基于光纤陀螺仪的掘进机导向系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112781590A(43)申请公布日2021.05.11(21)申请号202011495358.8(22)申请日2020.12.17(71)申请人上海隧道工程有限公司地址200232上海市徐汇区宛平南路1099号5楼(72)发明人程瀛刘智辉杨晨平张喆沈辉杜创阮嘉鑫薛黄炜杨鸿基刘鑫峰黄圣秦元(74)专利代理机构上海唯源专利代理有限公司31229代理人宋小光(51)Int.Cl.G01C21/18(2006.01)G01C21/20(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称基于光纤陀螺仪的掘进机导向系统及方法(57)摘要本发明涉及一种基于光纤陀螺仪的掘进机导向方法及系统，该方法包括如下步骤：提供光纤陀螺仪，将光纤陀螺仪安装在掘进机上；提供静力水准仪，将静力水准仪靠近光纤陀螺仪安装在掘进机上；在掘进机掘进的过程中，通过光纤陀螺仪获取掘进机的实时姿态数据，通过静力水准仪获取掘进机的水平落差数据；以及依据所获取的实时姿态数据和水平落差数据计算得到掘进机的实际掘进路径，并通过实际掘进路径与掘进机的设计路径计算得出掘进机的推进路线，利用推进路线控制掘进机向前掘进以实现掘进机的导向。本发明利用设置的光纤陀螺仪直接获取掘进机的空间姿态，避免了设置棱镜，从而无需预留测量通道，能够避免测量通道对掘进机设计产生的影响。CN112781590ACN112781590A权利要求书1/2页1.一种基于光纤陀螺仪的掘进机导向方法，其特征在于，包括如下步骤：提供光纤陀螺仪，将所述光纤陀螺仪安装在所述掘进机上；提供加速度计，将所述加速度计靠近所述光纤陀螺仪安装在所述掘进机上；提供静力水准仪，将所述静力水准仪靠近所述光纤陀螺仪安装在所述掘进机上；在所述掘进机掘进的过程中，通过所述光纤陀螺仪获取所述掘进机的实时姿态数据，通过所述静力水准仪获取所述掘进机的水平落差数据，通过所述加速度计获取所述掘进机的速度数据；以及依据所获取的实时姿态数据、所述速度数据和水平落差数据计算得到所述掘进机的实际掘进路径，并通过所述实际掘进路径与所述掘进机的设计路径计算得出掘进机的推进路线，利用所述推进路线控制所述掘进机向前掘进以实现掘进机的导向。2.如权利要求1所述的基于光纤陀螺仪的掘进机导向方法，其特征在于，所提供的光纤陀螺仪、加速度计和静力水准仪的数量为三个，将三个光纤陀螺仪、三个加速度计和三个静力水准仪间隔的安装在所述掘进机上。3.如权利要求1所述的基于光纤陀螺仪的掘进机导向方法，其特征在于，所提供的光纤陀螺仪的输出频率为1至3秒。4.如权利要求1所述的基于光纤陀螺仪的掘进机导向方法，其特征在于，通过所述实际掘进路径与所述掘进机的设计路径计算得出掘进机的推进路线的步骤，包括：将所述设计路径转换到所述掘进机的坐标系下，并于所述掘进机的坐标系中获得所述实际掘进路径与所述设计路径的偏差方向，从而得到纠偏方向；计算所述实际掘进路径与所述设计路径的偏差值作为纠偏位移；将所述纠偏方向和所述纠偏位移换算成所述掘进机的推进行程控制数据作为掘进机的推进路线。5.一种基于光纤陀螺仪的掘进机导向系统，其特征在于，包括：装设于所述掘进上的光纤陀螺仪，用于获取所述掘进机在掘进过程中的实时姿态数据；装设于所述掘进机上并靠近所述光纤陀螺仪的加速度计，用于获取所述掘进机在掘进过程中的速度数据；装设于所述掘进机上并靠近所述光纤陀螺仪设置的静力水准仪，用于获取所述掘进机的水平落差数据；以及与所述光纤陀螺仪、所述加速度计和所述静力水准仪连接的处理单元，用于接收所述光纤陀螺仪获取的实时姿态数据、所述加速度计获取的速度数据和所述静力水准仪获取的水平落差数据，所述处理单元还与所述掘进机控制连接，所述处理单元还用于依据所述实时姿态数据、所述速度数据和水平落差数据计算得到所述掘进机的实际掘进路径，并通过所述实际掘进路径与所述掘进机的设计路径计算得出掘进机的推进路线，利用所述推进路线控制所述掘进机向前掘进以实现掘进机的导向。6.如权利要求5所述的光纤陀螺仪的掘进机导向系统，其特征在于，所述光纤陀螺仪、所述加速度计和所述静力水准仪的数量为三个，间隔的安装在所述掘进机上。7.如权利要求5所述的光纤陀螺仪的掘进机导向系统，其特征在于，所述光纤陀螺仪的输出频率为1至3秒。2CN112781590A权利要求书2/2页8.如权利要求5所述的光纤陀螺仪的掘进机导向系统，其特征在于，所述处理单元用于将所述设计路径转换到所述掘进机的坐标系下，并通过比较所述实际掘进路径和所述设计路径以得到所述实际掘进路径与所述设计路径的偏差方向和所述实际掘进路径与所述设计路径的偏差值，进而将所述偏差方向和所述偏差值换算成所述掘进机的推进行程控制数据作为掘进机的推进路