【技术实现步骤摘要】
本申请涉及通信，尤其涉及一种基于八字油缸的掘进机前盾位姿处理方法及装置。
技术介绍
1、隧道施工过程中，测量掘进机盾体之间的相对位姿是非常重要的。
2、目前测量掘进机盾体间的位姿主要有两种方式：一是由安装在前盾上的led标准特征点、安装在支撑盾上的ccd测量相机、安装在隧道管片壁上的全站仪和后视棱镜、以及安装在支撑盾上的激光靶等部件组成，在隧道掘进施工时，ccd测量相机通过提取led标准特征点光斑位置的变化，并且与开始在ccd测量相机内标定的位置进行比较，从而得出支撑盾和前盾的精确位置关系；二是由安装在前盾上的感光靶、安装在支撑盾上的激光发射器、安装在隧道管片壁上的全站仪和后视棱镜、以及安装在支撑盾上的激光靶等部件组成，在隧道掘进施工时，通过感光靶内置相机拍摄并处理光斑图像，得到光斑的偏移量，从而得到前盾水平和垂直移动量，得出支撑盾和前盾的精确位置关系，提高了数据的准确度。
3、但在实际应用中，上述位姿测量方式仍存在一些问题：首先是掘进过程中，前盾空间内灰尘很大，相机无法拍摄出清晰的图片，继而无法解算出前盾坐标；其次，由于掘进机主推油缸倾斜布置，空间进一步压缩，尤其小直径掘进机，内部空间本就有限，如果线路转弯半径也很小，在转弯时，感光靶等测量仪器很容易与油缸、盾体等发生干涉，无法获取光斑坐标，进而使得前盾姿态就无法测量。综上，针对八字油缸的掘进机两节盾体间前盾的位姿测量，需要克服当前测量方法视野受限的缺陷。
技术实现思路
1、本申请提供一种基于八字油缸的掘进
2、第一方面，本申请提供一种基于八字油缸的掘进机前盾位姿处理方法，应用于包含支撑盾和前盾的掘进机，所述支撑盾和前盾之间铰接有多个倾斜设置且互不平行的油缸；包括：
3、获取支撑盾位姿和油缸的初始数据；其中，所述油缸的初始数据包括油缸在支撑盾和前盾上铰接点的分布角度、油缸的实际杆长；
4、根据油缸在支撑盾和前盾上铰接点的分布角度，构建动静坐标系，并根据构建的动静坐标系，得到油缸理论杆长；
5、根据油缸的实际杆长和油缸理论杆长，确定前盾相对于支撑盾的位姿；
6、根据所述支撑盾位姿和所述前盾相对于支撑盾的位姿，得到前盾位姿。
7、在一种可能的设计中，所述根据油缸在支撑盾和前盾上铰接点的分布角度，构建动静坐标系，包括：
8、将前盾的前端面与中心轴的交点作为动平台的坐标原点，根据油缸在前盾的铰接点到对应的前盾的中心轴距离m以及油缸在前盾上铰接点的分布角度αi，确定动平台的球铰中心坐标bi：
9、bi(xbi,ybi,zbi)＝bi(m cosαi,msinαi,0)；
10、将支撑盾的前端面与中心轴的交点作为静平台的坐标原点，根据支撑盾的铰接点到对应的支撑盾的中心轴距离n以及油缸支撑盾上铰接点的分布角度βi，确定静平台的球铰中心坐标pi：
11、pi(xpi,ypi,zpi)＝pi(n cosβi,n sinβi,0)；
12、其中，油缸编号i＝1，2...n，n为油缸的总数量。
13、在一种可能的设计中，所述根据构建的动静坐标系，得到油缸理论杆长，包括：
14、根据动平台铰接点坐标bi和预设坐标变换矩阵t的乘积，得到动平台铰接点对应到静平台上的坐标b′i；其中，所述预设坐标变换矩阵包含前盾相对于支撑盾的位姿函数；
15、根据动平台铰接点对应到静平台上的坐标b′i和静平台铰接点坐标pi，采用如下公式计算各油缸的理论杆长li：
16、
17、在一种可能的设计中，所述预设坐标变换矩阵t满足如下关系：
18、
19、其中，
20、a为前盾相对于支撑盾的方位角，p为前盾相对于支撑盾的俯仰角，r为前盾相对于支撑盾的滚动角，x、y、z分别为支撑盾前端的中心坐标。
21、在一种可能的设计中，所述根据油缸的实际杆长和油缸理论杆长，确定前盾相对于支撑盾的位姿，包括：
22、根据油缸的实际杆长li和油缸理论杆长li的差值，构建接近函数f：
23、f＝li2-li2；
24、根据接近函数f的最小值，得到与油缸理论杆长li对应的前盾相对于支撑盾的位姿。
25、在一种可能的设计中，所述根据所述支撑盾位姿和所述前盾相对于支撑盾的位姿，得到前盾位姿，包括：
26、根据所述支撑盾位姿和所述前盾相对于支撑盾的位姿中的方位角a和俯仰角p，采用如下公式计算前盾后端的中心坐标(x,y,z)：
27、
28、其中，l为支撑盾的长度，γ为支撑盾的方位角，为支撑盾的俯仰角，μ为支撑盾的滚动角；
29、根据前盾后端的中心坐标(x,y,z)，采用如下公式计算前盾前端的中心坐标(x′,y′,z′)：
30、
31、其中，l′为前盾的长度。
32、在一种可能的设计中，所述支撑盾和前盾之间铰接有至少六个倾斜设置且互不平行的油缸。
33、第二方面，本申请提供一种基于八字油缸的掘进机前盾位姿处理装置，应用于包含支撑盾和前盾的掘进机，所述支撑盾和前盾之间铰接有多个倾斜设置且互不平行的油缸；包括：
34、获取模块，用于获取支撑盾位姿和油缸的初始数据；其中，所述油缸的初始数据包括油缸在支撑盾和前盾上铰接点的分布角度、油缸的实际杆长；
35、处理模块，用于根据油缸在支撑盾和前盾上铰接点的分布角度，构建动静坐标系，并根据构建的动静坐标系，得到油缸理论杆长；
36、所述处理模块，还用于根据油缸的实际杆长和油缸理论杆长，确定前盾相对于支撑盾的位姿；
37、所述处理模块，还用于根据所述支撑盾位姿和所述前盾相对于支撑盾的位姿，得到前盾位姿。
38、进一步的，所述处理模块具体用于根据油缸在支撑盾和前盾上铰接点的分布角度，构建动静坐标系，包括：
39、将前盾的前端面与中心轴的交点作为动平台的坐标原点，根据油缸在前盾的铰接点到对应的前盾的中心轴距离m以及油缸在前盾上铰接点的分布角度αi，确定动平台的球铰中心坐标bi：
40、bi(xbi,ybi,zbi)＝bi(m cosαi,msinαi,0)；
41、将支撑盾的前端面与中心轴的交点作为静平台的坐标原点，根据支撑盾的铰接点到对应的支撑盾的中心轴距离n以及油缸支撑盾上铰接点的分布角度βi，确定静平台的球铰中心坐标pi：
42、pi(xpi,ypi,zpi)＝pi(n cosβi,n sinβi,0)；
43、其中，油缸编号i＝1，2...n，n为油缸的总数量。
44、进一步的，所述处理模块具体用于根据构建的动静坐标系，得到油缸理论杆长，包括：
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1.一种基于八字油缸的掘进机前盾位姿处理方法，其特征在于，应用于包含支撑盾和前盾的掘进机，所述支撑盾和前盾之间铰接有多个倾斜设置且互不平行的油缸；则所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据油缸在支撑盾和前盾上铰接点的分布角度，构建动静坐标系，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据构建的动静坐标系，得到油缸理论杆长，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设坐标变换矩阵T满足如下关系：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据油缸的实际杆长和油缸理论杆长，确定前盾相对于支撑盾的位姿，包括：
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述支撑盾位姿和所述前盾相对于支撑盾的位姿，得到前盾位姿，包括：
7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，所述支撑盾和前盾之间铰接有至少六个倾斜设置且互不平行的油缸。
8.一种基于八字油缸的掘进机前盾位姿处理装置，其特征在于，应用于包含支撑盾和前盾的掘进机，所述支撑盾和前盾之间铰接有
9.一种掘进机，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至7任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于八字油缸的掘进机前盾位姿处理方法，其特征在于，应用于包含支撑盾和前盾的掘进机，所述支撑盾和前盾之间铰接有多个倾斜设置且互不平行的油缸；则所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据油缸在支撑盾和前盾上铰接点的分布角度，构建动静坐标系，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据构建的动静坐标系，得到油缸理论杆长，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设坐标变换矩阵t满足如下关系：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据油缸的实际杆长和油缸理论杆长，确定前盾相对于支撑盾的位姿，包括：
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵宗华，贺泊宁，彭红军，吴伟进，王理，王宁，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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