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

背景技術：

1、傳統(tǒng)的隧道施工的作業(yè)臺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)確定臺車的水平位置，需要在隧道內(nèi)布設控制點，測量臺車相對于這些控制點的位置，然后使用水準儀進行高程測量，確定臺車的豎直位置，最后通過人工方式使用鋼尺或簡單的測距儀器測量臺車與隧道壁面或參考點之間的距離，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。

技術實現(xiàn)思路

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

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明具體提供下述技術方案：

3、一種用于隧道作業(yè)臺車的三維定位裝置，包括：激光測距儀，至少沿著三個坐標軸測量自身與隧道壁面之間的距離，以獲得臺車在隧道內(nèi)的三維位置信息；工作臺板，用于連接臺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，計算出臺車的三維坐標；人機交互系統(tǒng)，通訊連接于所述控制器，用于向用戶展示臺車的三維坐標。

4、進一步的，三個所述坐標軸分別是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、進一步的，還包括：三軸驅動系統(tǒng)，用于驅動所述激光測距儀沿著z軸升降、環(huán)繞u軸旋轉、環(huán)繞r軸旋轉，以調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、進一步的，所述三軸驅動系統(tǒng)包括：z軸直線驅動器，用于沿豎直方向調整所述激光測距儀的高度；u軸旋轉驅動器，用于繞u軸旋轉所述激光測距儀；r軸旋轉驅動器，用于繞r軸旋轉所述激光測距儀。

7、進一步的，所述z軸直線驅動器包括：滾珠絲桿，軸線沿著豎直方向設置，兩端分別通過兩個軸承座可旋轉地連接于臺車；絲桿螺母，同軸地套裝在所述滾珠絲桿上，通過導向軌道可豎直滑動地連接于臺車；第一電機，通過一個所述軸承座的定位端蓋固定連接于臺車，用于驅動所述滾珠絲桿旋轉以驅使所述絲桿螺母豎直移動；支撐板，固定連接所述絲桿螺母和所述工作臺板，使所述工作臺板跟隨所述絲桿螺母同步升降。

8、進一步的，每個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車上安裝的墊板。

9、進一步的，所述u軸旋轉驅動器包括：套筒軸，可旋轉地連接于所述工作臺板，其軸線沿著x、y、z軸的任意一個方向設置；第二電機，固定連接于所述工作臺板，用于驅動所述套筒軸環(huán)繞自身的軸線旋轉；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。

10、進一步的，所述套筒軸分別套接于所述第二電機的輸出軸和所述測距儀支架，并且分別通過兩個鍵輸出扭矩。

11、進一步的，所述r軸驅動器包括：轉軸，可旋轉地連接于所述測距儀支架，并且固定連接于測距儀，軸線水平設置并且垂直于所述套筒軸的軸線；第三電機，固定連接于所述測距儀支架，用于驅動所述轉軸環(huán)繞自身的軸線旋轉，使測距儀跟隨所述轉軸同步旋轉。

12、一種用于隧道作業(yè)臺車的三維定位方法，所述三維定位方法使用權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隧道中的已知標志物，測量所述激光測量儀與已知標志物的直線距離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，然后基于已知標志物的三維坐標(xm,ym,zm)，通過下述公式計算激光測距儀的三維坐標(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)有技術相比較具有如下有益效果：

14、提供一種用于隧道作業(yè)臺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坐標軸測量的距離，測量精度高，并且能夠直接獲取臺車在隧道內(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，降低了因測量工作帶來的安全隱患。

技術特征：

1.一種用于隧道作業(yè)臺車的三維定位裝置，其特征在于，包括：

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

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

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

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

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

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

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

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

10.一種用于隧道作業(yè)臺車的三維定位方法，其特征在于，

技術總結
本發(fā)明涉及三維定位裝置領域，具體涉及一種用于隧道作業(yè)臺車的三維定位裝置和方法,三維定位裝置包括：至少沿著三個坐標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算出臺車的三維坐標的控制器。三維定位方法包括下述步驟：激光測距儀分別沿著X、Y、Z方向測量隧道的側壁、前方壁面或已知標志物、拱頂和地面，進而確定臺車的X、Y、Z坐標。本發(fā)明的實施例利用激光測距儀獲得至少沿三個坐標軸測量的距離，測量精度高，并且能夠直接獲取臺車在隧道內(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，降低了因測量工作帶來的安全隱患。

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