[發明專利]懸臂式掘進機的位姿測量系統

有效

• 申請號: 201110081805.X
• 申請日: 2011-03-31
• 公開（公告）號: CN102207382A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 鄧國華;朱承建;周李兵;賈洪剛;顧巧明;陸錚;王全國;賀耀宜;楊帆;陳曉晶;趙立廠;張立斌
• 申請（專利權）人: 天地（常州）自動化股份有限公司;中煤科工集團常州自動化研究院
• 主分類號: G01C3/00
• 分類號: G01C3/00;G01C1/00;G01C15/00
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產權代理有限公司 32214
• 代理人: 蔣全強

技術領域

本發明涉及一種煤礦采掘設備的位置和姿態(以下簡稱：位姿)檢測的技術領域，特別是涉及一種懸臂式掘進機的位姿測量系統。

背景技術

懸臂式掘進機是一種部分斷面掘進機，其結構特點是在回轉座上裝有截割用可伸縮懸臂，在懸臂前端裝有截割頭，通過截割頭的旋轉和懸臂的上、下、左、右擺動，依次破落煤(巖)，根據對截割頭的運動軌跡控制，可截割出梯形、拱形、矩形等斷面的巷道，掘進機同時具有裝載及行走功能。懸臂式掘進機是我國煤巷綜合機械化生產中應用最廣泛的巷道掘進機械裝備。

采用懸臂式掘進機在巷道掘進作業中的一般工藝流程是：準備(掘進機行走到位)→割煤(截割)、進料、出煤(渣)→臨時支護→永久支護→下一循環。人工操作懸臂式掘進機在巷道掘進作業時，主要依靠激光指向器在巷道斷面上形成的光斑作為參考，通過手動操作控制掘進機截割頭的運動軌跡，從而形成截割斷面。由于工作環境極其惡劣，影響作業人員的健康，安全隱患較大，且截割過程中產生的粉塵嚴重影響操作人員的視線，極易造成超挖、欠挖現象，雖然在實際施工時還配備了輔助人員反饋前方截割情況，但效果不理想，截割斷面不規整，且人員的增加導致安全系數進一步降低，所以在截割作業時采用可使操作者遠離掘進機的自動控制截割頭運動的模式是發展方向。

若要實現截割頭運動的自動控制，必須確定其運動軌跡，使其所形成的斷面符合設計的要求，首先發布確定在截割前掘進機姿態與該點(位置)設計軸線(方向)間的關系(差值)。

現有的測量掘進機位置、姿態的方法均為：通過精密的“全站儀類”設備和空間位置參考點測量出截割作業前掘進機所處的精確空間位置，比較其與設計巷道軸線所經過點的關系(差值)，測得掘進機相對水平面的姿態參數，與設計中經過該點的軸線方向比較，求得兩者間的關系(差值)。

中國專利文獻公告號為CN201013380Y公開的全自動掘進機，其通過航天導航定位儀，實時監測掘進機在慣性空間的絕對位置坐標，對掘進機和截割頭進行控制，實現全自動掘進。該方案的關鍵是要測量出掘進機的精確位置，而煤礦井下惡劣的環境以及掘進機自身的震動已遠超出了精密的航天儀器的正常工作條件，故無法得到所需的精確結果，造成其可靠性較低，另外，精密航天儀器的造價較高，導致其實施成本較高。

中國專利文獻公告號為CN101629807A，公開了一種掘進機機身位姿參數測量系統及方法，該方案采用線狀激光器發射扇形激光光束，通過兩路光敏元件感應掘進機機身的線性光斑，通過檢測光斑位置，結合已知的光敏元件與掘進機機身位置關系計算得到掘進機的位姿參數。該方法的問題在于并沒有所需的掘進機姿態與該點設計軸線方向間的關系，而若獲得所需的關系參數必先獲得掘進機的精確空間位置，而該方案中卻沒有進行相應的測量。另由于該方案采樣基準為扇形激光光束，扇形激光光束限制了其工作距離非常有限，需要頻繁調整基準光束位置，施工工作量增加，施工難度較大，影響生產效率，通過兩路光敏元件感應線狀激光的方式也不能限定掘進機截割動作開始前在巷道橫向位置區域，且該方案不能測量掘進機在地球絕對坐標系中的位置坐標，不能測量基準參考點距掘進機的距離值，因而也無法得到掘進機的掘進工作量信息。

因此，如何徹底解決懸臂式掘進機位姿測量問題并提供一種經濟實用的測量系統，是本領域要解決的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種可靠性較好的、經濟實用的懸臂式掘進機位的姿測量系統，以完成懸臂式掘進機機身位姿參數的絕對測量，解決井下掘進機位姿測量無核心設備可用的關鍵問題。

為解決上述技術問題，本發明的懸臂式掘進機的位姿測量系統的包括：設于巷道內的用于給出巷道掘進方向的激光指向測距儀1、設于掘進機上且與掘進機機身軸線平行的光測角儀2；光測角儀2包括平行于掘進機基準平面設置的傾角傳感器10。