[發明專利]地下自主鏟運機的導航控制方法

有效

• 申請號: 200910238066.3
• 申請日: 2009-11-18
• 公開（公告）號: CN101713999A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 石峰;顧洪樞;戰凱;馮孝華;郭鑫;周俊武;李建國;劉立;馮茂林;陳樹新;遲洪鵬
• 申請（專利權）人: 北京礦冶研究總院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01C21/06
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種導航控制技術，尤其涉及一種地下自主鏟運機的導航控制方法。

背景技術

隨著地下礦開采深度增加，采礦條件越來越惡劣，對人的安全威脅也越來越大，遙控采礦、自動化礦山開采技術應運而生。鏟運機是地下無軌采礦的關鍵設備，實現鏟運機在井下巷道內無人操縱、自主行駛，可使操作工人遠離井下惡劣、危險的工作環境，保護鏟運機司機人員安全、提高采礦作業效率并降低采礦成本。鏟運機自主行駛首先要解決自身在巷道內的定位導航問題。雖然地面車輛的定位導航研究較多，技術上也比較成熟，但是由于地下條件的特殊性，地面車輛的定位導航技術不適于在地下條件應用，由于井下巖石遮蔽作用，GPS信號就無法傳到地下，使得GPS導航技術不能在井下使用。另外，地下鏟運機為了適應井下低矮、狹窄、多彎巷道環境，一般將鏟運機車身設計成低矮、細長、鉸接式車體。如目前井下用量最大的地下2立方鏟運機，長度一般為7米左右，寬度為1.7米左右，高度為2.0米左右，而鏟運機車身兩側外廓與巷道壁的距離一般僅為0.5-1米，這么長的車體要在狹窄、多彎的巷道內行駛，其難度是可想而知的，即使是經過培訓的鏟運機司機，駕駛鏟運機時刮蹭巷道壁也時有發生，這些都與地表普通車輛的導航情況有所不同，因此，地下自主鏟運機要求的定位導航精度往往比地表車輛還要高，難度也更大。

現有技術中，地下鏟運機自主導航也有較多的研究，其中一種地下自主鏟運機導航方案是采用沿墻壁行走相互作用導航控制方式，即利用鏟運機與巷道壁之間的距離和角度實時控制地下自主鏟運機，防止其與巷道碰撞，該方法的好處是不必預先規劃和存儲目標路徑，甚至可以在陌生的環境中跟隨行走。

上述現有技術至少存在以下缺點：

導航控制過程要求大量的實時的環境測量數據，導致測量系統和數據傳輸系統負擔很重，而且一旦失去環境測量數據，不能進行軌跡推算，導航控制立即中止。

發明內容

本發明的目的是提供一種地下自主鏟運機的導航控制方法，采用該方法可大大減少對環境信息數據的依賴，有助于克服環境測量數據和處理數據的困難，有助于導引車輛避障并可靠跟蹤目標路徑。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的地下自主鏟運機的導航控制方法，包括步驟：

A、以預先規劃好的鏟運機運動軌跡作為鏟運機的目標路徑，以鏟運機的定位參考點P的實際運動軌跡為鏟運機的跟蹤軌跡，沿所述目標路徑的曲線弧長s_m(k)存儲路徑曲率K_m(k)系列值和起始點航向角，其中，k為采樣次數，k＝1，2，3，…，用采樣周期T作為測量和控制間隔；

以所述目標路徑上的航向角與所述跟蹤軌跡航向角的差值定義為航向角偏差用所述鏟運機的定位參考點P與該點投影于所述目標路徑上的點P_m的距離定義為鏟運機的橫向位置偏差δ；

B、用所述鏟運機的定位參考點P投影于所述目標路徑的點P_m的曲線弧長s_m(k)和鏟運機在該點的橫向位置偏差δ(k)作為所述鏟運機的相對位置P(s_m(k)，δ(k))；

用所述鏟運機的相對位置P(s_m(k)，δ(k))及鏟運機在該位置處的航向角偏差β(k)和鏟運機轉向角α(k)來表示所述鏟運機在該位置處的位姿；

所述鏟運機為前部與后部鉸接的結構，前部與后部的鉸接處安裝有角位移傳感器，所述角位移傳感器直接測量所述鏟運機轉向角α(k)；