[實(shí)用新型]一種懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)身與截割頭位姿檢測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520169847.2
• 申請(qǐng)日: 2015-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN204705359U
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳淼;張敏駿;賈文浩;陶云飛;符世琛;宗凱;王蘇彧;楊健健;薛光輝;田劼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
• 主分類號(hào): G01C21/00
• 分類號(hào): G01C21/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型涉及一種煤礦井下采掘設(shè)備位置與姿態(tài)及其特殊部位的位姿檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種懸臂式掘進(jìn)機(jī)的位姿及其截割部位的位姿測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

懸臂式掘進(jìn)機(jī)是井下采掘裝備中十分重要的一種，是我國(guó)煤巷綜掘機(jī)械化生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的巷道掘進(jìn)設(shè)備，其主要用于部分?jǐn)嗝娴慕馗睿渫怀龅慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在其回轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝有可伸縮擺動(dòng)的懸臂，在懸臂的前端裝有截割頭，通過(guò)懸臂的擺動(dòng)以及截割頭的旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)煤巖的脫落，掘進(jìn)機(jī)操作臺(tái)可以對(duì)截割頭的運(yùn)行軌跡進(jìn)行控制，可以截割出各種形狀的，例如矩形、拱形等斷面的巷道，掘進(jìn)機(jī)同時(shí)擁有行走及裝載功能。

巷道掘進(jìn)過(guò)程中，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的一般工藝流程為：掘進(jìn)機(jī)行走到制定位置(準(zhǔn)備環(huán)節(jié))→截割→錨桿支護(hù)→永久支護(hù)(鋪錨網(wǎng))→循環(huán)。目前懸臂式掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)時(shí)的指向及定位主要通過(guò)巷道后方的激光指向儀在巷道斷面上形成的光斑作為掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的主要參考，通過(guò)掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的手動(dòng)操作以及過(guò)往經(jīng)驗(yàn)控制掘進(jìn)機(jī)截割頭的運(yùn)行軌跡，從而完成巷道斷面的截割。煤礦綜掘工作面的工作環(huán)境十分惡劣，噪音較大且粉塵嚴(yán)重，對(duì)于工作人員的健康以及工作效率有較大的影響，雖然激光指向儀的指向精度較高，但是在具體的操作環(huán)境下，由于綜掘工作面粉塵嚴(yán)重，可見度較低，很大程度上要依賴掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，因此在這種情況下巷道的超挖欠挖現(xiàn)象十分嚴(yán)重，在真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境下一般會(huì)有工作人員在巷道掘進(jìn)面附近對(duì)于巷道的成型截割情況進(jìn)行檢查與反饋，在一定程度上控制了巷道的超挖與欠挖，但是增加了工作的人員數(shù)量，進(jìn)一步增大了危險(xiǎn)性，因此在進(jìn)行巷道斷面截割時(shí)，掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程控制以及自主巡航是未來(lái)的發(fā)展方向。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程控制及自主巡航需要及時(shí)檢測(cè)出掘進(jìn)機(jī)的位姿信息以及截割部的位置，確定機(jī)身與截割頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而推斷出巷道斷面的成形狀況，結(jié)合煤礦綜掘面的巷道質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，確定是否符合設(shè)計(jì)要求，首先要確定的就是掘進(jìn)機(jī)的方向角，即掘進(jìn)機(jī)機(jī)身中線與巷道設(shè)計(jì)中線之間的角度。

現(xiàn)有的測(cè)量懸臂式掘進(jìn)機(jī)位姿的方法有：通過(guò)全站儀(防爆型)等類似設(shè)備和通過(guò)相關(guān)設(shè)備從地上轉(zhuǎn)移到井下的空間位置參考點(diǎn)測(cè)量出掘進(jìn)工作進(jìn)行前掘進(jìn)機(jī)所處的精確空間位置，比較其與巷道設(shè)計(jì)中線的差值，測(cè)得掘進(jìn)機(jī)相對(duì)水平面的姿態(tài)參數(shù)，與設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)該點(diǎn)的軸線方向比較，求得兩者間的關(guān)系。現(xiàn)在未有廣泛使用的截割頭位置測(cè)量方法，大部分情?況下憑借激光指向儀以及掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制。

中國(guó)專利文獻(xiàn)公告號(hào)為CN201013380Y公開的全自動(dòng)掘進(jìn)機(jī)，其通過(guò)航天技術(shù)中的導(dǎo)航定位儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)在慣性空間的絕對(duì)位置坐標(biāo)，對(duì)掘進(jìn)機(jī)和截割頭進(jìn)行控制，以此實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)掘進(jìn)。該方案的關(guān)鍵是要測(cè)量出掘進(jìn)機(jī)的精確位置，而煤礦井下惡劣的環(huán)境以及掘進(jìn)機(jī)自身的震動(dòng)已遠(yuǎn)超出了精密的航天儀器的正常工作條件，而且航天儀器一般實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，掘進(jìn)機(jī)運(yùn)動(dòng)緩慢且掘進(jìn)工作周期較長(zhǎng)，故無(wú)法得到所需的精確結(jié)果，由于井下存在大量粉塵及掘進(jìn)過(guò)程中的較大振動(dòng)，使其可靠性較低，另外，精密航天儀器的造價(jià)較高，考慮到單個(gè)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的制造成本，推廣較為困難。

中國(guó)專利文獻(xiàn)公告號(hào)為CN101629807A，公開了一種掘進(jìn)機(jī)機(jī)身位姿參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)及方法，該方案選擇采用線狀激光器發(fā)射扇形激光光束，線激光發(fā)射器由激光指向儀和線激光器機(jī)架定位，發(fā)出扇形激光束，在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上形成線形光斑，通過(guò)檢測(cè)光斑位置，結(jié)合已知的光敏元件與掘進(jìn)機(jī)機(jī)身位置關(guān)系計(jì)算得到掘進(jìn)機(jī)的位姿參數(shù)。該方法的問(wèn)題在于不能得到掘進(jìn)機(jī)的方向角即無(wú)法得到掘進(jìn)機(jī)機(jī)身中線與巷道軸線之間的位置關(guān)系，而若獲得所需的關(guān)系參數(shù)必先獲得掘進(jìn)機(jī)的精確空間位置，而該方案中卻沒有進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量。另由于該方案采樣基準(zhǔn)為扇形激光光束，扇形激光光束限制了其工作距離，在掘進(jìn)機(jī)不斷掘進(jìn)及移動(dòng)的過(guò)程中，需要不斷的向前進(jìn)行移站，施工工作量增大，工作難度較高，同時(shí)在此專利中沒有對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割頭的位置進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法得到完整的懸臂式掘進(jìn)機(jī)位姿信息。

通過(guò)上述描述，準(zhǔn)確方便測(cè)量懸臂式掘進(jìn)機(jī)包括其截割頭的所有位姿信息，提出一種簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)使用的檢測(cè)方法是在本技術(shù)領(lǐng)域中亟待解決的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容

一種懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)身與截割頭位姿檢測(cè)系統(tǒng)，其特征包括：設(shè)置于巷道后方的兩個(gè)紅外激光發(fā)射器(1)、安裝在懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上的兩個(gè)球形接收器(2)、安裝于掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上的兩個(gè)兩軸傾角傳感器(4)，以及安裝于懸臂式掘進(jìn)機(jī)升降和回轉(zhuǎn)液壓缸內(nèi)的礦用位移傳感器(5)。