陈双叶，牛经龙，杨汝军

(北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京100124)

自行走式地下掘进机器人主要应用于城市隧(管)道的挖掘，采用自增阻四段式结构［1］，，具有急曲线施工能力及不依赖管壁提供掘进推进反力的技术特点，是一种创新发展的新机型。在其掘进过程中受到各种力的作用和一些不定性因素影响，这会与设计轴线出现偏差。为了将掘进路线与隧道设计曲线的误差控制在一定的范围内，需要及时的获得机器人的位置和姿态，此时就必须通过导向系统测量机器人在绝对空间中的坐标，具体来说就是获得机器人各段首尾的中心坐标，计算掘进机器人轴线与隧道设计轴线的位置偏差(水平方向和垂直方向)和角度偏差(水平偏航角和俯仰角)［2－4］，随后反馈给位姿控制系统做出控制来减小偏差。

对于掘进中的机器人，要实时的获取空间位置和姿态难度较大。主要原因有机器人的动态性、测量标志设置困难、测量环境恶劣等。目前测量方法主要分为人工测量和自动测量两类。人工测量工作量大、人力投入多、测量频率低无法实时获取机器人姿态。但由于其实现方式有多种、成本较低和操作简单，国内施工中仍被采用。自动导向测量系统主要有德国的VMT，日本Enzan公司的ROBOTEC和日本的GYRO系统［5］，等。前两者为全站仪激光导航，后者为陀螺仪惯性导航。德国VMT激光导向系统功能齐全、精度高，但只能与德国海瑞克公司的盾构配套使用而无法移植，并且操作复杂，无法大规模采用。……