【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及掘进机掘进轨迹控制，具体为一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法。
技术介绍
1、隧道掘进机简称tbm，是一种用于开凿地下隧道的机械设备，tbm利用强大的机械动力和精准的控制系统，将土壤或岩石快速挖掘并运送出去，同时铺设隧道的衬砌结构，确保隧道的稳定性和安全性，隧道掘进机广泛应用于地铁、铁路、道路、管道等基础设施建设中，是现代隧道建设的重要工具，tbm配备了刀盘，刀盘上装有高强度的切削工具，可以有效切割不同硬度的土壤和岩石，掘掘进过程中，tbm在其后部同时安装预制的衬砌环，确保隧道的完整性和稳定性，防止塌方，因此对隧道掘进机进行轨迹控制是确保隧道建设质量、安全和效率的关键，精准的轨迹控制可以有效降低施工时间，减少因偏差而产生的重新挖掘、修正等额外施工成本，从而提升整体施工效率。
2、目前在进行掘进机掘进轨迹控制时，轨迹调整大多情况依赖于操作人员的经验和判断，操作人员根据实时观察和传统方法手动调整掘进机的轨迹，这种方法增加了操作复杂性和人为错误的风险。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，具备通过进行目标设定与规划，确定隧道的设计轨迹、深度及掘进速度，收集地质勘探数据，明确地下土壤类型和构造，通过传感器和监测设备实时收集掘进状态数据，包括地层压力、土壤湿度、温度、振动以及掘进机姿态数据，中央计算系统对采集的数据进行实时处理，计算当前掘进位置和设计轨迹之间的偏差gjpc与轨迹曲率gjql，识别潜在的偏离轨迹与遇到的障碍
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，包括以下步骤：
3、s1、进行目标设定与规划，确定隧道的设计轨迹、深度及掘进速度，收集地质勘探数据，明确地下土壤类型和构造；
4、s2、通过传感器和监测设备实时收集掘进状态数据，包括地层压力、土壤湿度、温度、振动以及掘进机姿态数据；
5、s3、中央计算系统对采集的数据进行实时处理，计算当前掘进位置和设计轨迹之间的偏差gjpc与轨迹曲率gjql，识别潜在的偏离轨迹与遇到的障碍；
6、s4、进行轨迹调整与控制，计算掘进机扭矩wjnj、掘进机当前的功率jjgl、掘进机推力wjtl，根据上述数值优化掘进机推进速度，并计算预计掘进效率sjxl，优化掘进过程中的能量消耗，基于偏差和曲率的计算结果，生成隧道掘进机掘进轨迹调整指令sdtl传输至掘进机控制单元；
7、s5、掘进机控制单元在收到隧道掘进机掘进轨迹调整指令sdtl时，自动对隧道掘进机掘进轨迹进行控制调整。
8、优选的，所述s2通过高精度的压力传感器、土壤湿度传感器、温度传感器以及振动传感器采集数据，并通过nb-iot无线通信技术将数据传输至中心数据库，实现远程监测。
9、优选的，所述s3计算当前掘进位置和设计轨迹之间的偏差gjpc的公式如下所示：
10、
11、公式中，gjpc表示当前掘进位置和设计轨迹之间的偏差，xcu、ycu以及zcu表示当前掘进机在三维坐标系中的实际位置，xde、yde以及zde表示设计轨迹在三维坐标系中的期望位置。
12、优选的，所述s3计算轨迹曲率gjql的公式如下所示：
13、
14、公式中，gjql表示轨迹曲率，x′y″表示切线在x方向的变化与y方向加速度之间的关系，y′x‘’表示切线在y方向的变化与x方向加速度之间的关系，x′2+y′2表示曲线在某一点的切线速度的平方，反映了单位参数变化下，曲线在该点的整体速度，取平方根后再求三次方，得到的是切线速度的模的三次方，在调整曲率的量级上提供了支撑。
15、优选的，所述s4计算掘进机扭矩wjnj的公式如下所示：
16、wjnj＝yxqx*czjl
17、公式中，wjnj表示掘进机扭矩，yxqx表示施加在刀头上的有效切削力，czjl表示刀头与转轴之间的垂直距离。
18、优选的，所述s4计算掘进机当前的功率jjgl的公式如下所示：
19、jjgl＝wjnj*jsdz
20、公式中，jjgl表示掘进机当前的功率，wjnj表示掘进机扭矩，jsdz表示角速度，即物体绕其轴转动的速率。
21、优选的，所述s4计算掘进机推力wjtl的公式如下所示：
22、wjtl＝ct*qxmj*psoil
23、公式中，wjtl表示掘进机推力，ct表示切削系数，qxmj表示切削面积，psoil表示土壤压力。
24、优选的，所述s4优化掘进机推进速度的公式如下所示：
25、
26、公式中，voptimal表示掘进机最佳推进速度，djnl表示电机输出的总能量，wjtl表示掘进机推力。
27、优选的，所述s4计算预计掘进效率sjxl的公式如下所示：
28、
29、公式中，sjxl表示预计掘进效率，voptimal表示掘进机最佳推进速度，dist表示掘进过程中实际推进的距离，peffort表示完成掘进所消耗的功。
30、优选的，所述s4基于偏差和曲率的计算结果，生成隧道掘进机掘进轨迹调整指令sdtl，公式如下所示：
31、δθ＝ra*gjpc+rb*gjql
32、δv＝rc*gjpc
33、公式中，δθ表示需要调整的方向角度的指令，δv表示调整掘进机移动速度的指令，gjpc表示当前掘进位置和设计轨迹之间的偏差，gjql表示轨迹曲率，ra表示调整角度对偏差的敏感系数，rb表示调整角度对曲率的敏感系数，rc表示调整速度对偏差的敏感系数。
34、与现有技术相比，本专利技术提供了一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，具备以下有益效果：
35、本专利技术通过进行目标设定与规划，确定隧道的设计轨迹、深度及掘进速度，收集地质勘探数据，明确地下土壤类型和构造，通过传感器和监测设备实时收集掘进状态数据，包括地层压力、土壤湿度、温度、振动以及掘进机姿态数据，中央计算系统对采集的数据进行实时处理，计算当前掘进位置和设计轨迹之间的偏差gjpc与轨迹曲率gjql，识别潜在的偏离轨迹与遇到的障碍，进行轨迹调整与控制，计算掘进机扭矩wjnj、掘进机当前的功率jjgl、掘进机推力wjtl，根据上述数值优化掘进机推进速度，并计算预计掘进效率sjxl，优化掘进过程本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述S2通过高精度的压力传感器、土壤湿度传感器、温度传感器以及振动传感器采集数据，并通过NB-IoT无线通信技术将数据传输至中心数据库，实现远程监测。
3.根据权利要求2所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述S3计算当前掘进位置和设计轨迹之间的偏差Gjpc的公式如下所示：
4.根据权利要求3所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述S3计算轨迹曲率Gjql的公式如下所示：
5.根据权利要求4所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述S4计算掘进机扭矩Wjnj的公式如下所示：
6.根据权利要求5所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述S4计算掘进机当前的功率Jjgl的公式如下所示：
7.根据权利要求6所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述S4计算掘进机推力Wjtl的公式如下所示：
8.根据权利要求7所
9.根据权利要求8所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述S4计算预计掘进效率Sjxl的公式如下所示：
10.根据权利要求9所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述S4基于偏差和曲率的计算结果，生成隧道掘进机掘进轨迹调整指令Sdtl，公式如下所示：
...【技术特征摘要】
1.一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述s2通过高精度的压力传感器、土壤湿度传感器、温度传感器以及振动传感器采集数据，并通过nb-iot无线通信技术将数据传输至中心数据库，实现远程监测。
3.根据权利要求2所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述s3计算当前掘进位置和设计轨迹之间的偏差gjpc的公式如下所示：
4.根据权利要求3所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述s3计算轨迹曲率gjql的公式如下所示：
5.根据权利要求4所述的一种隧道掘进机掘进轨迹控制方法，其特征在于：所述s4计算掘进机扭矩wjnj的公式如下所...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永胜，李凤远，任颖莹，韩伟锋，万雪钰，郭卫社，张合沛，陈桥，何蒙蒙，陈瑞祥，石凯丽，江南，
申请(专利权)人：盾构及掘进技术国家重点实验室，
类型：发明
国别省市：
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