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专利号: 2021115848047
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于全站仪测量的挖掘机关键点的角度及距离的标定方法,其特征在于,包括:S1.建立三维空间标定坐标系,通过全站仪测量出全站仪与挖掘机设置的挖掘机关键点之间的连线的距离、连线与水平面之间的夹角以及各连线之间水平投影的夹角,以此建立空间三维坐标系,得到挖掘机各个挖掘机关键点的空间三维坐标;

S2.根据空间中点投影于面几何计算原理,将挖掘机关键点向过挖掘机斗杆的全站仪架设一侧的竖直基准面投影,通过几何方法解决挖掘机关键点计算问题;

S3.归结挖掘机关键点三维坐标点于同一个竖直基准面,将挖掘机关键点投影于竖直基准面后,得到在该竖直基准面内的三维坐标;

S4.标定点数据处理,将测量数据从全站仪导入到计算机上,在计算机上运行挖掘机关键点标定算法程序,计算挖掘机关键点之间的角度和距离,最终完成标定;

步骤S1包括以下子步骤:

S1.1.对所需的挖掘机关键点使用字母进行标注;

S1.2.挖掘机停在一个平面上,在挖掘机一侧架设全站仪;

S1.3.通过全站仪对挖掘机上各个挖掘机关键点的测量,得到相关角度及距离信息,将其记录;

S1.4.对测量信息初步处理,对数据进行改写;进行步骤S1.2的时候需要满足:挖掘机停靠时需要熄火,保持平稳;架设全站仪要稳固,户外作业的时候全站仪不可出现移动;全站仪架设方向固定,在挖掘机的动臂与上车部分连接销轴能露出一侧;全站仪架设位置与挖掘机保持10‑20m的距离;所述步骤S1.3包括:S1.3.1.测量挖掘机关键点连线的长度、连线与水平面的夹角和各连线之间的夹角,以全站仪到挖掘机的动臂与上车部分连接销轴中心的连线PA为夹角计算基准线,距离单位为m,角度采用度分秒形式;

S1.3.2.将S1.3.1完成的角度信息进行改写,将大于180°的角度改为小于180°的角度,公式为:β=360°0′0″‑α,β:改正后角度,α:全站仪测量后大于180°角度;

所述步骤S4包括:

S4.1.读取全站仪测量数据,取得所有挖掘机关键点与全站仪连线的距离PTlenth、与水平面的夹角、与夹角计算基准线PA的夹角,T代表所述挖掘机关键点;将测量数据中的角度值由度分秒的形式换算为弧度制,公式为:设度分秒形式为:A°B′C″,β:改正后的弧度制角度,A:测量数据中度的数值,B:测量数据中分的数值,C:测量数据中秒的数值;

上述过程获得所有挖掘机关键点相关角度值的弧度制角度,并存放在:表示挖掘机关键点与全站仪连线与水平面的弧度制夹角TPitch和各挖掘机关键点连线与夹角计算基准线PA的弧度制夹角ATHorizontal中;所述步骤S4包括:S4.2.建立空间直角坐标系,以全站仪为坐标原点,挖掘机动臂与上车部分的连接销轴中心与全站仪的连线PA在过全站仪水平面水平投影作为x轴,以全站仪到销轴中心为正方向;过全站仪点,并垂直于x轴在全站仪水平面建立y轴,以向右侧为正方向;过全站仪点,垂直于全站仪水平面为z轴,竖直向上为正方向;

将所有挖掘机关键点与全站仪之间的连线投影到全站仪所在水平面,称为连线临时值,记作PTt;PTt=PTlenth*cos(TPitch),PA连线的投影PAt在x轴上,其y坐标为0,其x和z坐标与其他挖掘机关键点求取方法一致;

各个挖掘机关键点坐标求取公式为:Tx=PTt*cos(ATHorizontal),Ty=PTt*sin(ATHorizontal),Tz=PTlenth*sin(Tpitch),将各挖掘机关键点所求得的坐标保存与三维数组中,保存顺序为(Tx,Ty,Tz);

所述步骤S4包括:

S4.3.求得过挖掘机斗杆上C1、C2基准点的竖直基准面,通过交面式求得过C1、C2的两个面,向量C1C2为:由第一部分和第二部分构成交面式求直线方程的第一个面:

由第二部分和第三部分构成交面式求直线方程的第二个面:

求C1、C2确定的竖直平面,设:

上述为过直线C1C2的平面束方程,取该面的方向向量,与水平面的法向量垂直,可得:该面的方向向量, 水平面的法向量,由: 可得: 由于C1C2不与水平面平行,则μ=0,竖直平面为:

一个面方程的变量系数不能全为0,则λ不为0;竖直平面为:记为:Ax+By+Cz+D=0;所述步骤S4包括:

S4.4.将除C1、C2点外的挖掘机关键点对竖直基准面进行投影,点T(Tx Ty Tz)与其投影i点 的连线构成的向量与竖直平面的法向量 平行,直线TT 的参数方程为:将上式代入竖直平面方程可得: 再将t代入直线的参

数方程得到投影点的坐标为:

由此得投影点坐标为 至此将挖掘机所有挖掘机关键点的坐标都投影到挖掘机斗杆上基准点C1、C2所确定的竖直基准面上,并得到投影后的三维坐标;所述步骤S4包括:S4.5.得到挖掘机关键点的投影之后,将所需的距离和角度参数对应的挖掘机关键点构成在竖直基准面内的空间向量,通过空间向量的求模公式和求向量角度的公式得到角度和距离参数。