[發(fā)明專利]融合地質(zhì)環(huán)境信息的采煤機(jī)絕對(duì)定位裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310353737.7
• 申請(qǐng)日: 2013-08-15
• 公開（公告）號(hào): CN103410512A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王世博;葛世榮;葛兆亮;李昂;劉萬里;郝尚青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21C35/24
• 分類號(hào): E21C35/24
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 唐惠芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采煤機(jī)絕對(duì)定位裝置與方法，特別是一種融合地質(zhì)環(huán)境信息的采煤機(jī)絕對(duì)定位裝置與方法。

背景技術(shù)

采煤機(jī)是綜采工作面的核心裝備之一，承擔(dān)落煤和裝煤的任務(wù)。當(dāng)前，綜采工作面的三機(jī)：采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架的聯(lián)動(dòng)大多數(shù)需要人工干預(yù)。在綜合機(jī)械化采煤過程中，要實(shí)現(xiàn)采煤自動(dòng)化和無人或少人采煤，必須實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架三機(jī)協(xié)同自動(dòng)化。要實(shí)現(xiàn)三機(jī)協(xié)同自動(dòng)化，需要解決采煤機(jī)在割煤過程中液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化，及時(shí)支護(hù)和推溜等問題，其中關(guān)鍵技術(shù)是采煤機(jī)的精確、實(shí)時(shí)定位。

目前，煤礦井下采用和研究中的采煤機(jī)定位方法主要有齒輪計(jì)數(shù)法、紅外對(duì)射法、超聲波反射法、無線傳感網(wǎng)絡(luò)采煤機(jī)定位法及純慣性導(dǎo)航法。

采煤機(jī)齒輪計(jì)數(shù)定位法是計(jì)數(shù)行走部齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，通過轉(zhuǎn)過的圈數(shù)和齒輪的周長(zhǎng)換算出采煤機(jī)走過的路程，再根據(jù)液壓支架的寬度和架間距計(jì)算出采煤機(jī)中間部位對(duì)應(yīng)的液壓支架，從而確定采煤機(jī)在工作面的位置，這種方法比較簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)，成本低。但由于采煤機(jī)是沿工作面和垂直工作面兩個(gè)方向行走，而齒輪計(jì)數(shù)法只能確定采煤機(jī)走過的路程，不能確定采煤機(jī)在沿工作面方向和垂直于工作面方向上面的位移，造成定位不精確，同時(shí)存在齒輪計(jì)數(shù)誤差累加的不足。采煤機(jī)紅外對(duì)射定位法是在采煤機(jī)機(jī)身安裝紅外發(fā)射裝置，在液壓支架上安裝紅外接收裝置，采煤機(jī)運(yùn)行過程中定向發(fā)射廣角脈沖，當(dāng)液壓支架接收到信號(hào)，對(duì)接收信號(hào)的強(qiáng)弱進(jìn)行分析，從而判斷采煤機(jī)具體位置。該方法不足之處是不能連續(xù)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的位置，同時(shí)一旦液壓支架和采煤機(jī)水平高度不一致，接收器很難接收到信號(hào)，并且液壓支架的架間距固定存在，單純靠接收信號(hào)的強(qiáng)弱判斷采煤機(jī)位置，只能定性，不能定量。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采煤機(jī)定位法，是在采煤機(jī)機(jī)身和液壓支架上分別安裝無線發(fā)射裝置和無線接收裝置，采煤機(jī)運(yùn)行過程中不定向發(fā)射射頻信號(hào)，通過液壓支架接收到的信號(hào)強(qiáng)度反算出距離。這種模式能夠定量進(jìn)行采煤機(jī)位置確定，但射頻信號(hào)在井下衰減指數(shù)較大，井下無線信道模型建立還不完整，對(duì)于無線定位模型誤差沒有足夠分析，故離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離。純慣性定位法是利用加速度計(jì)和陀螺儀得出采煤機(jī)的三軸加速度和三軸角速度，由三軸加速度經(jīng)過數(shù)學(xué)平臺(tái)的解算得出采煤機(jī)的姿態(tài)，兩次積分采煤機(jī)的加速度得到采煤機(jī)的位置。但是由于陀螺儀和加速度計(jì)存在的漂移，采煤機(jī)在工作過程中有很強(qiáng)烈的振動(dòng)，以及數(shù)值積分的方法對(duì)誤差的累積，隨著采煤機(jī)割煤時(shí)間的增加誤差會(huì)快速上升，精度很難保證，更重要的是無法實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)在采區(qū)的絕對(duì)定位。

綜上所述，可以看出以往采煤機(jī)定位方法不能精確定位，存在固有誤差。并且采用的是相對(duì)定位方式，即在工作面液壓支架或刮板運(yùn)輸機(jī)上定義一個(gè)參照點(diǎn)，通過三機(jī)聯(lián)動(dòng)計(jì)算出采煤機(jī)的相對(duì)坐標(biāo)，從而獲取采煤機(jī)在工作面的具體位置，與采煤機(jī)所處的地理、地質(zhì)環(huán)境割裂，并非在地理坐標(biāo)系統(tǒng)下的定位，自主定位方式也存在這一問題，不是在實(shí)際地理環(huán)境中確定采煤機(jī)的位置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要提供一種融合地質(zhì)環(huán)境信息的采煤機(jī)絕對(duì)定位裝置與方法，解決現(xiàn)有采煤機(jī)定位方法中存在的定位誤差大，難以適應(yīng)井下復(fù)雜、惡劣的采煤環(huán)境以及采煤路線和煤巖性質(zhì)連續(xù)變化對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)造成擾動(dòng)致使定位不準(zhǔn)的問題。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：融合地質(zhì)環(huán)境信息的采煤機(jī)絕對(duì)定位裝置包括采煤機(jī)機(jī)身、軸編碼器、方位傳感器、慣性測(cè)量單元、振動(dòng)傳感器、定位裝置防爆外殼、定位數(shù)據(jù)微處理單元、超寬帶無線定位系統(tǒng)(UWB)和工控機(jī)。所述的慣性測(cè)量單元包括三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)；所述的超寬帶無線定位系統(tǒng)（UWB）包括超寬帶無線定位系統(tǒng)（UWB）傳感器和定位標(biāo)簽。在采煤機(jī)行走部安裝軸編碼器，在順槽控制中心有工控機(jī)，在工控機(jī)中建立采區(qū)地理信息系統(tǒng)（GIS）。將定位標(biāo)簽等間距地布置在巷道煤壁及液壓支架上，在采煤機(jī)機(jī)身上固定防爆外殼，在防爆外殼內(nèi)連接有采煤機(jī)定位裝置，所述的采煤機(jī)定位裝置包括方位傳感器、慣性測(cè)量單元、振動(dòng)傳感器、超寬帶無線定位系統(tǒng)（UWB）傳感器和定位數(shù)據(jù)微處理單元。

一種融合地質(zhì)環(huán)境信息的采煤機(jī)絕對(duì)定位方法，包括如下步驟：

（1）在刮板輸送機(jī)端頭對(duì)采煤機(jī)的位置、姿態(tài)進(jìn)行校準(zhǔn)：利用方位傳感器檢測(cè)得到采煤機(jī)在采區(qū)內(nèi)的真實(shí)方位，利用布置在巷道煤壁上的定位標(biāo)簽和采煤機(jī)防爆殼體中的超帶寬無線定位系統(tǒng)（UWB）傳感器對(duì)采煤機(jī)的三維坐標(biāo)進(jìn)行校正；