本技术介绍了一种自动化凿岩机器人钻臂位姿定位系统,该系统通过双轴倾角仪测量机器人车体与水平面的夹角,确定车体的俯仰角和横滚角。同时,利用激光测距器沿导轨滑动实时采集数据,通过最小二乘法拟合直线斜率,确定车体的偏航角。结合位姿感知装置和钻臂运动学方法,计算钻臂关节位姿参数,实现作业位姿修正和初始状态标定。该系统能够在任意位姿状态下,自主定位钻臂末端位置,提高钻臂驱动效率和凿岩孔位的定位精度。
背景技术
凿岩机器人是隧道及地下工程采用钻爆法施工的一种凿岩设备。凿岩机器人在工作过程中需要根据光面爆破原理确定凿岩孔位。传统的凿岩孔位确定是采用人工方式,这种方式确定的孔位信息过度依赖于人工经验,且凿岩面所需的炮孔种类众多、布置原则差异、尺寸参数不同,这就需要耗费大量的人力物力来实现。同时,矿山作业中工作环境比较恶劣,工人工作强度高,严重危害工作人员,既影响工作效率,也不利于操作人员安全。
为了解决上述问题,出现了一些自动化凿岩设备,通常以凿岩机器人车体本身的位姿参数调整为主,主要表现为:矿道复杂环境下车体停放后调整车体位姿,以最大可能降低钻臂工作误差。
目前的自动化凿岩设备主要存在的问题包括:
(1)定位设计缺乏集成化:车体定位位姿的确定常采用三激光发射器,或采用激光发射器、双轴倾角仪外加全站仪来确定车体的位姿。采用这种方法可以确定车体位姿,但矿道恶劣环境下位姿参数确定会存在较大的误差。
(2)定位精确度受限:某些技术受限于测量原理,其测量精度在隧道、矿道等复杂恶劣环境中会受影响很大。例如,全球定位系统(Global Positioning System,GPS)在复杂环境中定位精度可能会受到影响。
(3)累计误差大:惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)和其他传感器可能会存在累积误差问题,随着时间的推移,这些累计误差可能会导致定位结果的不准确。
(4)环境依赖性高:一些定位技术对特定环境条件敏感,例如,视觉定位对光照和环境结构的依赖性较强,在多尘、多雾的环境中也会受到影响。
实现思路