[發明專利]掘進機位姿檢測系統和掘進機

無效

• 申請號: 201210363395.2
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102878976A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 易定忠;劉召安;谷曉黎
• 申請（專利權）人: 三一重型裝備有限公司
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01B11/00;E21C35/24
• 代理公司: 北京友聯知識產權代理事務所(普通合伙) 11343
• 代理人: 尚志峰;汪海屏

技術領域

本發明涉及工程機械領域，具體而言，涉及掘進機位姿檢測系統和掘進機。

背景技術

懸臂式掘進機是一種能夠完成截割、裝載、轉載煤巖，并能自己行走，具有噴霧滅塵等功能的巷道掘進設備，是煤礦井下生產中應用最廣泛的巷道掘進機械裝備。隨著科學技術的進步，要求巷道施工向安全、優質、高效、無人化方向發展，因此，加強掘進機向智能化方向發展是一個大的趨勢。

然而，目前煤礦井下的掘進機操作手主要是以激光指向儀發射的激光光束為指引方向，通過手動操作控制掘進機前進運動軌跡，隨機性比較大。因為煤礦井下工作環境極其惡劣，粉塵濃度大、光線黑暗，嚴重影響操作手的視線，容易造成欠挖、過挖現象，給井下工人增加了工作量，降低了工作效率，所以針對上述掘進機工作缺點，研發人員不斷提出了掘進機的姿態檢測方法，但其測量精度不高，準確性差，且結構復雜，可引發的故障點多，整個系統的穩定性差，實際可操作性差。

因此，需要一種掘進機位姿檢測技術，可準確檢測出掘進機的位姿參數，且結構設計簡單，系統結構穩定性高。

發明內容

考慮到上述背景技術，本發明所要解決的一個技術問題是提供一種掘進機位姿檢測技術，可準確檢測出掘進機的位姿參數，且結構設計簡單，系統結構穩定性高。

根據本發明的一個方面，提供了一種掘進機位姿檢測系統，包括：激光指向單元、激光幕布式標靶、第一采集單元、第二采集單元和數據采集模塊，其中，所述激光指向單元安裝在煤礦井下的巷道上方，發射激光束；所述激光幕布式標靶安裝在掘進機上，接收所述激光指向單元發射的激光束；所述第一采集單元采集所述激光幕布式標靶所呈現的激光點圖像并將激光點圖像數據傳送至所述數據采集模塊；所述第二采集單元安裝在所述掘進機本體上，檢測所述第二采集單元相對于預定坐標系的角度信息并將所述角度信息發送至所述數據采集模塊；所述數據采集模塊接收來自所述第一采集單元和所述第二采集單元的檢測結果，根據所述檢測結果確定所述掘進機的位姿參數。

激光指向單元為掘進機確定行走方向的基準，為了避免人工觀察激光的指向，可在掘進機上安裝激光幕布式標靶，來確定激光相對于掘進機的位置，從而可確定掘進機相對于激光光束的位置，并且還通過第二采集單元來采集自身相對于預定坐標系的角度信息，從而可確定掘進機相對于預定坐標系的角度信，通過上述兩個信息便可準確確定掘進機的位姿參數，并且涉及的元器件結構簡單，進一步提高了系統的穩定性。

在上述技術方案中，優選的，所述數據采集模塊包括：圖像處理單元和數據處理單元，其中，所述圖像處理單元連接至所述第一采集單元，根據所述激光點圖像數據計算出所述掘進機的水平偏向位移和垂直偏向位移，并將所述水平偏向位置和垂直偏向位移的數據傳送至所述數據處理單元；所述數據處理單元接至所述圖像處理單元和所述第二采集單元，根據所述圖像處理單元的圖像處理結果和所述第二采集單元的檢測結果得到所述掘進機的位姿參數，所述位姿參數包括偏向角、俯仰角、滾動角、水平偏向位移和垂直偏向位移。

根據采集的激光點圖像便可以知道掘進機的水平偏向位置和垂直偏向位置，以及根據第二采集單元的檢測結果便可以知道掘進機的偏向角、俯仰角、滾動角等角度信息，根據這些參數便能夠準確測出掘進機相對于激光方向的位置和姿態。

在上述任一技術方案中，優選的，所述數據處理單元還連接至所述掘進機的控制器，用于判斷所述掘進機的偏向角是否大于角度警戒值，在大于所述角度警戒值時，將角度調整命令發送至所述控制器，以調整所述掘進機的機身角度。

在檢測出掘進機的偏向角之后，進而判斷該偏向角是否處于設定的角度警戒值，若大于，說明掘進機的姿態已不符合理想姿態，需調整掘進機的機身角度，因此向掘進機的控制發送控制信號，控制信號包含調整的角度范圍和方向，掘進機收到該控制信號后，向執行機構發送調節命令，利用掘進機行走電磁閥的開度從而調整掘進機的機身角度。

在上述任一技術方案中，優選的，所述數據處理單元還用于判斷所述水平偏向位移是否大于水平位移警戒值，在大于所述水平位移警戒值時，計算出所述掘進機的左履帶速度和右履帶速度并獲取左右履帶速度差，將所述左右履帶速度差傳送至所述控制器，以調整所述掘進機的左履帶速度和/或右履帶速度。

同樣的，通過水平位移可確定掘進機偏離航道的程度，當水平大于設定的水平位移警戒值，說明需調整掘進機的位移，使得激光點能打在激光標靶上的理想位置，通過控制器調整左右履帶的行駛速度，使掘進機在行進的過程中可往左移或往右移，從而調節掘進機的水平位移。