自行走式地下掘进机器人姿态测量装置及其测量方法

摘要

自行走式地下掘进机器人姿态测量装置及其测量方法属于机器人地下掘进过程中导航定位领域。该系统包括两个以一定角速度旋转的发射器和多个接收器。通过电子罗盘模块和整平基座建立与掘进机器人路线对应的世界坐标系。发射器发射三束激光，包括一束选通光和两束扇形光。接收器接收到光束后，利用光束之间的几何关系、发射器的旋转速度，坐标位置和光束被接收的时间差来计算接收器相对于两发射器所在水平面的水平角和俯仰角，通过前方交会原理确定接受器即目标点空间坐标。本发明具有操作简单，成本低，维护方便，定位精度高的优点。同时使用范围不局限于地下位姿测量，也可用于地上或者某个运动点空间坐标的定位、轨迹的测量。

主权项

一种自行走式地下掘进机器人姿态测量装置，其特征在于：包括两组发射装置、至少三组接收装置和上位机；两组发射装置的组成电路相同，含有电子罗盘电路、电源电路、键盘输入设备、整平基座、控制器、无线电通讯电路、激光发射调制电路、旋转平台驱动电路；多组接收装置的组成电路相同，含有激光接收电路、无线通讯电路、坐标解算器；其中发射装置中的控制器的相应端口分别与电子罗盘电路、电源电路、键盘输入设备、整平基座、无线电通讯电路、激光发射调制电路、旋转平台驱动电路互连；接收装置中的坐标解算器相应端口分别与激光接收电路、无线通讯电路互连；电子罗盘电路，用于建立与机器人掘进设计路线相符合的世界坐标系的x轴，y轴，与控制器相应端口相连，传递信息给控制器用于计算接收装置即目标点相对于发射装置的水平偏角；整平基座，整平激光发射装置，使其轴线垂直于水平面，建立与机器人掘进设计路线相符合的世界坐标系的z轴；激光发射调制电路用于发射一束选通光和两束扇形光；控制器相应端口与旋转平台驱动电路互连，控制旋转平台旋转；控制器对开始测量前键盘输入设备输入的位置信息和角速度信息进行编码，以TTL高低电平形式输入给与其相应端口相连的激光发射调制电路，从而发射装置才能发射出带有位置和角速度特征信息的激光被接收装置接收识别；坐标解算器获得两组发射装置发射的共四束扇形光的被接收时刻信息，并由此计算出接收装置相对于发射装置所在平面的俯仰角。