【技术实现步骤摘要】
基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法
本专利技术涉及巷、隧道智能掘进机械自动设计爆破
，特别涉及一种基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法。
技术介绍
全电脑凿岩台车受计算机程序控制，在国外隧道建设中大量使用，国内偶有应用。与大断面公路、铁路隧道不同的是，矿山小断面岩巷对防水、防爆安全性有严格要求，且复杂的井下作业环境限制了其在该领域的研发工作，相关试验产品在井下的应用并不理想。因此，开发适用于矿山小断面岩巷的智能掘进机械及相关技术对矿山自动化，智能化施工有重要意义。轮廓成型质量是巷道爆破重要的控制指标之一。岩体的过度破坏会增加成本，延长循环时间。国外文献表明：钻孔操作和恰当的爆破设计对提升爆破效果以及评估轮廓剖面质量非常关键，且轮廓线上钻出的周边孔的作用对于减少过度破坏是最重要的，必须在设计和标记的位置钻孔，特别是在周边孔部分，否则将引起过度或欠破坏。虽然使用隧道凿岩台车实施自动钻孔定位能够以高精度成型周边孔，减少因钻孔偏差造成的过度开挖，但目前国外最先进的凿岩台车也仅仅能按照预先载...
【技术保护点】
1.一种基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/nS1、基于D-H法建立钻臂运动学模型，通过蒙特卡洛法在钻臂各关节范围内随机取值，计算钻头能够到达的位置；/nS2、对钻臂末端坐标系设置判别条件，计算钻臂末端以各种不同姿态钻孔时的最大可钻范围；/nS3、建立周边孔外插角与该周边孔外插角下钻头最大横向距离的函数关系；根据所述函数关系，给定钻头最大横向距离求得相对应的周边孔外插角；/nS4、确定周边孔的最佳孔口距及孔口坐标，并结合周边孔轨迹切线进一步确定各个周边孔的外插角的水平分量、竖直分量，完成周边孔的自动设计。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、基于D-H法建立钻臂运动学模型，通过蒙特卡洛法在钻臂各关节范围内随机取值，计算钻头能够到达的位置；
S2、对钻臂末端坐标系设置判别条件，计算钻臂末端以各种不同姿态钻孔时的最大可钻范围；
S3、建立周边孔外插角与该周边孔外插角下钻头最大横向距离的函数关系；根据所述函数关系，给定钻头最大横向距离求得相对应的周边孔外插角；
S4、确定周边孔的最佳孔口距及孔口坐标，并结合周边孔轨迹切线进一步确定各个周边孔的外插角的水平分量、竖直分量，完成周边孔的自动设计。
2.如权利要求1所述的基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法，其特征在于，步骤S1中，计算钻头能到到达的位置的方法为：
S1.1将钻臂刚体简化为连杆，将转动轴、移动轴简化为关节，作钻臂简化模型图，确定各关节的基准位置、相对角度和各关节量的变化范围；根据D-H法建立坐标系，通过相邻坐标系之间的变换关系逐级推导出钻臂基坐标系{O0}和钻臂末端坐标系{O末}之间变换的位姿矩阵；钻臂末端钻头在基坐标{O0}下的坐标为(px,py,pz)，px为钻孔前进方向，py为横向，pz为竖直方向；
S1.2采用蒙特卡洛法随机选择各关节变量值，得到钻臂各种不同姿态下的位姿矩阵，根据不同位姿矩阵确定钻臂在不同姿态下所钻炮孔的外插角θa。
3.如权利要求2所述的基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法，其特征在于，步骤S2中，计算最大可钻范围的具体步骤为：
S2.1所述判别条件为：θa-θ0<|Δ1|，θ0＝0,1,2,……为取整数值的θa，Δ1为角度偏差容许值；经过所述判别条件筛选过的钻臂所有姿态构成满足条件θa∈(θ0-|Δ1|,θ0+|Δ1|)的工作空间；
S2.2钻臂末端点(px,py,pz)构成点集S0，点集S0满足：
S0＝{(px,py,pz)|θa-θ0≤|Δ1|,px-p0≤|Δ2|}；
其中，p0为工作时凿岩台车到工作断面的最佳距离，Δ2为距离偏差容许值；θ0取不同值时得到不同的点集S0。
4.如权利要求3所述的基于全电脑凿岩台车工作空间的周边孔位姿参数确定方法，其特征在于，S3的具体步骤如下：
S3.1构建数值对(θ0，pymax)，其中pymax是当前θ0取值下所对应的点集S0中所有钻臂末端点坐标py的最大值，每一个θ0均对应一个pymax；
S3.2拟合所有数值对(θ0，pymax)，回归分析出θa和p...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚敏，吴昊骏，杨仁树，胡广风，吴晓东，刘翔宇，曹贞洋，王思杰，陈小磊，李宏锜，王渝，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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