本发明专利技术公开了自动定位钻孔装置及方法，包括钻机、数据采集单元、控制单元；所述数据采集单元包括卫星定位仪、车体倾角传感器、关节角传感器、桅杆推进长度传感器和钻进深度传感器，且均连接于控制单元；控制单元用于获取卫星定位仪、车体倾角传感器、关节角传感器、桅杆推进长度传感器和钻进深度传感器采集的数据，并利用运动学求解方法，计算得到钻杆的实时位姿。因此，控制单元可根据获取的实时传感器信息，计算出钻杆的钻孔位置和方向角，即得到钻杆的实时位姿，以便于根据钻杆的实时位姿，调整钻杆至预设孔位，从而保证钻孔位置、方向角及钻进深度的准确性，精确定位钻孔，且实现无人化自动定位钻孔，可保证作业安全，提高钻孔效率。效率。效率。
【技术实现步骤摘要】
一种自动定位钻孔装置及方法
[0001]本专利技术涉及自动化钻机设备
，更具体地说，涉及一种自动定位钻孔装置。此外，本专利技术还涉及一种包括上述自动定位钻孔装置的自动定位钻孔方法。
技术介绍
[0002]钻孔是矿山开采爆破与隧道施工爆破的关键工序之一，要保证钻孔位置和深度的准确性。目前，在钻机进行钻孔作业时，常依赖人工定位钻孔，钻孔定位易发生偏差，需不停调整钻杆钻进深度和方位角，劳动强度大，影响作业进度。此外，由于现场钻孔作业条件受环境影响因素较大，人工定位钻孔存在安全隐患。
[0003]综上所述，如何提供一种高效、安全、精准作业的自动定位钻孔装置及方法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种自动定位钻孔装置，该自动定位钻孔装置能够提高钻孔精度和钻孔效率，保证施工安全。
[0005]本专利技术的另一目的是提供一种包括上述自动定位钻孔装置的自动定位钻孔方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种自动定位钻孔装置，包括钻机、数据采集单元、和控制单元；
[0008]所述钻机，包括车体平台、钻臂、桅杆、动力头和钻杆；
[0009]所述数据采集单元，包括用于采集所述车体平台的位置和方向角的卫星定位仪、用于采集所述车体平台的前后俯仰角和左右侧倾角的车体倾角传感器、用于采集所述钻臂和所述桅杆各关节转动角度的关节角传感器、用于采集所述桅杆的推进长度的桅杆推进长度传感器以及用于采集所述钻杆的钻进深度的钻进深度传感器；所述卫星定位仪、所述车体倾角传感器、所述关节角传感器、所述桅杆推进长度传感器和所述钻进深度传感器均连接于所述控制单元；
[0010]所述控制单元，用于获取所述卫星定位仪、所述车体倾角传感器、所述关节角传感器、所述桅杆推进长度传感器和所述钻进深度传感器采集的数据，并利用运动学求解方法，计算得到所述钻杆的实时位姿。
[0011]优选的，所述数据采集单元还包括桅杆倾角传感器，与所述控制单元信号连接，用于测量所述桅杆相对地面的前后俯仰角和左右侧倾角。
[0012]优选的，所述桅杆设有用于添加所述钻杆的钻杆库和用于检测所述钻杆库的转动工位钻杆库接近开关，所述钻杆库接近开关信号连接于所述控制单元，以使所述控制单元根据所述钻杆库接近开关的检测信号确定参与钻进的所述钻杆的数量。
[0013]优选的，所述桅杆上部设有上部接近开关，用于检测所述动力头回退至最顶端位置并限位；所述上部接近开关信号连接于所述控制单元。
[0014]优选的，所述桅杆下部设有下部接近开关，用于检测所述动力头钻进至最底端位
置并限位；所述下部接近开关与所述控制单元信号连接。
[0015]优选的，还包括监控器，所述监控器与所述控制单元信号连接，用于显示和储存所述控制单元实时反馈的所述钻杆的钻孔位置、方向角和钻进深度。
[0016]优选的，所述卫星定位仪包括安装于所述车体平台的定位天线和定向天线，以通过所述定位天线和所述定向天线接收卫星信号，以计算出所述车体平台的位置和方向角。
[0017]优选的，所述关节角传感器包括用于采集所述钻臂的前后俯仰角的钻臂俯仰角传感器、用于采集所述钻臂的左右摆动角的钻臂摆角传感器、用于采集所述桅杆的前后俯仰角的桅杆俯仰角传感器、用于采集所述桅杆的左右侧倾角的桅杆侧倾角传感器；所述钻臂俯仰角传感器和所述钻臂摆角传感器安装于所述钻臂与所述车体平台的铰接位置处，所述桅杆俯仰角传感器和所述桅杆侧倾角传感器安装于所述桅杆与所述钻臂的铰接位置处。
[0018]一种自动定位钻孔方法，应用于上述所述的自动定位钻孔装置的所述控制单元，所述自动定位钻孔方法包括：
[0019]获取所述卫星定位仪、所述车体倾角传感器、所述关节角传感器、所述桅杆推进长度传感器和所述钻进深度传感器的采集信号；
[0020]根据各个所述采集信号，利用运动学求解方法，计算得到所述钻杆的实时位姿。
[0021]优选的，所述桅杆设有钻杆库和钻杆库接近开关；
[0022]所述的根据各个所述采集信号，利用运动学求解方法，计算得到所述钻杆的实时位姿，包括：
[0023]获取所述钻杆库接近开关检测的所述钻杆库的转动工位信号，根据所述转动工位信号确定参与钻进的所述钻杆的数量；
[0024]根据每根所述钻杆的长度、参与钻进的所述钻杆的数量以及所述钻进深度传感器的检测数据，计算得到所述钻杆的实时钻进深度。
[0025]相较于上述
技术介绍
，本申请提供一种自动定位钻孔装置包括钻机、数据采集单元和控制单元；钻机包括车体平台、钻臂、桅杆、动力头和钻杆；数据采集单元包括用于采集车体平台的位置和方向角的卫星定位仪、用于采集车体平台的前后俯仰角和左右侧倾角的车体倾角传感器、用于采集钻臂和桅杆的俯仰角各关节转动角的关节角传感器、用于采集桅杆的推进长度的桅杆推进长度传感器以及用于采集钻杆的钻进深度的钻进深度传感器；卫星定位仪、车体倾角传感器、关节角传感器、桅杆推进长度传感器和钻进深度传感器均连接于控制单元；控制单元用于获取卫星定位仪、车体倾角传感器、关节角传感器、桅杆推进长度传感器和钻进深度传感器采集的数据，并利用运动学求解方法，计算得到钻杆的实时位姿。
[0026]上述装置中，控制单元实时接收卫星定位仪发出的车体平台的位置和方向角等数据，并接收车体倾角传感器采集车体前后俯仰角和左右侧倾角等数据，可计算得出车体平台相对于大地坐标系的坐标变换矩阵；控制单元实时接收关节角传感器发送的钻臂前后俯仰角和左右摆动角、桅杆前后俯仰角和左右侧倾角等数据，以及接收桅杆推进长度传感器发送的桅杆推进长度和钻进深度传感器发送的钻进深度等数据，结合车体平台相对于大地坐标系的坐标变换矩阵，建立各关节的运动学坐标转换关系，可计算得出钻杆相对车体平台的坐标变换矩阵；进而可计算得出钻杆相对大地坐标系的坐标变换矩阵，由此得出钻杆实时的钻孔位置、方向角及钻进深度。
[0027]所以，控制单元通过接收卫星定位仪、车体倾角传感器、关节角传感器、桅杆推进长度传感器及深度传感器等采集数据，利用运动学求解方法，计算得到钻杆实时的钻孔位置、方向角及钻进深度，即得到钻杆的实时位姿，以便于根据钻杆的实时位姿，调整钻杆至预设孔位，从而保证钻孔位置、方向角及钻进深度的准确性，精确定位钻孔，且实现无人化自动定位钻孔，可保证作业安全，提高钻孔效率。
[0028]本申请提供的所述一种自动定位钻孔方法，应用于上述所述的自动定位钻孔装置的控制单元，能够提高钻孔精度和钻孔效率，保证施工安全。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术所提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自动定位钻孔装置，其特征在于，包括钻机、数据采集单元、和控制单元；所述钻机，包括车体平台、钻臂(15)、桅杆(18)、动力头(20)和钻杆(19)；所述数据采集单元，包括用于采集所述车体平台的位置和方向角的卫星定位仪、用于采集所述车体平台的前后俯仰角和左右侧倾角的车体倾角传感器(1)、用于采集所述钻臂(15)和所述桅杆(18)的各关节转动角度的关节角传感器、用于采集所述桅杆(18)的推进长度的桅杆推进长度传感器(8)以及用于采集所述钻杆(19)的钻进深度的钻进深度传感器(7)；所述卫星定位仪、所述车体倾角传感器(1)、所述关节角传感器、所述桅杆推进长度传感器(8)和所述钻进深度传感器(7)均连接于所述控制单元；所述控制单元，用于获取所述卫星定位仪、所述车体倾角传感器(1)、所述关节角传感器、所述桅杆推进长度传感器(8)和所述钻进深度传感器(7)采集的数据，并利用运动学求解方法，计算得到所述钻杆(19)的实时位姿。2.根据权利要求1所述的自动定位钻孔装置，其特征在于，所述数据采集单元还包括桅杆倾角传感器(6)，与所述控制单元信号连接，用于测量所述桅杆(18)相对地面的前后俯仰角和左右侧倾角。3.根据权利要求1所述的自动定位钻孔装置，其特征在于，所述桅杆(18)设有用于添加所述钻杆(19)的钻杆库(22)和用于检测所述钻杆库(22)的转动工位的钻杆库接近开关(11)，所述钻杆库接近开关(11)信号连接于所述控制单元，以使所述控制单元根据所述钻杆库接近开关(11)的检测信号确定参与钻进的所述钻杆(19)的数量。4.根据权利要求1所述的自动定位钻孔装置，其特征在于，所述桅杆(18)上部设有上部接近开关(12)，用于检测所述动力头(20)回退至最顶端位置并限位；所述上部接近开关(12)信号连接于所述控制单元。5.根据权利要求1所述的自动定位钻孔装置，其特征在于，所述桅杆(18)下部设有下部接近开关(14)，用于检测所述动力头(20)钻进至最底端位置并限位；所述下部接近开关(14)与所述控制单元信号连接。6.根据权利要求1至5任一项所述的自动定位钻孔装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱小平，谢习华，白环，赵宏强，
申请(专利权)人：山河智能装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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