钻岩设备、钻岩方法以及钻岩设备的控制系统

摘要

本发明涉及钻岩设备，钻岩方法以及钻岩设备的控制系统。所述钻岩设备（1）包括钻孔单元（6）以用于按照钻孔图案钻出钻孔（21）。所述钻孔单元的位置被确定且控制单元（16）被布置成基于给定的目标位置，通过控制件（19）控制影响所述钻孔单元的位置的致动器（19）。所述控制件的每个单独的运动方向被布置成相对于仅一个坐标或方向角来影响目标位置。另外，所述控制件的运动方向被布置成相对于所述钻孔单元的运动方向是直观的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻岩设备，该钻岩设备包括设有一个或更多个钻 臂的可移动载架。钻臂设有钻孔单元，钻孔单元包括钻岩机以用于在 岩石中钻孔。钻岩设备可用于按照期望的图案钻出钻孔。

此外，本发明涉及用于钻岩的方法和控制系统，其中钻岩设备用 于按照期望的图案钻出钻孔。

从独立权利要求的前序部分本发明的领域会更详细地显现出来。

可以以炮眼组的方式进行钻岩。于是，首先在岩石中钻出钻孔， 然后钻孔被装填炸药并爆破。可通过在岩石中进行挖掘而形成各种隧 道、地下储藏室、货柜、停车空间或其它相应的岩洞。但是，在岩石 中挖掘这种岩洞的岩石并非天然地总是足够坚固、均匀且稳定。而且， 爆破炮眼可能破碎或以其他方式弱化限定出岩洞的岩石，从而在挖掘 之后，岩石的牢固性不足。因此，通常必须加强岩洞的岩顶和岩壁， 有时候甚至是地面。通过在岩石上钻多个加强钻孔来完成加强，岩石 锚杆、缆绳等加强构件或加强材料配合在多个加强钻孔中。加强孔通 常被钻成扇形图案，使得其相对于隧道线交叉定向。在扇形钻孔中， 钻孔单元与隧道线交叉地定位。不仅对于加强孔，而且当在利用所谓 的生产钻孔设备在生产巷道的坑壁和坑顶中钻出挖掘孔时，都以扇形 方式进行钻孔。在钻出钻孔扇形中，已经观察到的一个问题是钻孔单 元的定位移动通常致使需要同时改变其它定位方向。因此，已经观察 到，对于操作者来说，移动钻臂和定位钻孔单元是困难的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖且改善的钻岩设备，以及钻岩方法 和控制系统，其中按照钻孔图案钻出钻孔。

根据本发明的钻岩设备的特征在于：控制单元包括至少一个钻孔 模式，其中控制构件的每个单独的运动方向被布置成提供钻孔单元相 对于在钻孔图案中所确定的仅一个坐标或方向角的物理定位移动，而 其余坐标和方向保持不变；以及在钻孔模式中，控制件的影响方向被 选择成与钻孔单元的直观的运动方向相对应，由此在一个运动方向上 移动控制件提供钻孔单元的在与控制件的移动相对应的的方向上的真 实移动。

根据本发明的方法的特征在于：将手动控制件的每个单独的运动 方向相关连，以影响钻孔单元相对于仅一个坐标或方向角的位置；在 移动目标位置和控制件时使用直观的关连，由此钻孔单元和控制件的 真实运动方向彼此相对应。

根据本发明的控制系统的特征在于：控制系统包括至少一个钻孔 模式，其中，控制件的每个单独的运动方向受约束以相对于一个坐标 或方向角控制钻孔单元；以及在钻孔模式中，控制件的运动方向被选 择成与钻孔单元的直观的运动方向对应。

一个构思是钻岩设备的控制系统包括一个或更多个钻孔模式以用 于由操作者手动地控制将钻孔单元定位在所要钻出的钻孔的起始点 处。钻孔单元响应于控制件的移动而移动。移动手动控制件被布置成 通过控制系统影响钻孔单元的位置和方向，由此控制件不直接控制任 何单独的致动器或接头。控制系统确定钻臂的接头的目标位置并相应 地控制影响钻孔单元的定位的致动器。当连接钻孔模式时，在一个方 向上移动手动控制件致使钻孔单元相对于一个坐标或方向角的定位移 动。其余的坐标和方向保持不变。另外，在每个钻孔模式中，控制件 的运动方向被选择成与钻孔单元的直观的运动方向对应。

一个优点是：当使用钻孔模式来手动定位时，可比先前更有效地 使用钻岩设备。操作者通过控制件将新的目标位置指示给钻孔单元， 而控制系统致力于所要求的动作，利用这些动作在实践中实现由操作 者表现的目标。操作者不需要考虑接头或钻臂的运动学来实现钻孔单 元所需的移动，而是他/她可以仅专注于将钻孔单元的目标位置给予控 制系统，控制系统根据该钻孔单元的目标位置自动地进行所需要的移 动。操作者可定位钻孔单元，例如一次一个坐标方向和方向角。当钻 孔单元的目标移动时，此时不被控制件影响的坐标和方向保持不变。 例如，在扇形钻孔模式中，操作者可将钻孔单元定位在钻孔扇形平面 上而不会错误地将钻孔单元定位在扇形平面之外。这降低了操作者的 精神负荷并加速控制。由于在每个钻孔模式中，控制件的运动方向被 选择成与钻孔单元的直观的运动方向对应，因此进一步本质上便利于 控制并加速控制。因此，如果操作者在选定的运动方向上移动控制件， 他/她始终容易理解钻孔单元正在哪个方向上移动。由于直观控制，操 作者可需要较少的钻岩设备的控制系统经验。

实施例的构思在于，将相同的钻岩设备用于在隧道面中钻出挖掘 钻孔和用于钻出加强扇形。

实施例的构思在于，在控制模式中，移动钻孔单元被布置成在由 模式确定的钻孔方向上是真实（natural）的。例如，在扇形钻孔模式中， 移动钻孔单元被布置成向上和向旁边引导钻孔是逼真的。在模式中， 手动控制件的影响方向被选择成与钻孔单元的逻辑运动方向相对应， 由此在一个运动方向上移动控制件提供了钻孔单元在控制件的运动方 向上的真实移动。由此，对于控制单元实现了直观行为，这显著地有 利于操作者的工作。

实施例的构思在于，手动控制件是操纵杆，该操纵杆具有向前、 向后以及向两侧，即向右和向左的控制移动。另外，在上述控制移动 过程中，当用辅助开关选择替代功能时，控制命令的数目可翻倍或倍 增。通常有两种这样的操纵杆以用于控制钻臂及在该钻臂上的钻孔单 元。例如，在每种具体情形中，操作者可通过操纵杆来在显示装置中 选择要控制的钻臂和钻孔单元。

实施例的构思在于，旨在钻出面和加强孔的钻岩设备包括两个或 更多个钻臂，每个钻臂设有钻孔单元。钻岩设备可用于在岩洞的洞面 中通过一个或更多个钻孔单元来钻出挖掘钻孔，而同时，用于通过一 个或更多个钻孔单元来钻出扇形加强孔。由此，可在钻岩设备的一个 位置中同时进行两个工作阶段，这节省了时间，因为不需要分开地定 位和导航钻岩设备以钻出加强孔。

实施例的构思在于，钻岩设备是生产钻孔设备，可通过该生产钻 岩设备来在隧道等岩洞的坑顶和坑壁上将挖掘孔钻成扇形图案。可在 钻孔图案中确定所要钻出的孔的数目、位置、尺寸、深度和方向以及 钻孔所需的其它信息。

实施例的构思在于，钻岩设备是扇形钻孔设备，其中，可在钻孔 扇形平面上转动钻孔单元，使得可在转动角的方向上引导在钻孔扇形 中所要钻出的孔。可相对于所谓的枢转点进行钻孔单元的转动，可通 过操作者在钻孔扇形平面上确定枢转点的位置。

实施例的构思在于，在扇形钻孔设备中，枢转点被确定在钻头的 前端处，由此，接下来所要钻出的孔的转动角可相对于枢转点变化。

实施例的构思在于，在扇形钻孔中，钻孔扇形的所有或若干钻孔 可被引导成使得它们的中心轴线的假想延长线穿过一个枢转点。这里， 用钻岩设备钻出钻孔，其中，围绕钻孔扇形平面上的枢转点转动钻孔 单元。可通过控制件来移动在扇形平面上的枢转点的位置。操作者给 予枢转点新的目标位置，之后，控制单元确定钻臂接头的新的目标位 置并控制影响钻臂的致动器，使得枢转点移动到由操作者指示的目标 位置。在一个坐标方向上移动控制件被约束成相对于仅一个坐标在扇 形平面上移动枢转点。当控制件在方向x上移动时，枢转点相应地在 方向x上移动，且当控制件在方向z上移动时，枢转点也在方向z上移 动。控制件的运动方向可布置成使得该控制件具有相对于枢转点的真 实运动方向的直观的操作。

实施例的构思在于，钻岩设备的控制单元的用户界面包括至少一 个显示装置，其中可示出显示图像以便于手动定位。显示图像是对准 工具，其中，向操作者示出钻孔单元的位置和在钻孔图案中确定的钻 孔的位置。手动控制件的运动方向被限制于显示图像中示出的方向。 由此，手动控制件的一个运动方向被布置成控制钻孔单元的在显示图 像中所示出的一个方向上的目标位置。

实施例的构思在于，显示装置呈现显示图像，显示图像包括具有 彼此不同的投影的至少两个局部视图；换言之，局部视图中的观察的 方向是不同的。各局部视图可呈现已确定的位置和钻孔单元相对于xz 方向的扇形平面的方向，所要钻出的孔的起始点定位在xz方向的扇形 平面上。在显示图像中，局部视图同时起作用。由此，显示装置在单 个显示图像中同时呈现关于钻孔单元的定位的所有基本信息。第一局 部视图可以是扇形平面在隧道线的方向上的xz投影；换言之，从方向 y观察扇形平面。第二局部视图可以是在相同扇形平面的xy平面方向 上的投影，其中，从上方、即从z轴线方向观察扇形平面。由此，第一 局部视图呈现钻孔单元在扇形平面的方向上的位置，而第二局部视图 呈现钻孔单元在深度方向上的位置。操作者可因此在单个显示图像中 同时看到影响钻孔单元的定位的所有坐标方向。另外，第一局部视图 和第二局部视图可在显示图像中同时被呈现且在显示装置的垂直方向 上一个处在另一个上。另外，在垂直方向上一个在另一个上被定位的 局部视图中，沿侧向看时，可在相同位置中呈现表示钻孔单元的符号。 显示图像特别具有说明性并给予操作者清楚的状态图像。本申请不仅 可用于扇形钻孔还可用于例如表面钻孔，诸如梯段钻孔（bench  drilling）。

实施例的构思在于，首先，在扇形钻孔中，确定钻孔扇形平面的 位置且将钻孔单元定位在钻孔扇形平面上。接着，将钻孔单元保持在 扇形平面上，接下来进行定位或对准的阶段，而不改变钻孔单元在y 坐标方向上的位置。这里，通过控制件在钻孔扇形平面的方向上移动 目标位置而不影响钻孔扇形平面。将钻孔单元定位在扇形平面上可认 为是定位的第一阶段，即，粗定位，而在扇形平面上移动钻孔单元可 认为是第二定位阶段，即，精细定位。

一个实施例的构思在于，首先，在扇形钻孔中，确定钻孔扇形平 面的位置且将钻孔单元定位在钻孔扇形平面上。随后，控制单元被给 予控制命令以锁定钻孔单元的移动，从而钻孔单元在接下来要进行的 定位移动中保持其在扇形平面上的位置。由此，避免了操作者错误地 在y坐标方向上远离扇形平面移动钻孔单元的情形。

实施例的构思在于，在控制单元中考虑扇形钻孔设备的载架相对 于钻孔扇形平面的定位误差。由此，不需要垂直于钻孔扇形平面定位 钻岩设备，而是钻岩设备可保持在相对于扇形平面的倾斜位置。可通 过导航来确定载架的位置误差，由此控制单元考虑位置误差并在钻孔 图案中已确定的方向上引导钻孔单元。

实施例的构思在于，钻岩设备是表面钻孔设备。例如当进行梯段 钻孔时，用表面钻孔设备钻出所需的钻孔图案。钻孔图案包括多个钻 孔，该多个钻孔通常被向下引导或以期望的角度被倾斜向下引导。对 于定义了例如钻孔的数目、起始点的位置、钻孔深度以及方向的这样 的钻孔图案，提前画出钻孔图案。钻孔图案可被输入到钻岩设备的控 制单元且可以以本申请中描述的方式显示给操作者。操作者本身也可 确定钻孔图案或各孔的位置和方向以及孔的其它信息并在钻孔中使用 控制单元的显示装置作为导向和定位的辅助装置，如本申请上面所描 述的。另外，表面钻孔设备设有本申请中描述的钻孔模式类型，其中， 钻孔单元可通过操作者手动控制而被定位在所要钻出的钻孔的起始点 处。钻孔单元响应于控制件的移动而移动。移动手动控制件被布置成 通过控制系统影响钻孔单元的位置和方向，由此控制件不直接控制单 独的致动器或接头。控制系统确定钻臂接头的目标位置并相应地控制 影响钻孔单元的定位的致动器。当打开钻孔模式时，在一个方向上移 动手动控制件致使钻孔单元相对于一个坐标或方向角的定位移动。其 余的坐标和方向保持不变。这就是所谓的坐标控制。此外，在表面钻 孔模式中，控制件的运动方向被选择成与钻孔单元的直观的运动方向 相对应。

一个实施例的构思在于，钻岩设备是表面钻孔设备，该表面钻孔 设备的控制系统包括两个控制件，诸如操纵杆。第一操纵杆用于在x-y 平面上控制钻头在直角坐标系中的位置。该位置可例如一次一个坐标 地变化。通过例如按钮可改变钻头的高度位置，即z坐标。第二操纵杆 用于控制基本上垂直引导的进给梁的前后倾斜，以及在钻岩设备的侧 向上的倾斜。当进给梁倾斜时，钻头的位置保持不变。由于表面钻孔 模式，在一个方向上移动第一控制件致使钻头相对于一个坐标的定位 移动，而其余的坐标保持不变。在一个运动方向上移动第二控制件致 使在表面钻孔模式中进给梁的一个方向角的变化而不影响钻头的位置 或另一方向角。另外，由控制件引起的真实控制移动的变化率可设置 成与控制件的偏移程度成正比。

实施例的构思在于，钻岩设备是表面钻孔设备，该表面钻孔设备 的控制系统在控制中利用单独的钻岩设备的设备特有坐标系，而不是 矿井的坐标系或投影坐标系。通过一个或更多个传感器或测量装置来 确定钻岩设备的载架的倾斜。同样，通过传感器或测量装置来确定钻 臂的所有接头角度。因此，控制系统可连续地计算钻头前端的精确位 置和进给梁的倾斜。控制单元考虑操作者的手动控制命令并控制所需 要的致动器，从而自动地实现操作者表现的钻头的目标位置和方向。 由此，操作者在定位中不控制单独的致动器，而是控制单元自动地执 行坐标控制。

附图说明

在附图中将更详细地解释本发明的一些实施例，其中：

图1示意性示出钻岩设备的侧视图，该钻岩设备的钻岩单元能够 在隧道线方向上钻出钻孔以及在相对于隧道线的交叉方向上钻出钻 孔；

图2示意性示出定位在隧道面的钻孔图案和定位在隧道的已挖掘 部分中的锚杆图案的透视图；

图3示意性示出说明控制系统的功能的流程图；

图4示意性地示出在钻出挖掘钻孔中使用的直角xyz坐标系以及 方向角u和v；

图5示意性地示出在钻出扇形的过程中使用的控制件以及直角 xyz坐标系和方向角θ₁和θ₂；

图6以更简化方式示意性示出直观的控制工作原理；

图7示意性示出加强模式中钻孔单元的定位；

图8示意性示出用于扇形钻孔的钻岩设备的用户界面及其关连；

图9示意性示出显示装置中所呈现的显示图像并具有一个在另一 个上定位的两个局部视图，其中，以两个不同投影示出观察中的钻孔 扇形的平面和钻孔单元；

图10示出生产钻孔设备的扇形钻孔单元；

图11示意性示出从隧道线方向观察的第二生产钻孔设备的扇形钻 孔单元；

图12示意性示出定位在相对于扇形平面的倾斜位置中的钻岩设 备的俯视图；

图13示意性示出表面钻孔设备的正视图和在表面钻孔模式中其 进给梁在侧向上的倾斜；

图14示意性示出表面钻岩设备的侧视图和在表面钻孔模式中其 进给梁在前后方向上的倾斜；

图15a示意性示出钻孔模式中通过首先在x-y平面上并随后在垂 直方向上，即方向z上坐标控制来定位钻头的侧视图。

图15b示意性示出在钻孔模式中通过坐标控制来引导进给梁的侧 视图，由此在引导过程中钻头的位置保持不变。

图16示意性示出梯段钻孔的原理，其是表面钻孔的应用的目标之 一。

为了清晰，附图示出本发明的一些简化的实施例。附图中，相同 的部分用相同的附图标记标示。

具体实施方式

图1示出在隧道2等岩洞的坑面3中被导航的钻岩设备1。钻岩 设备1包括可移动载架4，可移动载架4设有一个或多个钻臂5，每个 钻臂在其最外端处具有钻岩单元6。钻岩单元6包括钻岩机7，钻岩机 7可通过由进给梁9引导的进给装置8而移动。钻孔机7可包括撞击装 置以用于将撞击脉冲施加给附连到钻孔机的工具10。另外，钻孔机7 可包括转动装置以用于使工具10转动。通过移动钻臂5可将钻孔单元 6定位在提前计划的钻孔的起始位置11a处。可预设计钻孔的钻孔图案， 该图案可通过钻孔图案的坐标系来限定所要钻出的钻孔的起始位置、 端点、方向、长度和尺寸。单独的钻孔图案可设计用于钻出炮眼12和 岩石锚杆扇形13。当钻岩设备1被驱动到钻孔位置时，首先进行导航， 其中，钻岩设备的坐标系被关连到工作场地的坐标系。另外，可使得 钻孔图案的坐标系与钻岩设备的坐标系和工作场地的坐标系重合，即， 称为投影坐标系。

在钻孔单元6首先已经定位在起始位置中后且由钻孔图案确定方 向后，可自动地进行每个钻孔的实际钻孔循环。可手动地定位钻孔单 元6。因此，操作者14通过控制件15给予钻孔单元6新的目标位置， 基于此，控制系统确定接头的目标位置和钻臂5所需的移动，以通过 致动器将接头带到新的目标。控制系统可包括一个或更多个控制单元 16，该一个或更多个控制单元16可以是能够基于钻臂的物理结构和当 前位置确定所需的移动的计算机或处理器。钻臂5可以包括通过接头 17a彼此连接的两个或更多个钻臂部分5a、5b。另外，钻臂5通过接头 17b连接到载架并通过接头17c连接到钻孔单元6。虽然为了清晰，图 1仅示出十分简化的钻臂，但钻臂5是能够以万向方式移动的结构。对 于接头17，可具有传感器18等测量装置，且基于从这些测量装置获得 的位置信息，控制单元16可确定钻臂的位置。可通过致动器19移动 钻臂5及其部件，控制单元16可基于由操作者14指示的目标位置和 钻臂5的位置信息来控制致动器19。为了清晰，图1仅示出一个传感 器和一个致动器。

在定位过程中，可基于在工具10的最外端处的钻头20的位置来 观察钻孔单元5的位置，因为其旨在将钻头20带到所要钻出的钻孔的 起始位置11a。该方向可被视为工具10的纵轴的方向。图1中，钻孔 单元5在岩洞的面3中被定位在待钻进的挖掘钻孔21的点处。通过基 本上在隧道线L的方向上在隧道2的坑面3中钻出若干挖掘钻孔21来 挖掘隧道2，该若干挖掘钻孔21在钻进之后被装填炸药。在爆破中， 岩石材料由于炮眼12而从岩石分离。例如由于所谓的探出角，挖掘钻 孔21当然可稍微倾斜地被引导。面钻孔图案中的挖掘钻孔21例如包 括轮廓孔、保护孔（field holes）和掏槽孔。挖掘孔21的唯一目的是确 保所需炮眼长度的形成和岩石以计划的方式并作为具有合适尺寸的碎 块分离。使炮眼爆破可能损坏限定出隧道的岩石，或就本质而言，岩 石的牢固性可能不足以确保安全隧道。由此，可能需要加强隧道2的 坑顶22和坑壁23。可通过根据预定图案钻出若干相邻的加强钻孔24 来加强岩石，岩石锚杆等加强件可装配到该加强钻孔24中。可在加强 件图案中确定加强钻孔24的数量、深度、直径、起始位置和方向，其 代表一种形式的钻孔图案。可以以扇形形式钻出加强钻孔24，由此在 隧道的两个坑壁23和坑顶22上都有钻孔。替代地，可以以扇形方式 仅在坑顶22上钻出加强钻孔24，从而提供在坑顶上的加强梁。加强图 案确定xz方向平面，该xz方向平面通常与隧道线L垂直交叉且加强 钻孔24的起始位置11b位于该xz方向平面上。由此，加强孔24的方 向与隧道线L相交叉。但是，以如下方式构造钻臂5：使得向上指向、 向旁边指向或有时甚至向下指向的钻孔单元6可定位在加强孔24的起 始位置11b中。

当钻出挖掘钻孔21时，操作者14将控制单元16关连到面钻孔模 式，当使用相同的钻孔单元6来钻出加强钻孔24时，操作者14选择 加强模式。通过模式，能够对控制单元16如何响应于操作者14的手 动控制移动从而执行钻孔单元5的真实定位移动产生影响。控制件15 可以是操纵杆，在加强模式中，在给定方向上转动该操纵杆，钻孔单 元6可实现与在面钻孔模式中不同的移动。

控制系统还可包括显示装置25，该显示装置25可示出钻孔图案 和钻孔单元6相对于所要钻出的孔的位置。操作者14可基于从显示装 置25获得的信息来进行手动控制移动，如下面参考图8和9所解释的 那样。

图2的目的是进一步说明在隧道2中要进行的钻孔。可基本上在 隧道线L的方向上在隧道面3中钻出挖掘钻孔21以挖掘炮眼12。图中 还示出由加强钻孔24形成的、与隧道线L交叉定位的钻孔扇形26。多 个这样的扇形26可钻出，使得从隧道线L的方向观察，它们彼此以预 定距离定位。可在分开的阶段进行钻出坑面3和钻孔扇形26，其中， 对于每个阶段，分开地定位和导航钻岩设备1。替代地，可用钻岩设备 以使用相同的定位和导航的方式进行坑面3的钻出和钻孔扇形26的钻 出。有时，岩石的牢固性非常差，以至于需要在钻出新炮眼之前加强 岩石。

图3示出说明在定位钻孔单元时，控制系统的工作原理的流程图。 操作者在显示装置中检测钻孔单元的位置和所要钻出的钻孔的起始位 置，并随后通过偏移例如操纵杆的控制件来进行控制移动。控制单元 接收来自控制件的控制信号并将其转换成钻孔单元位置的变化率。此 后，控制单元在操作者所要求的方向上移动钻孔单元的目标位置并计 算钻臂的接头角度以实现目标位置。此外，控制单元设定致动器的目 标值以相对应于新的目标角度，由此钻孔单元的位置和角度以根据控 制件的值的速率改变。

图4示出在面钻孔中使用的坐标系以及方向角u和v。而且，在 图中指示孔方向27。图5又示出在扇形钻孔模式中使用的坐标系。如 可看到的，面钻孔和扇形钻孔可使用直角坐标系，可以以相同的方式 定义该直角坐标系的轴。但是，方向角的定义彼此不同。图5中，工 具的方向用附图标记28指示。

图5还示出可向前、向后和向两侧移动的操纵杆29。当控制被关 连到加强模式且向前推动、即远离操作者14推动操纵杆29时，钻孔 单元和在其中的工具转动，使得所要钻出的加强孔以角度θ₂朝向隧道 坑面倾斜地被引导。当操纵杆29被朝向操作者14拉动时，以如下方 式引导工具，即：使得所要钻出的加强孔远离隧道面倾斜指向。当向 前推操纵杆29时，圆锥角θ₂达到正值，而当向后拉操纵杆29时，圆 锥角θ₂达到负值。通过将操纵杆29向右移动，钻孔单元可在xz平面 上顺时针转动，由此转动角θ₁达到正值，且所要钻出的孔被引导向右 侧。当操纵杆29向左转动时，钻孔单元逆时针转动并且转动角θ₁达到 负值，由此，所要钻出的孔被引导向左侧。

图6示出加强模式中的直观控制的原理。当希望将钻孔单元所要 移动的新的目标位置提供给控制单元时，操作者14可想象操纵杆是他 /她正在移动的钻孔工具10。当例如他/她希望在转动角θ₁的方向上转 动钻孔单元和其中的工具时，操作者将控制件转向左或向右。此外， 当希望所要钻出的孔被向前倾斜引导时，操作者向前推操纵杆，而相 应地，当希望钻孔被向后倾斜引导时，他/她向后拉操纵杆。对于操作 者14来说，立即理解控制件的移动的效果是容易的。可在生产钻孔设 备的控制系统中布置相对应的直观操作的原理以便于将挖掘孔钻成扇 状图案。

图7示出通过两个操纵杆15a和15b手动定位钻孔单元6。该图示 出箭头以指示操纵杆的运动方向，并通过箭头指示在钻孔单元6的位 置和方向上的移动效果。在移动过程中，当选择开关30时，以括弧指 示运动方向的效果。可通过开关30选择另一可选功能。如可从图中看 到的，操纵杆15a、15b的运动方向关于钻孔单元6的真实运动方向逻 辑关连。当选择挖掘模式时，在移动控制中存在差异。当选择开关30 时，向前或向后移动左操纵杆15a致使在挖掘模式中，钻孔单元6在由 工具指示的方向上移动。另外，在侧向上移动右操纵杆15b影响角度u， 且向前和向后移动操纵杆15b影响角度v。

图8进一步示出钻岩设备的控制单元16的用户界面31以及其关 连。用户界面31包括一个或更多个显示装置25，诸如显示面板，以及 一个或更多个控制件15，诸如操纵杆。通过用户界面31，操作者14 以使得钻孔单元以所需的方式进行工作的方式使用控制单元16及其程 序和工作原理。

显示装置25可用于显示所要钻孔的扇形的钻孔图案。当钻出加强 孔时，加强图案被加载到控制单元16，而当钻出扇形生产孔时，将挖 掘图案加载到控制单元16。显示装置25的显示图像32可包括两个或 更多个局部视图32a、32b，在局部视图32a、32b中呈现从不同方向观 看到的钻孔扇形平面33和钻孔单元的符号34。由此，操作者14在显 示图像32中看到定位状态并可通过控制件15给予控制单元16控制命 令，控制单元16又控制一个或更多个致动器19，从而物理地实现根据 控制命令的在钻孔单元的位置或方向上的移动。操作者14不控制单个 致动器19，但给予控制单元目标位置或方向，即由控制单元实现的目 标位置。控制件15的一个运动方向受约束以相对于显示装置25中所 呈现的一个方向控制钻孔单元。通过一个或更多个传感器18等测量装 置来确定钻孔单元的位置和方向，测量装置的测量信息被传递到控制 单元6。

图8进一步示出在显示图像32中移动控制件15的效果。可以通 过如下方式直观地确定控制件15的运动方向：当控制件15在箭头35a 的方向上移动到左侧时，显示图像32中的符号34以由箭头35b所指 示的方式相应地移动到左侧。由此，控制件15的移动仅改变x坐标值， 而其它坐标，即y和z，以及方向角保持不变。

图9示意性示出显示图像32，该显示图像32具有一个定位在另 一个之上的两个局部视图32a和32b。第一局部视图32a示出从方向y 看到的钻孔扇形26，而第二局部视图示出从方向z看的相同的钻孔扇 形26。在局部视图中，钻孔扇形26的xz平面由此形成扇形平面。第 一局部视图32a示出xz平面上钻孔24的位置和方向以及钻孔单元6 的位置。计划的钻孔24a可以显示成从钻孔图案的轮廓延伸出来的线。 可在已实现的位置中显示已钻出的孔24b并通过使用在其起始点处的 诸如正方形的标记来显示已钻出的孔24b。接下来要钻出的计划的钻孔 24c可以以粗体显示。第二局部视图32b可用作深度视觉（depth vision）， 换言之，在局部视图32b中可看到钻孔单元6相对于扇形平面的位置， 即相对于钻孔扇形的xz平面的位置。可通过合适的符号在显示图像32 中显示钻孔单元6。图9中，钻孔单元6的符号34是圆形，连续线36 从该圆形延伸出来，该线指示假想的钻孔和钻孔单元6的方向，其中 如果在当前位置开始钻孔，则将形成该假想的钻孔。此外，显示图像 32可以虚线37示出进给梁，操作者可基于该虚线37评估钻孔所需的 空间。除了上面的符号34和相关孔线36和进给梁线37以外，还可使 用其它合适的标记和表示方式。第二局部视图32b中，圆锥角的值可 被呈现为数值。此外，第二局部视图32b可以将与第一局部视图32a 对应的扇形平面示出为水平线38a。如果钻孔图案是加强图案，则该图 案可能包含的其它加强扇形的扇形平面也可显示为水平线38b和38c。 根据图9的显示图像32是清晰的且是说明性的，这便于操作者的工作， 在显示图像32中，局部视图32a和32b在垂向上被一个在另一个之上 地定位。

图形显示图像32，如图9中的图像，是便于操作者工作的对准工 具且其可应用于钻出加强扇形和生产扇形。如果，例如，钻孔单元的 符号34（根据显示图像32）在所要钻出的孔的起始点下方，符号34 通过控制件34直线地向上移动，由此，控制单元在方向z上移动钻孔 单元而无任何其它坐标或方向角变化。相应地，如果从显示图像变得 很明显的是对准不正确，但钻孔单元符号34应向左直线移动，则操作 者通过控制件在方向x上移动符号，即给予钻孔单元新的目标位置。 控制件引导钻孔单元的物理移动，其中，仅钻孔单元的x坐标改变， 而其余坐标和方向角保持不变。当在局部视图32a和32b中，符号34 的孔线37和指示在钻孔图案中确定的钻孔的线24c一个在另一个上， 则钻孔单元被正确地定位和引导。

在显示图像32下方，图9进一步示出，从上方看时的用户界面 31所包括的控制件15a和15b。控制件可以是附连到例如控制面板41a、 41b的操纵杆，该控制面板41a、41b与操作者座椅连接。图中用箭头 S1和S2显示操纵杆15a的移动并指示钻孔单元如何在显示图像中移 动。当选择开关30时，可影响钻孔单元的y坐标，如图中局部视图32b 中箭头S3所示。通过右手侧上的操纵杆15b，可影响方向角，如箭头 S4和S5所示。

图9还示出已实现的孔24b的起始点，即，所谓的岩石识别点42 也可在显示图像32中呈现。关于岩石识别点42的信息还可在控制单 元中被存储并处理。此外，显示图像32可示出延伸穿过岩石识别点42 的图形43。这说明在观察中，岩石表面实际位于扇形的点的位置。关 于真实岩石表面的信息可被存储且可在钻岩设备中或钻岩设备外被处 理并利用。

图10示出在生产钻孔设备中使用的钻臂5，钻孔单元6通过旋转 接头38被布置在钻臂上，从而钻孔单元6可在相对于隧道线的横向上 转动。在旋转接头38点处，有所谓的枢转点PP，钻孔24的假想延长 线39穿过该枢转点PP延伸。钻臂5可包括可缩回和可伸展的垂直臂 40，垂直臂40的下端可通过接头41连接到钻臂的水平梁42，水平梁 42则抵靠分支状钻臂部分43被支承，分支状钻臂部分43可被支承在 地面上。枢转点PP可在方向z上移动，即向上或向下移动，以及在侧 向上移动。通过垂直臂40的转动移动和长度的变化的组合效果可实现 枢转点PP在方向x上的水平移动。还可在垂直臂40与水平梁42之间 布置线性引导件，该线形引导件使得能够侧向移动。通过经由控制件 15将控制命令给予控制单元，可改变枢转点PP在扇形平面33上的位 置。控制件15的一个运动方向布置成相对于一个坐标移动枢转点PP。 这在图中示出。当控制件15移动到图中的右边，枢转点的目标位置也 在x坐标方向上移动到右边，如箭头所示。控制单元确定用于接头控 制器的目标值并控制致动器，该致动器以如下方式影响枢转点的位置， 即：实现由操作者给予的目标位置。当枢转点PP'已经呈正确位置时， 可开始扇形的钻孔，其中通过在钻孔图案中确定的钻孔的方向上转动 钻孔单元而围绕枢转点定位钻孔单元。

图11示出可应用于生产钻孔的第二布置，该第二布置在由一个或 更多个钻臂部件形成的钻臂5的最外端处具有旋转接头38，钻孔单元 6可围绕该旋转接头38在扇形平面上转动。由此，扇形平面上的枢转 点PP可位于所述接头的点处。能够以上述的方式移动枢转点PP的位 置。另外，还可在除了定位在钻孔单元的中心部分中的接头处之外的 其它位置处确定图10和图11的方案中的枢转点的位置。枢转点PP’ 的新的位置可因此确定为例如钻头的前端。另外，枢转点PP"在扇形平 面上的位置可独立于钻臂和钻孔单元的构造，该情形中，枢转点PP" 可定位在扇形平面上的任何位置中。控制单元考虑枢转点的位置并确 定所需要的定位移动。可通过控制件以上述方式移动枢转点PP的位置 并可使用显示装置中示出的显示图像作为帮助。钻孔中，相对于所确 定的新的枢转点PP'或PP"来进行钻孔单元6在扇形平面上的转动。

图12示出非常简化的状态，其中，利用钻岩设备1进行扇形钻孔， 钻岩设备1的载架4已经被驱动到相对于钻孔扇形平面33的倾斜位置。 在开始钻孔之前，已经导航钻岩设备1，由此，已知在隧道2中钻岩设 备1的位置和钻孔图案的位置。导航允许找出钻岩设备相对于由钻孔 图案确定的扇形平面33的位置。控制单元在定位和控制钻孔单元时， 考虑钻岩设备1的位置误差。

图13和14示出用于表面钻孔的钻岩设备1，钻岩设备1可包括 本申请中先前描述的钻岩设备的基本结构、控制原理和特征。表面钻 岩设备1可用于在岩石中向下或倾斜向下钻出挖掘孔21。图16示出梯 段钻孔55的原理，其是表面钻孔的应用之一。表面钻孔中，可从载架 4的一个定位位置在岩石中钻出多个钻孔。可提前设计钻孔图案56。 在定位钻孔单元6中，可利用本申请中提出的钻孔模式，其中，操作 者将钻孔的目标位置和方向发送给控制单元，此后，控制单元16通过 控制致动器来进行所需的钻臂运动。可根据图3所示的流程来控制。 此外，控制系统具有直观的关连，这有助于操作者理解控制件所执行 的在钻孔单元6的位置和方向上的移动效果。图13至图15b示出在钻 头20的位置和进给梁9的方向上控制件15a、15b的移动效果。控制单 元16考虑载架4的位置，例如利用倾斜计50来确定载架4的位置。 此外，存在与接头17连接或在适于这一目的的另一位置中的传感器18 或测量装置，且控制单元16通过从测量装置获得的数据确定钻头20 的位置以及方向，该钻头20的方向与进给梁9的方向相同。表面钻孔 的控制系统通常利用钻岩设备本身的坐标系。可有与控制件15a连接的 开关51等，钻头20通过该开关51在方向z上移动。当钻头20在一个 坐标方向上移动时，例如在方向z上移动，其余坐标x和y保持不变， 方向角u和v也保持不变。这是根据坐标控制的原理。

某些情形中，可使用在本申请中所提出的特征而不考虑其它特征。 另一方面，如果需要，可组合本申请中所提出的特征以形成各种组合。

附图和相关说明仅旨在说明本发明的构思。本发明的细节可在权 利要求书内变化。