本發(fā)明涉及三維定位裝置領(lǐng)域，具體涉及一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的隧道施工的作業(yè)臺(tái)車依賴于人工測量以確定自身的位置，通常由專業(yè)測量人員利用全站儀等測量儀器在隧道內(nèi)確定臺(tái)車的水平位置，需要在隧道內(nèi)布設(shè)控制點(diǎn)，測量臺(tái)車相對于這些控制點(diǎn)的位置，然后使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測量，確定臺(tái)車的豎直位置，最后通過人工方式使用鋼尺或簡單的測距儀器測量臺(tái)車與隧道壁面或參考點(diǎn)之間的距離，傳統(tǒng)的人工測量方法不僅效率低下，而且容易出現(xiàn)誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置和方法，以解決人工測量隧道作業(yè)臺(tái)車的三維坐標(biāo)效率較低，并且測量人員在隧道內(nèi)活動(dòng)存在安全隱患的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明具體提供下述技術(shù)方案：

3、一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置，包括：激光測距儀，至少沿著三個(gè)坐標(biāo)軸測量自身與隧道壁面之間的距離，以獲得臺(tái)車在隧道內(nèi)的三維位置信息；工作臺(tái)板，用于連接臺(tái)車和所述激光測距儀，為所述激光測距儀的工作提供穩(wěn)定的支撐；控制器，通訊連接于所述激光測距儀，用于接收所述激光測距儀輸出的信號，根據(jù)每個(gè)所述激光測距儀的高度、角度以及所述激光測距儀與隧道壁面之間的距離，計(jì)算出臺(tái)車的三維坐標(biāo)；人機(jī)交互系統(tǒng)，通訊連接于所述控制器，用于向用戶展示臺(tái)車的三維坐標(biāo)。

4、進(jìn)一步的，三個(gè)所述坐標(biāo)軸分別是x軸、y軸和z軸，其中，z軸是豎直的，x軸、y軸是水平的并且彼此垂直。

5、進(jìn)一步的，還包括：三軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)所述激光測距儀沿著z軸升降、環(huán)繞u軸旋轉(zhuǎn)、環(huán)繞r軸旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整所述激光測距儀的高度和角度，其中，u軸與x軸、y軸和z軸中的任意一者同軸，r軸垂直于u軸和z軸。

6、進(jìn)一步的，所述三軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括：z軸直線驅(qū)動(dòng)器，用于沿豎直方向調(diào)整所述激光測距儀的高度；u軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，用于繞u軸旋轉(zhuǎn)所述激光測距儀；r軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，用于繞r軸旋轉(zhuǎn)所述激光測距儀。

7、進(jìn)一步的，所述z軸直線驅(qū)動(dòng)器包括：滾珠絲桿，軸線沿著豎直方向設(shè)置，兩端分別通過兩個(gè)軸承座可旋轉(zhuǎn)地連接于臺(tái)車；絲桿螺母，同軸地套裝在所述滾珠絲桿上，通過導(dǎo)向軌道可豎直滑動(dòng)地連接于臺(tái)車；第一電機(jī)，通過一個(gè)所述軸承座的定位端蓋固定連接于臺(tái)車，用于驅(qū)動(dòng)所述滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)以驅(qū)使所述絲桿螺母豎直移動(dòng)；支撐板，固定連接所述絲桿螺母和所述工作臺(tái)板，使所述工作臺(tái)板跟隨所述絲桿螺母同步升降。

8、進(jìn)一步的，每個(gè)所述軸承座均包括定位端蓋和軸承，所述定位端蓋固定連接于支撐腳，所述軸承的外圈連接于所述定位端蓋，所述軸承的內(nèi)圈連接于所述滾珠絲桿，所述支撐腳通過螺栓副連接于所述臺(tái)車上安裝的墊板。

9、進(jìn)一步的，所述u軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器包括：套筒軸，可旋轉(zhuǎn)地連接于所述工作臺(tái)板，其軸線沿著x、y、z軸的任意一個(gè)方向設(shè)置；第二電機(jī)，固定連接于所述工作臺(tái)板，用于驅(qū)動(dòng)所述套筒軸環(huán)繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)；測距儀支架，固定連接所述套筒軸和所述激光測距儀，使所述激光測距儀跟隨所述套筒軸同步旋轉(zhuǎn)。

10、進(jìn)一步的，所述套筒軸分別套接于所述第二電機(jī)的輸出軸和所述測距儀支架，并且分別通過兩個(gè)鍵輸出扭矩。

11、進(jìn)一步的，所述r軸驅(qū)動(dòng)器包括：轉(zhuǎn)軸，可旋轉(zhuǎn)地連接于所述測距儀支架，并且固定連接于測距儀，軸線水平設(shè)置并且垂直于所述套筒軸的軸線；第三電機(jī)，固定連接于所述測距儀支架，用于驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)軸環(huán)繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)，使測距儀跟隨所述轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)。

12、一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位方法，所述三維定位方法使用權(quán)利要求三維定位裝置執(zhí)行，所述三維定位方法包括下述步驟：將所述激光測量儀對準(zhǔn)隧道中的已知標(biāo)志物，測量所述激光測量儀與已知標(biāo)志物的直線距離d，獲得所述激光測距儀在z軸方向上的高度zr、在u軸方向上的俯仰角度θu、在r軸方向上的偏航角度θr，然后基于已知標(biāo)志物的三維坐標(biāo)(xm,ym,zm)，通過下述公式計(jì)算激光測距儀的三維坐標(biāo)(xr,yr,zr)：xr＝xm-d×cosθu×sinθr；yt＝y(tǒng)m-d×cosθu×cosθrn；zr＝zm-d×sinθu。

13、本申請與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下有益效果：

14、提供一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置和方法，利用激光測距儀獲得至少沿三個(gè)坐標(biāo)軸測量的距離，測量精度高，并且能夠直接獲取臺(tái)車在隧道內(nèi)的三維位置信息，提高了提高施工效率，減少了人員在隧道內(nèi)的活動(dòng)，降低了因測量工作帶來的安全隱患。

技術(shù)特征：

1.一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置，其特征在于，

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置，其特征在于，

10.一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及三維定位裝置領(lǐng)域，具體涉及一種用于隧道作業(yè)臺(tái)車的三維定位裝置和方法,三維定位裝置包括：至少沿著三個(gè)坐標(biāo)軸測量自身與隧道壁面之間的距離的激光測距儀，以及根據(jù)激光測距儀的高度、角度和激光測距儀與隧道壁面之間的距離計(jì)算出臺(tái)車的三維坐標(biāo)的控制器。三維定位方法包括下述步驟：激光測距儀分別沿著X、Y、Z方向測量隧道的側(cè)壁、前方壁面或已知標(biāo)志物、拱頂和地面，進(jìn)而確定臺(tái)車的X、Y、Z坐標(biāo)。本發(fā)明的實(shí)施例利用激光測距儀獲得至少沿三個(gè)坐標(biāo)軸測量的距離，測量精度高，并且能夠直接獲取臺(tái)車在隧道內(nèi)的三維位置信息，提高了提高施工效率，減少了人員在隧道內(nèi)的活動(dòng)，降低了因測量工作帶來的安全隱患。

技術(shù)研發(fā)人員：梁超,申志軍,劉波,高飛,何金橋,關(guān)景成,謝峰,宣銳,淮永清,劉鳴,姬科卜,吳飄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中鐵四局集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6