一种喷湿台车臂架末端的位姿规划方法技术

本发明专利技术涉及一种喷湿台车臂架末端的位姿规划方法，属于矿山类隧道湿喷台车技术领域。方法包括：获取待喷涂区域参数，包括喷枪末端的位置，喷枪360

【技术实现步骤摘要】
一种喷湿台车臂架末端的位姿规划方法


[0001]本专利技术涉及一种喷湿台车臂架末端的位姿规划方法，属于矿山类隧道湿喷台车


技术介绍

[0002]湿喷台车在进行自动喷涂过程中为减少回弹率，要求喷枪垂直待喷面。为减少喷枪刷动运动控制的复杂度，即只让喷枪360
°
关节转动，要求喷枪喷射方向垂直臂架末端。喷枪垂直待喷面，又垂直臂架末端，则要求臂架末端姿态平行于掌子面姿态，也即末端指向隧道掘进方向。
[0003]当对拱架基部进行喷涂时，湿喷臂需总体下俯，在保持臂架末端姿态和喷枪喷角度的情况下，喷嘴位置由于车身高度、大臂等关节下俯角度到达极限位置而无法下探至拱架基部。由此需要重新规划湿喷臂的姿态，使得在大臂关节运动范围内，喷嘴位置到达指定的近地面位置且喷射角度满足垂直要求。
[0004]为此，需要提出一种臂架超限时臂架末端位姿规划的技术方案。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种喷湿台车臂架末端的位姿规划方法，为臂架超限时臂架末端位姿规划提出一种行之有效的技术方案。
[0006]为实现上述目的，本申请提出了一种喷湿台车臂架末端的位姿规划方法的技术方案，位姿规划方法包括以下步骤：
[0007]1)获取待喷涂区域参数，待喷涂区域参数包括喷枪末端的位置，喷枪360
°
关节的旋转角度，喷枪240
°
关节的旋转角度；
[0008]2)根据臂架末端坐标系平行掌子面坐标系的第一约束条件确定臂架末端的第一姿态；<br/>[0009]3)根据喷枪末端的位置固定不变的第二约束条件，结合喷枪360
°
关节的旋转角度，喷枪240
°
关节的旋转角度计算出臂架末端的第一位置；
[0010]4)根据臂架末端的第一位置判断臂架是否超限；
[0011]5)当臂架超限时，将超限时臂架末端的位置作为临界位置，根据临界位置计算臂架末端的旋转角度；
[0012]6)根据旋转角度计算得到臂架末端的第二姿态；同时根据旋转角度计算得到调整后的喷枪360
°
关节的旋转角度、以及调整后的喷枪240
°
关节的旋转角度；
[0013]7)根据所述第二约束条件，结合调整后的喷枪360
°
关节的旋转角度、以及调整后的喷枪240
°
关节的旋转角度计算出臂架末端的第二位置；
[0014]8)将臂架末端的第二姿态作为超限后臂架末端所规划的姿态，将臂架末端的第二位置作为超限后架末端所规划的位置。
[0015]本专利技术的喷湿台车臂架末端的位姿规划方法的技术方案的有益效果是：本专利技术基
于待喷涂区域参数计算出臂架末端的第一姿态和第一位置，通过第一位置判断臂架是否超限，臂架超限后，通过对臂架末端进行旋转，进而调整臂架末端为第二姿态和第二位置，将第二姿态和第二位置作为臂架超限后的位姿进行规划，使得在大臂关节的运动范围内，喷嘴位置到达指定的近地面位置且喷射角度满足垂直要求，实现了臂架超限后的喷涂规划。
[0016]进一步的，为了准确的判断出臂架是否超限，判断臂架是否超限的步骤包括：确定臂架末端的第一位置与大臂根部位置的高度差，若高度差小于等于设定阈值，则臂架超限；若高度差大于设定阈值，则臂架未超限。
[0017]进一步的，当臂架未超限时，将臂架末端的第一姿态作为未超限臂架末端所规划的姿态，将臂架末端的第一位置作为未超限架末端所规划的位置。
[0018]进一步的，所述步骤5)中根据临界位置计算臂架末端的旋转角度的计算过程为：
[0019][0020]其中，(x
临
，y
临
，z
临
)为台车坐标系{0}下臂架末端临界位置的坐标；θ
x
为沿臂架末端自身坐标系X轴旋转的角度；θ
y
为沿臂架末端自身坐标系Y轴旋转的角度；θ
z
为沿臂架末端自身坐标系Z轴旋转的角度。
[0021]进一步的，所述步骤6)中臂架末端的第二姿态的计算过程为：
[0022][0023][0024][0025][0026]其中，为台车坐标系{0}下臂架末端的第二姿态；台车坐标系{0}下临界位置对应的临界姿态。
[0027]进一步的，调整后的喷枪240
°
关节的旋转角度的计算过程为：
[0028][0029]其中：θ
8aim
为调整后的喷枪240
°
关节的旋转角度；Cx＝cos(θ
x
)，Sx＝sin(θ
x
)，Cy＝
cos(θ
y
)，Sy＝sin(θ
y
)；C7＝cos(θ7)，S7＝sin(θ7)，θ7为调整前的喷枪360
°
关节的旋转角度；C8＝cos(θ8)，S8＝sin(θ8)，θ8为调整前的喷枪240
°
关节的旋转角度。
[0030]进一步的，调整后的喷枪360
°
关节的旋转角度的计算过程为：
[0031][0032]其中，θ
7aim
为调整后的喷枪360
°
关节的旋转角度；为掌子面坐标系{f}下喷枪末端的第一位置的y轴大小；C
8aim
＝cos(θ
8aim
)，S
8aim
＝sin(θ
8aim
)。
[0033]进一步的，所述步骤7)中，臂架末端的第二位置的计算过程为：
[0034][0035]其中，为台车坐标系{0}下臂架末端的第二位置；为喷枪360
°
关节坐标系{7}转换到臂架末端坐标系{6}的转换矩阵；喷枪240
°
关节坐标系{8}转换到喷枪360
°
关节坐标系{7}的转换矩阵；喷枪末端坐标系{9}转换到喷枪240
°
关节坐标系{8}的转换矩阵；台车坐标系{0}下臂架末端的第二姿态。
[0036]进一步的，所述步骤2)中，臂架末端的第一姿态为：
[0037][0038]其中，为隧道坐标系{G}下臂架末端的第一姿态；n
f
为掌子面在隧道坐标系{G}下的X轴，o
f
为掌子面在隧道坐标系{G}下的Y轴，a
f
为掌子面在隧道坐标系{G}下的Z轴。
[0039]进一步的，所述步骤3)中，臂架末端的第一位置为：
[0040][0041]其中，为隧道坐标系{G}下臂架末端的第一位置，为喷枪360
°
关节坐标系{7}转换到臂架末端坐标系{6}的转换矩阵；喷枪240
°
关节坐标系{8}转换到喷枪360
°
关节坐标系{7}的转换矩阵；喷枪末端坐标系{9}转换到喷枪240
°
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种喷湿台车臂架末端的位姿规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取待喷涂区域参数，待喷涂区域参数包括喷枪末端的位置，喷枪360
°
关节的旋转角度，喷枪240
°
关节的旋转角度；2)根据臂架末端坐标系平行掌子面坐标系的第一约束条件确定臂架末端的第一姿态；3)根据喷枪末端的位置固定不变的第二约束条件，结合喷枪360
°
关节的旋转角度，喷枪240
°
关节的旋转角度计算出臂架末端的第一位置；4)根据臂架末端的第一位置判断臂架是否超限；5)当臂架超限时，将超限时臂架末端的位置作为临界位置，根据临界位置计算臂架末端的旋转角度；6)根据旋转角度计算得到臂架末端的第二姿态；同时根据旋转角度计算得到调整后的喷枪360
°
关节的旋转角度、以及调整后的喷枪240
°
关节的旋转角度；7)根据所述第二约束条件，结合调整后的喷枪360
°
关节的旋转角度、以及调整后的喷枪240
°
关节的旋转角度计算出臂架末端的第二位置；8)将臂架末端的第二姿态作为超限后臂架末端所规划的姿态，将臂架末端的第二位置作为超限后架末端所规划的位置。2.根据权利要求1所述的喷湿台车臂架末端的位姿规划方法，其特征在于，判断臂架是否超限的步骤包括：确定臂架末端的第一位置与大臂根部位置的高度差，若高度差小于等于设定阈值，则臂架超限；若高度差大于设定阈值，则臂架未超限。3.根据权利要求1所述的喷湿台车臂架末端的位姿规划方法，其特征在于，当臂架未超限时，将臂架末端的第一姿态作为未超限臂架末端所规划的姿态，将臂架末端的第一位置作为未超限架末端所规划的位置。4.根据权利要求1所述的喷湿台车臂架末端的位姿规划方法，其特征在于，所述步骤5)中根据临界位置计算臂架末端的旋转角度的计算过程为：其中，(x
临
，y
临
，z
临
)为台车坐标系{0}下臂架末端临界位置的坐标；θ
x
为沿臂架末端自身坐标系X轴旋转的角度；θ
y
为沿臂架末端自身坐标系Y轴旋转的角度；θ
z
为沿臂架末端自身坐标系Z轴旋转的角度。5.根据权利要求4所述的喷湿台车臂架末端的位姿规划方法，其特征在于，所述步骤6)中臂架末端的第二姿态的计算过程为：中臂架末端的第二姿态的计算过程为：
其中，为台车坐标系{0}下臂架末端的第二姿态；台车坐标系{0}下临界位置对应的临界姿态。6.根据权利要求4所述的喷湿台车臂架末端的位姿规划方法，其特征在于，调整后的喷枪240
°
关节的旋转角度的计算过程为：其中：θ

【专利技术属性】
技术研发人员：李光朋，盖琛，黄艳，宋丹，刘春阳，李永章，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：