具有多个机械臂，在实现隧道施工的自动化和智能化过程中，由于无法准确确定相邻两个凿岩台车的相对位置和姿态，从而导致相邻两个凿岩台车在施工时，两个凿岩台车的相邻两个钻臂很容易发生干涉，进而影响施工进程，甚至于损坏凿岩台车。
3.公布号为cn105783925a的中国专利文件公开了一种凿岩台车车体定位方法，该方法以凿岩台车车体为中心，获取多个不同方向上该凿岩台车车体距离隧道壁断面的距离，根据多个不同方向上距离隧道壁断面的距离计算获取凿岩台车相对于隧道壁断面的位置坐标。但该方法仅用于获取单台车与隧道断面的位置坐标，无法获取多台车之间的相对位姿关系。除此之外，以平行与隧道壁断面的方向为横向距离，该方法仅采集隧道轴向距离，缺少横向距离，导致车体定位信息不全。同时，该方法对隧道壁断面的平整度要求较高，但实际中的隧道壁断面都是凹凸不平的，导致获取的距离信息不准确。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种凿岩台车多机协作互定位的方法及凿岩台车，用以解决无法获取多台凿岩台车之间相对位置的问题。
5.为实现上述目的，本发明的方案包括：
6.本发明的一种凿岩台车多机协作互定位的方法，包括如下步骤，
7.1)在待施工的掌子面上标记参考点；
8.2)分别控制各个凿岩台车的一个钻臂移动，使钻臂末端到达同一个参考点；凿岩台车分别根据各个钻臂关节的动作量，计算对应钻臂末端在达到参考点时相对于该凿岩台车的位置；
9.3)凿岩台车将对应参考点相对于自身的位置发给其他凿岩台车，任一凿岩台车根据对应参考点相对于自身的位置和对应参考点相对于目标凿岩台车的位置，计算得到自身与目标凿岩台车之间的相对位置。
10.本发明提供的凿岩台车多机协作互定位的方法，在待施工的掌子面上标记参考点，多台凿岩台车控制任意一条钻臂移动至同一个参考点上，在凿岩台车的钻臂移动到参考点时，各个关节会相应动作，采集凿岩台车钻臂移动到同一参考点上时，各个钻臂关节的动作量，根据每个关节的动作量计算出相邻两个关节之间的位置关系，依次类推，计算出钻臂内所有关节的位置，再通过钻臂内所有关节的动作量计算出钻臂末端的移动距离，钻臂末端的移动距离就是该参考点相对凿岩台车的位置。
11.计算出该参考点相对于一辆凿岩台车的位置，同时计算出该参考点相对于其他凿岩台车的位置，凿岩台车将该参考点相对于自身的位置发送给其余凿岩台车，各凿岩台车根据同一参考点相对于自身的位置，计算出各凿岩台车之间的相对位置。
12.利用本发明能够准确计算出凿岩台车相对于同一参考点的位置，利用相对于同一个参考点的位置能够准确计算出各个凿岩台车之间的相对位置。
13.进一步地，至少在所述掌子面的同一水平线上标记两个参考点；控制各个凿岩台车的钻臂末端依次移动到达两个参考点，根据钻臂末端到达对应参考点时相对于该凿岩台车的位置，得到两个参考点所在直线与该凿岩台车的位置关系；
14.凿岩台车将两个参考点所在直线与自身的位置关系发给其他凿岩台车，任一凿岩台车根据两个参考点所在直线与自身的位置关系和两个参考点所在直线与目标凿岩台车的位置关系，计算得到自身和目标凿岩台车之间在水平方向上的姿态关系。
15.本发明至少在待施工的掌子面上标记两个参考点，控制凿岩台车的钻臂达到两个参考点，以用于凿岩台车获取两个参考点相对于自身的位置。将车辆正前方向为一个方向，与车辆正前方向垂直的中轴线为另一个方向，根据两个参考点所在直线与车辆正前方向的夹角，或者该两个参考点所在直线与车辆正前方向垂直的中轴线的夹角，该夹角即为凿岩台车与两个参考点所在直线的位置关系。根据每辆凿岩台车与两个参考点所在直线的位置关系计算得到凿岩台车之间的位置关系。该位置关系为每辆凿岩台车在水平方向上的，以车辆正前方向为基准方向的夹角，或者以与车辆正前方向垂直的中轴线的方向为基准方向的夹角，即为各凿岩台车在水平方向上的姿态关系。
16.进一步地，在控制凿岩台车移动钻臂之前，还将凿岩台车调平，使该凿岩台车相对于水平面的俯仰角度为0；根据凿岩台车水平方向上的姿态关系确定任一凿岩台车与目标凿岩台车的相对姿态；根据所述相对位置和相对姿态，得到任一凿岩台车与目标凿岩台车的相对位姿。
17.在控制凿岩台车移动钻臂之前，先将凿岩台车进行调平，以控制各凿岩台车相对于水平面的俯仰角度为0，则各个凿岩台车在水平方向上的姿态关系即为各个凿岩台车之间的相对姿态。结合各个凿岩台车之间的相对位置和相对姿态获得各个凿岩台车之间的相对位姿。
18.本发明将凿岩台车调平后，再计算车辆之间的相对姿态，则可以不考虑相对于水平方向凿岩台车的俯仰角度，使得获取的凿岩台车的相对姿态为考虑了凿岩台车横向和纵向各个方向上的相对姿态。同时利用该方法无论凿岩台车平整与否，利用标记的参考点都可以准确获得凿岩台车之间的相对位姿。
19.进一步地，凿岩台车调平的方法为，调整凿岩台车的各个支脚，直到该凿岩台车相垂直的两个方向的倾角为0。
20.进一步地，标记两个参考点的方法为，利用扫平仪在待施工的掌子面上打出一条水平线，在所述水平线上标记两个参考点。
21.进一步地，计算对应钻臂末端的位置采用的方法为d-h参数法。
22.本发明还提供一种凿岩台车，包括采集各个钻臂关节动作量的关节信息采集模块、用于将凿岩台车自身的位置信息发送给其他凿岩台车的无线通信模块、钻臂末端位置计算模块和互定位计算模块；
23.1)在待施工的掌子面上标记参考点；
24.2)分别控制凿岩台车的一个钻臂移动，使钻臂末端到达同一个参考点；关节信息采集模块采集凿岩台车各个钻臂关节的动作量，凿岩台车分别根据各个钻臂关节的动作量，利用钻臂末端位置计算模块计算对应钻臂末端在达到参考点时相对于该凿岩台车的位置；
25.3)凿岩台车利用无线通信模块将对应参考点相对于自身的位置发送给其他凿岩台车，任一凿岩台车根据对应参考点相对于自身的位置和对应参考点相对于目标凿岩台车的位置，利用互定位计算模块计算得到自身与目标凿岩台车之间的相对位置。
26.本发明提供的凿岩台车，在待施工的掌子面上标记参考点，多台凿岩台车控制任意一条钻臂移动至同一个参考点上，在凿岩台车的钻臂移动到参考点时，各个关节会相应动作，利用关节信息采集模块采集凿岩台车钻臂移动到同一参考点上时，各个钻臂关节的动作量，根据每个关节的动作量利用钻臂末端位置计算模块计算出相邻两个关节之间的位置关系，依次类推，计算出钻臂内所有关节的位置，再通过钻臂内所有关节的动作量计算出钻臂末端的移动距离，钻臂末端的移动距离就是该参考点相对凿岩台车的位置。
27.计算出该参考点相对于一辆凿岩台车的位置，同时计算出该参考点相对于其他凿岩台车的位置，凿岩台车将该参考点相对于自身的位置利用无线通信模块发送给其余凿岩台车，各凿岩台车根据同一参考点相对于自身的位置，利用互定位计算模块计算出各凿岩台车之间的相对位置。
28.利用本发明能够准确计算出凿岩台车相对于同一参考点的位置，利用相对于同一个参考点的位置能够准确计算出各个凿岩台车之间的相对位置。
29.进一步地，至少在所述掌子面的同一水平线上标记两个参考点；控制各个凿岩台车的钻臂末端依次移动到达两个参考点，根据钻臂末端到达对应参考点时相对于该凿岩台车的位置，得到两个参考点所在直线与该凿岩台车的位置关系；
30.凿岩台车将两个参考点所在直线与自身的位置关系发给其他凿岩台车，任一凿岩台车根据两个参考点所在直线与自身的位置关系和两个参考点所在直线与目标凿岩台车的位置关系，计算得到自身和目标凿岩台车之间在水平方向上的姿态关系。
31.本发明至少在待施工的掌子面上标记两个参考点，控制凿岩台车的钻臂达到两个参考点，以用于凿岩台车获取两个参考点相对于自身的位置。将车辆正前方向为一个方向，与车辆正前方向垂直的中轴线为另一个方向，根据两个参考点所在直线与车辆正前方向的夹角，或者该两个参考点所在直线与车辆正前方向垂直的中轴线的夹角，该夹角即为凿岩台车与两个参考点所在直线的位置关系。根据每辆凿岩台车与两个参考点所在直线的位置关系计算得到凿岩台车之间的位置关系。该位置关系为每辆凿岩台车在水平方向上的，以车辆正前方向为基准方向的夹角，或者以与车辆正前方向垂直的中轴线的方向为基准方向的夹角，即为各凿岩台车在水平方向上的姿态关系。
32.进一步地，在控制凿岩台车移动钻臂之前，还将凿岩台车调平，使该凿岩台车相对于水平面的俯仰角度为0；根据凿岩台车水平方向上的姿态关系确定任一凿岩台车与目标凿岩台车的相对姿态；根据所述相对位置和相对姿态，得到任一凿岩台车与目标凿岩台车的相对位姿。
33.在控制凿岩台车移动钻臂之前，先将凿岩台车进行调平，以控制各凿岩台车相对
于水平面的俯仰角度为0，则各个凿岩台车在水平方向上的姿态关系即为各个凿岩台车之间的相对姿态。结合各个凿岩台车之间的相对位置和相对姿态获得各个凿岩台车之间的相对位姿。
34.本发明将凿岩台车调平后，再计算车辆之间的相对姿态，则可以不考虑相对于水平方向凿岩台车的俯仰角度，使得获取的凿岩台车的相对姿态为考虑了凿岩台车横向和纵向各个方向上的相对姿态。同时利用该方法无论凿岩台车平整与否，利用标记的参考点都可以准确获得凿岩台车之间的相对位姿。
35.进一步地，凿岩台车调平的方法为，调整凿岩台车的各个支脚，直到该凿岩台车相垂直的两个方向的倾角为0。
36.进一步地，标记两个参考点的方法为，利用扫平仪在待施工的掌子面上打出一条水平线，在所述水平线上标记两个参考点。
37.进一步地，钻臂末端位置计算模块计算对应钻臂末端的位置采用的方法为d-h参数法。
附图说明
38.图1是本发明凿岩台车调平模块示意图；
39.图2是本发明标记模块示意图；
40.图3是本发明2台凿岩台车多机协作示意图；
41.图4是本发明双臂凿岩台车示意图；
42.图5是本发明d-h参数示意图；
43.图6是本发明凿岩台车1与参考点a、b的相对位置的示意图；
44.图7是本发明以凿岩台车2与参考点a、b的相对位置的示意图；
45.图8是本发明以凿岩台车1和凿岩台车2的相对位置的示意图；
46.图9是本发明凿岩台车1与直线ab之间的相对姿态的示意图；
47.图10是本发明凿岩台车2与直线ab之间的相对姿态的示意图；
48.图11是本发明凿岩台车1和凿岩台车2的相对姿态的示意图。
具体实施方式
49.下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
50.凿岩台车实施例：
51.本发明提供一种凿岩台车多机协作互定位的装置，该装置在凿岩台车的基础上包括台车调平模块、关节信息采集模块、无线通信模块、标记模块、钻臂末端位置计算模块、互定位计算模块和人机交互模块。
52.如图1所示，凿岩台车的台车调平模块包括倾角传感器11，凿岩台车的支腿13支撑凿岩台车的车体12，调节四个支腿13的高度，使得倾角传感器11的角度为0，从而保证了凿岩台车处于水平位置。关节信息采集模块包括若干个角度传感器和拉线传感器，各传感器分别对应设置在凿岩台车的每个关节上，角度传感器用于采集旋转关节的当前角度，拉线传感器用于采集移动关节的移动距离。每个凿岩台车上还设置有无线通信模块，用于凿岩台车之间的互相通信。
53.本发明凿岩台车多机协作互定位的装置中的标记模块如图2所示，利用扫平仪21提供的直线基准，在掌子面的同一直线上人为手工涂涂料标记直径5cm-6cm的a、b两点，除此之外，还可以利用激光发射器标记a、b两点。标记a、b两点后，人为控制凿岩台车的钻臂指向a、b两点，钻臂分别指向a、b两点后利用钻臂末端位置计算模块计算a、b在对应台车的位姿，确定a、b两点在对应台车的相对位姿后利用每个台车上的互定位计算模块计算出台车之间的相对位姿，每辆凿岩台车上还设置有人机交互模块。
54.本发明以施工时需要2台凿岩台车协同工作为例，每辆凿岩台车有两个钻臂，如图3所示，为2台凿岩台车协作示意图。在掌子面上标记a、b两点时确定a、b两点之间的距离，凿岩台车1(31)控制任一钻臂34依次到达a、b两个参考点，凿岩台车2(32)控制任一钻臂依次到达a、b两个参考点，利用钻臂末端计算模块计算出各凿岩台车到达a、b点的距离。凿岩台车1和凿岩台车2再利用无线通信模块33将对于自身来说a、b两点的位置分别发送给凿岩台车2和凿岩台车1，进而计算出凿岩台车1和凿岩台车2的相对位置。再根据a、b两点连线所属于的直线与凿岩台车1和凿岩台车之间的夹角，计算出凿岩台车1和凿岩台车2之间的相对夹角，根据相对位置和相对夹角结合得到凿岩台车1和凿岩台车2之间的相对位姿。如图4所示，每台凿岩台车的每个钻臂上包括6个关节，j1-j6为左臂的6个关节，j7-j12为右臂的6个关节，其中j3和j9为移动关节，其余为旋转关节。
55.在2台凿岩台车进行互定位时采用如下方法，即本发明提供的一种多机协作互定位的方法。
56.1)使用台车调平模块将所有凿岩台车调平。
57.使用台车调平模块将所有凿岩台车调平，台车调平模块包含双轴倾角传感器和4个支脚，4个支脚设置有油缸，通过观察倾角传感器的读数调整4个油缸的伸缩量，直到倾角传感器两个方向的读数均为0，从而保证凿岩台车调平。
58.2)使用标记模块在掌子面上标记两个处于同一水平面上参考点a和b。
59.标记模块包括扫平仪和喷涂器，将扫平仪自身调平，之后利用扫平仪在掌子面上打出一条水平线，再利用喷涂器在水平线上标记两个圆点，分别为参考点a和b，喷涂时确定a和b两点之间的距离，即ab的距离。
60.3)控制各凿岩台车钻臂移动，使钻臂末端分别到达掌子面上的参考点。
61.结合图3所示，控制凿岩台车1任意一条钻臂依次到达掌子面a、b两点，再控制凿岩台车2任意一条钻臂依次到达掌子面a、b两点。
62.4)关节信息采集模块采集钻臂关节数据。
63.关节信息采集模块包含若干个角度传感器和拉线传感器，角度传感器用于采集旋转关节的当前角度，拉线传感器用于采集移动关节的移动距离。结合图4所示，j1-j6为左臂的6个关节，j7-j12为右臂的6个关节，其中j3和j9为移动关节，其余为旋转关节，移动关节处装有拉线传感器，旋转关节处装有角度传感器。在凿岩台车的不同钻臂到达不同的点时，钻臂的各个不同关节分别动作，利用关节信息采集模块分别对应采集这些关节的数据，以用于获取最终钻臂到达掌子面上的对应点的位置距离。
64.5)钻臂末端位置计算模块计算a和b在各个台车的位置。
65.钻臂末端位置计算模块内置有钻臂的d-h参数数据，可以根据钻臂关节信息计算出钻臂末端位置。利用关节信息采集模块采集的各个关节的数据信息，计算出相对于凿岩
台车1来说，a、b两点到达凿岩台车1的距离；同时计算出相对于凿岩台车2来说，a、b两点到达凿岩台车2的距离。
66.具体的，如图5所示，根据凿岩台车组钻臂的尺寸，令坐标系原点为o0，第一关节坐标系原点为o1，第i关节坐标系原点为oi(i＝1，2，3，
…
，6)，钻臂末端关节坐标系圆点为o6。
67.基于齐次变换矩阵，相邻两个关节i与i-1的关系为：
[0068][0069]
式中，c表示余弦函数，s表示正弦函数，α
i-1
、a
i-1
、θi、di具体数值根据d-h参数法确定，其中，a
i-1
表示z
i-1
与zi的公垂线长度；α
i-1
表示z
i-1
与zi之间的夹角；di表示xi与x
i-1
之间的距离；θi表示xi与x
i-1
之间的夹角。
[0070]
则可得到钻臂末端位置计算公式为：
[0071][0072]
根据关节信息采集模块中的角度传感器和拉线传感器实时反馈的各关节的参数，得到相邻两个关节的关系值，再代入钻臂末端位置计算公式中得到钻臂末端位姿，则可计算出以凿岩台车1为坐标原点，a、b两点在凿岩台车1坐标系下的具体坐标，同时还可以计算出以凿岩台车2为坐标原点，a、b两点在凿岩台车2坐标系下的具体坐标。
[0073]
6)无线通信模块将a和b位置发送给其他凿岩台车。
[0074]
凿岩台车1利用无线通信模块将在自身坐标系下，a、b两点的坐标发送给凿岩台车2，凿岩台车2同样利用无线通信模块将在自身坐标系下a、b两点的坐标发送给凿岩台车1。
[0075]
7)互定位计算模块计算凿岩台车间的相对位姿。
[0076]
利用互定位计算模块计算不同凿岩台车之间的相对位姿时，首先计算不同凿岩台车之间的相对位置。如图6所示，将凿岩台车的重心作为坐标原点建立参考点a、b在凿岩台车1坐标系下的具体坐标，利用钻臂末端位置计算模块计算出a、b两点在以凿岩台车1为坐标原点建立的坐标系中a、b具体的坐标。如图7所示，同样将凿岩台车的重心作为坐标原点建立参考点a、b在凿岩台车2坐标系下的具体坐标，利用钻臂末端位置计算模块计算出a、b两点在以凿岩台车2为坐标原点建立的坐标系中a、b具体的坐标。
[0077]
如图8所示，以a坐标为例，在分别以凿岩台车1和凿岩台车2为坐标原点建立的坐标系中，都分别能够获取到点a的具体坐标，那么相对于点a来说，凿岩台车1和凿岩台车2的坐标原点也是可以获得。因此以点a为坐标原点，将凿岩台车1的坐标原点o1和凿岩台车2的坐标原点o2放在以点a为坐标原点的坐标系中，利用两点间的距离公式计算得o1和o2的距离，即为凿岩台车1和凿岩台车2的相对位置。
[0078]
在计算出凿岩台车相对位置后计算凿岩台车的相对姿态，因为在控制钻臂到达对应参考点时，已经将凿岩台车调平，因此凿岩台车在俯仰方向的相对角度为0，因此只要计算出凿岩台车在水平方向的相对角度就可以计算出凿岩台车的相对姿态。
[0079]
如图9所示，参考点a和参考点b连线的延长线与以凿岩台车1的重心为坐标原点建立的坐标系中的x轴的夹角，看作为为凿岩台车1相对于直线ab的相对夹角，即为∠α。如图10所示，参考点a和参考点b连线的延长线与以凿岩台车2的重心为坐标原点建立的坐标系
中的x轴的夹角，看作为凿岩台车2相对于直线ab的相对夹角，即为∠β。
[0080]
如图11所示，根据凿岩台车1相对于直线ab的相对夹角(图9中的∠α即为图10中的∠b)，和凿岩台车2相对于直线ab的夹角(图9中的∠β即为图10中的∠a)计算可得凿岩台车1和凿岩台车2的相对夹角。
[0081]
具体的，根据参考点a在凿岩台车1坐标系下的坐标可知∠c，根据参考点b在凿岩台车1坐标系下的坐标可知∠d，根据∠c和∠d的差值计算可得∠e。根据参考点a在凿岩台车2坐标系下的坐标可知∠g，根据参考点b在凿岩台车2坐标系下的坐标可知∠f和∠i，根据∠f和∠g的差值计算可得∠h。
[0082]
根据在同一三角形下的∠b、∠c和∠p，已知∠b和∠c，则可计算得到∠p；根据在同一三角形下的∠e、∠p和∠k，已知∠e和∠p，则可计算得到∠k；根据在同一三角形下的∠a、∠i和∠j，已知∠a和∠i，则可计算得到∠j；根据∠j和∠k则可计算得到∠l；根据在同一三角形下的∠l、∠h和∠m，已知∠l和∠h则可计算得到∠m；由于对顶角即∠n可根据∠m获得；根据在同一三角形下的∠e、∠n和∠o，已知∠e和∠n则可计算得到∠o。基于此，在
△
o1ao2中，已知∠e、∠d、∠o和∠g，则可根据三角形内角和列出关于∠q和∠r的一个方程式；在
△
o1bo2中，已知∠l、∠d、和∠f，则可根据三角形内角和列出另外一个关于∠q和∠r的一个方程式，两个方程式解两个未知数，则可计算得到∠q和∠r的具体角度，即可计算出凿岩台车1和凿岩台车2之间的相对夹角，根据凿岩台车1和凿岩台车2之间的相对夹角则可得到凿岩台车1和凿岩台车2之间的相对姿态。
[0083]
根据凿岩台车的相对位置和相对姿态则可得到凿岩台车之间的相对位姿。
[0084]
方法实施例：
[0085]
本发明还提供一种多机协作互定位的方法，该方法同装置实施例中介绍的多机协作互定位的方法一致，由于该方法在装置实施例中已阐述清楚，此处不再赘述。

技术特征：
1.一种凿岩台车多机协作互定位的方法，其特征在于，包括如下步骤，1)在待施工的掌子面上标记参考点；2)分别控制各个凿岩台车的一个钻臂移动，使钻臂末端到达同一个参考点；凿岩台车分别根据各个钻臂关节的动作量，计算对应钻臂末端在达到参考点时相对于该凿岩台车的位置；3)凿岩台车将对应参考点相对于自身的位置发给其他凿岩台车，任一凿岩台车根据对应参考点相对于自身的位置和对应参考点相对于目标凿岩台车的位置，计算得到自身与目标凿岩台车之间的相对位置。2.根据权利要求1所述的凿岩台车多机协作互定位的方法，其特征在于，至少在所述掌子面的同一水平线上标记两个参考点；控制各个凿岩台车的钻臂末端依次移动到达两个参考点，根据钻臂末端到达对应参考点时相对于该凿岩台车的位置，得到两个参考点所在直线与该凿岩台车的位置关系；凿岩台车将两个参考点所在直线与自身的位置关系发给其他凿岩台车，任一凿岩台车根据两个参考点所在直线与自身的位置关系和两个参考点所在直线与目标凿岩台车的位置关系，计算得到自身和目标凿岩台车之间在水平方向上的姿态关系。3.根据权利要求2所述的凿岩台车多机协作互定位的方法，其特征在于，在控制凿岩台车移动钻臂之前，还将凿岩台车调平，使该凿岩台车相对于水平面的俯仰角度为0；根据凿岩台车水平方向上的姿态关系确定任一凿岩台车与目标凿岩台车的相对姿态；根据所述相对位置和相对姿态，得到任一凿岩台车与目标凿岩台车的相对位姿。4.根据权利要求3所述的凿岩台车多机协作互定位的方法，其特征在于，凿岩台车调平的方法为，调整凿岩台车的各个支脚，直到该凿岩台车相垂直的两个方向的倾角为0。5.根据权利要求4所述的凿岩台车多机协作互定位的方法，其特征在于，标记两个参考点的方法为，利用扫平仪在待施工的掌子面上打出一条水平线，在所述水平线上标记两个参考点。6.根据权利要求5所述的凿岩台车多机协作互定位的方法，其特征在于，计算对应钻臂末端的位置采用的方法为d-h参数法。7.一种凿岩台车，其特征在于，包括采集各个钻臂关节动作量的关节信息采集模块、用于将凿岩台车自身的位置信息发送给其他凿岩台车的无线通信模块、钻臂末端位置计算模块和互定位计算模块；1)在待施工的掌子面上标记参考点；2)分别控制凿岩台车的一个钻臂移动，使钻臂末端到达同一个参考点；关节信息采集模块采集凿岩台车各个钻臂关节的动作量，凿岩台车分别根据各个钻臂关节的动作量，利用钻臂末端位置计算模块计算对应钻臂末端在达到参考点时相对于该凿岩台车的位置；3)凿岩台车利用无线通信模块将对应参考点相对于自身的位置发送给其他凿岩台车，任一凿岩台车根据对应参考点相对于自身的位置和对应参考点相对于目标凿岩台车的位置，利用互定位计算模块计算得到自身与目标凿岩台车之间的相对位置。8.根据权利要求7所述的凿岩台车，其特征在于，至少在所述掌子面的同一水平线上标记两个参考点；控制各个凿岩台车的钻臂末端依次移动到达两个参考点，根据钻臂末端到达对应参考点时相对于该凿岩台车的位置，得到两个参考点所在直线与该凿岩台车的位置
关系；凿岩台车将两个参考点所在直线与自身的位置关系发给其他凿岩台车，任一凿岩台车根据两个参考点所在直线与自身的位置关系和两个参考点所在直线与目标凿岩台车的位置关系，计算得到自身和目标凿岩台车之间在水平方向上的姿态关系。9.根据权利要求8所述的凿岩台车，其特征在于，在控制凿岩台车移动钻臂之前，还将凿岩台车调平，使该凿岩台车相对于水平面的俯仰角度为0；根据凿岩台车水平方向上的姿态关系确定任一凿岩台车与目标凿岩台车的相对姿态；根据所述相对位置和相对姿态，得到任一凿岩台车与目标凿岩台车的相对位姿。10.根据权利要求9所述的凿岩台车，其特征在于，凿岩台车调平的方法为，调整凿岩台车的各个支脚，直到该凿岩台车相垂直的两个方向的倾角为0。11.根据权利要求10所述的凿岩台车，其特征在于，标记两个参考点的方法为，利用扫平仪在待施工的掌子面上打出一条水平线，在所述水平线上标记两个参考点。12.根据权利要求11所述的凿岩台车，其特征在于，钻臂末端位置计算模块计算对应钻臂末端的位置采用的方法为d-h参数法。

技术总结
本发明涉及一种凿岩台车多机协作互定位的方法及凿岩台车，在掌子面上标记参考点，多台凿岩台车控制任意一条钻臂移动至同一个参考点上，在凿岩台车的钻臂移动到参考点时，各个关节会相应动作，采集凿岩台车钻臂移动到同一参考点上时，各个钻臂关节的动作量，根据每个关节的动作量计算出相邻两个关节之间的位置关系，依次计算出钻臂内所有关节的位置，再通过钻臂内所有关节的动作量计算出钻臂末端的移动距离，钻臂末端的移动距离就是该参考点相对凿岩台车的位置。计算出该参考点相对于各个凿岩台车的位置后，凿岩台车将该参考点相对于自身的位置发送给其余凿岩台车，各凿岩台车根据同一参考点相对于自身的位置，计算出各凿岩台车之间的相对位置。岩台车之间的相对位置。岩台车之间的相对位置。


技术研发人员：牛孔肖 贾连辉 荆留杰 陈帅 李鹏宇 王永胜 孙森震 鞠翔宇 刘涛 郑赢豪 谭娜
受保护的技术使用者：中铁高新工业股份有限公司
技术研发日：2022.03.25
技术公布日：2023/10/8