[發(fā)明專利]一種采煤機(jī)絕對位姿檢測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710396723.1
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107238385B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉送永;程誠;吳洪狀;江紅祥;李偉;沈剛;唐瑋;劉后廣;楊建華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C15/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發(fā)明公開了一種采煤機(jī)絕對位姿檢測方法，在回采工作面時，對主要由采煤機(jī)、刮板機(jī)和液壓支架構(gòu)成的三機(jī)配套開采裝備中的采煤機(jī)的絕對位姿進(jìn)行檢測；該方法通過捷聯(lián)慣導(dǎo)模塊進(jìn)行航位推算位姿檢測，通過激光發(fā)射裝置、激光接收裝置和智能全站儀進(jìn)行激光位姿檢測，然后通過最優(yōu)估計(jì)算法對兩種位姿檢測結(jié)果進(jìn)行異步融合，得到精確的采煤機(jī)的絕對位姿。本發(fā)明使用卡爾曼濾波等最優(yōu)估計(jì)算法對兩種導(dǎo)航信息進(jìn)行異步融合，得到更加精確的采煤機(jī)絕對位姿參數(shù)，精度高、可靠性好，為實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的自動化、智能化作業(yè)提供條件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采煤機(jī)位姿檢測方法，尤其涉及一種回采工作面滾筒式采煤機(jī)絕對位姿檢測方法，屬于自動化開采裝備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國是煤礦的開采與消費(fèi)大國，采煤機(jī)是煤礦開采的主要裝備。傳統(tǒng)的回采工作面主要是以人工操作，不僅勞動強(qiáng)度大、效率低，而且工作環(huán)境極差、危險程度極高，故發(fā)展自動化、智能化的開采裝備是大勢所趨。對于自動化的回采工作面開采裝備，首先要解決的問題是開采裝備的定位定姿問題，然而，由于礦井下的特殊條件，其環(huán)境復(fù)雜性使得很多通常采用的定位手段在礦井下達(dá)不到定位精度的要求，甚至無法在井下實(shí)現(xiàn)定位。目前采煤機(jī)定位方法主要有齒輪計(jì)數(shù)法、紅外對射法、慣性導(dǎo)航等，但是很多定位方法只能實(shí)現(xiàn)相對定位，無法實(shí)現(xiàn)礦山坐標(biāo)系中采煤機(jī)絕對位姿檢測，或者能夠?qū)崿F(xiàn)采煤機(jī)絕對位姿檢測，但是精度較低，總體不能為無人化的回采工作面建設(shè)提供足夠的條件。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種采煤機(jī)絕對位姿檢測方法，能夠精確檢測采煤機(jī)在礦山絕對坐標(biāo)系中的六自由度位姿參數(shù)，該方法實(shí)時性好、可靠性高，能夠?yàn)闊o人化的回采工作面建設(shè)提供條件。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種采煤機(jī)絕對位姿檢測方法，在回采工作面時，對主要由采煤機(jī)、刮板機(jī)和液壓支架構(gòu)成的三機(jī)配套開采裝備中的采煤機(jī)的絕對位姿進(jìn)行檢測；該方法通過捷聯(lián)慣導(dǎo)模塊進(jìn)行航位推算位姿檢測，通過激光發(fā)射裝置、激光接收裝置和智能全站儀進(jìn)行激光位姿檢測，然后通過卡爾曼濾波等最優(yōu)估計(jì)算法對兩種位姿檢測結(jié)果進(jìn)行異步融合，得到精確的采煤機(jī)的絕對位姿。

具體的，所述激光發(fā)射裝置包括車體、步進(jìn)電機(jī)、行走機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、舵機(jī)、激光發(fā)射器和嵌入式控制器Ⅰ，步進(jìn)電機(jī)為隔爆型步進(jìn)電機(jī)，激光發(fā)射器為本安隔爆型扇面激光發(fā)射器；步進(jìn)電機(jī)、行走機(jī)構(gòu)和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)安裝在車體上，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動曲柄搖桿機(jī)構(gòu)動作，舵機(jī)與激光發(fā)射器安裝在搖桿的頂端，由舵機(jī)帶動激光發(fā)射器在±45°范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)掃描；嵌入式控制器Ⅰ經(jīng)隔爆處理后固定在車體上，嵌入式控制器Ⅰ向步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)提供控制指令，并解算激光發(fā)射器在激光發(fā)射裝置坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)及其所發(fā)射的扇面激光的法向量。

具體的，所述激光接收裝置包括三個激光接收器和嵌入式控制器Ⅱ，三個激光接收器不共線地固定在采煤機(jī)上，且三個激光接收器均能夠接收到激光發(fā)射器所發(fā)射的扇面激光，嵌入式控制器Ⅱ經(jīng)隔爆處理后固定在采煤機(jī)上，嵌入式控制器Ⅱ同時與激光接收器和嵌入式控制器Ⅰ通信連接，結(jié)合每個激光接收器的接收信號、激光發(fā)射器在激光發(fā)射裝置坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)及其所發(fā)射的扇面激光的法向量，解算出每個激光接收器在激光發(fā)射裝置坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，進(jìn)而解算出采煤機(jī)在激光發(fā)射裝置坐標(biāo)系中的六自由度位姿參數(shù)。

具體的，所述智能全站儀與激光發(fā)射裝置設(shè)置在同一巷道中，嵌入式控制器Ⅲ經(jīng)隔爆處理后固定在智能全站儀上，嵌入式控制器Ⅲ同時與智能全站儀和嵌入式控制器Ⅰ通信連接，在激光發(fā)射裝置(4)上合理位置設(shè)置定位棱鏡，通過智能全站儀檢測激光發(fā)射裝置在礦山絕對坐標(biāo)系中的位姿參數(shù)，結(jié)合采煤機(jī)在激光發(fā)射裝置坐標(biāo)系中的位姿參數(shù)和激光發(fā)射裝置在礦山絕對坐標(biāo)系中的位姿參數(shù)，得到采煤機(jī)在礦山絕對坐標(biāo)系中的位姿參數(shù)，將該結(jié)果作為激光位姿檢測結(jié)果。