(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110679446.1 (22)申请日 2021.06.18 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113343356 A (43)申请公布日 2021.09.0 3 (73)专利权人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 专利权人 中国铁建重 工集团股份有限公司 (72)发明人 林琳　吕彦诚　刘飞香　郭昊　 郭丰　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 代理人 张利明(51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 112861361 A,2021.0 5.28 CN 103955754 A,2014.07.3 0 CN 112598755 A,2021.04.02 CN 10987090 6 A,2019.0 6.11 CN 109732590 A,2019.0 5.10 审查员 郁然 (54)发明名称 凿岩台车伸缩臂极限工况计算方法 (57)摘要 一种凿岩台车伸缩臂极限工况计算方法， 属 于机械臂工况计算领域。 本发明为解决 目前根据 经验确定凿岩台车伸缩臂的极限工况， 会导致伸 缩臂的优化设计结果无法满足实际工程需要的 问题。 包括： 获取凿岩台车伸缩臂臂架结构中各 部件的重力、 重心位置、 所受岩石反冲力载荷及 臂架结构各自由度变化范围； 确定伸缩臂顶端 载 荷计算模型； 获取新型生物地理学优化算法的寻 优范围， 并将伸缩臂顶端 载荷计算模 型的计算结 果作为栖息地适宜度指数HSI； 初始化NH个栖息 地， 利用优化算法寻优， 得到伸缩臂顶端载荷最 大的栖息地， 其对应的自由度取值组合为伸缩臂 极限工况； 所述新型生物地理学优化算法包括改 进迁移率模型。 本发明可得到极限工况的最优 解。 权利要求书5页 说明书17页 附图9页 CN 113343356 B 2022.01.18 CN 113343356 B 1.一种凿岩台车伸缩臂极限工况计算方法， 其特 征在于包括， 步骤一： 获取凿岩台车伸缩臂臂架结构中各部件的重力、 重心位置、 所受岩石反冲力载 荷及臂架结构各自由度变化范围； 步骤二： 根据位姿变换矩阵及空间力系的平移与简化定理将所述各部件的重力及所受 岩石反冲力载荷简化到伸缩臂 顶端得到伸缩臂 顶端载荷计算模型； 步骤三： 将臂架结构各自由度作为新型生物地理学优化算法的生存适宜度指数变量 SIV， 并根据各自由度变化范围对 各自由度取值进 行离散化处理， 处理结果作为新型生物 地 理学优化算法的寻优范围； 在所述寻优范围内， 将伸缩臂顶端载荷计算模型 的计算结果作 为栖息地适宜度指数HSI； 步骤四： 设置新型生物地理学优化算法中各参数， 并在所述寻优范围内对臂架结构各 自由度进行随机取值， 初始化新型生物地理学优化算法 的NH个栖息地； 其中NH为设置的栖 息地个数； 步骤五： 将初始化后的NH个栖息地， 利用所述新型生物地理学优化算法寻优， 得到伸缩 臂顶端载荷最大的栖息地， 其对应的自由度取值组合 为伸缩臂极限工况； 所述新型生物地理学优化算法包括改进迁移率模型， 所述改进迁移率模型为指数迁移 率模型， 第k个栖息地Hk的迁入率 λk与迁出率 μk的计算方法为： 式中I0为最大迁入率， Sk为栖息地Hk的物种数， Smax为所有栖息地最大物种数， E为最大 迁出率。 2.根据权利要求1所述的凿岩台车伸缩臂极限工况计算方法， 其特 征在于， 伸缩臂臂架结构中各部件 包括： 伸缩臂支座(1)、 伸缩臂(2)、 旋转臂(3)、 旋转座(4)、 连接座(5)、 回转臂(6)、 回转座 (7)、 推进梁托架(8)、 推进梁(9)和凿岩机(10)。 3.根据权利要求2所述的凿岩台车伸缩臂极限工况计算方法， 其特 征在于， 所述臂架结构各自由度的相关定义按表1所示： 表1权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 113343356 B 24.根据权利要求3所述的凿岩台车伸缩臂极限工况计算方法， 其特 征在于， 所述位姿变换矩阵包括： 其中θ为臂架结构各自由度， 表示部件绕铰接点旋转角度， R(X, θ )表示臂架结构中每个 部件绕部件坐标系X轴旋转角度 θ后在固定坐标系的位姿变换矩阵， R(Y, θ )表 示臂架结构中 每个部件绕部件坐标系Y轴旋转角度 θ后在固定坐标系的位姿变换矩阵， R(Z, θ )表 示臂架结 构中每个部件绕部件坐标系Z轴旋转角度 θ后在固定坐标系的位姿变换矩阵； 所述部件绕两个坐标轴 进行两次旋转 时， 总位姿变换矩阵为两个相应坐标轴位姿变换 矩阵相乘的结果； 在凿岩 台车臂架结构 中， 第二次旋转的参考坐标轴为第一次旋转后得到 的部件坐标系中的相应坐标轴； 总位姿变换矩阵中两个相应坐标轴位姿变换矩阵相乘的顺 序与旋转 顺序相同， 即两个相应坐标轴位姿变换矩阵右 乘； 利用得到的位姿变换矩阵计算得到 部件旋转后在固定坐标系的位姿 描述； 其中凿岩机(10)所受岩石反冲力载荷 经过坐标旋转后得到的旋转后岩石反冲力载 荷 为： 5.根据权利要求 4所述的凿岩台车伸缩臂极限工况计算方法， 其特 征在于， 得到伸缩臂 顶端载荷计算模型的过程包括： 利用得到的位姿变换矩阵， 计算旋转后旋转臂(3)、 旋转座(4)、 连接座(5)、 回转臂(6)、权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 113343356 B 3