[發(fā)明專利]一種基于頂板特征的煤礦巷道導航定位方法和裝置

有效

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• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN110017817B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設計）人: 田原;秦國強;田野;劉子靖;王帥;賈少山;王傳武;王本林;桑盛遠;張立平;王瑤;郎艷
• 申請（專利權）人: 中國煤炭科工集團太原研究院有限公司;山西天地煤機裝備有限公司
• 主分類號: G01C11/08
• 分類號: G01C11/08;G01C11/28;G01C21/20
• 代理公司: 太原晉科知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發(fā)明公開了一種基于頂板特征的煤礦巷道導航定位裝置和方法，利用巷道頂板上錨桿托盤等特征，解決了現(xiàn)有導航定位方法的不足和局限；測量中主要用到工業(yè)攝像機及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)等裝備，具有初始化完成后不依賴激光指向儀和人工干預的高度自主、高精度、高可靠性等優(yōu)點，適用于煤礦井下掘進機及其它移動平臺的無人駕駛場合。

技術領域

本發(fā)明涉及導航定位領域，尤其涉及一種基于頂板特征的煤礦巷道導航定位方法和裝置。

背景技術

煤礦巷道尤其是主巷道使用時間一般長達數(shù)年甚至數(shù)十年，因此對巷道成型精度有較高要求，GB 50213-2010《煤炭井巷工程質量驗收規(guī)范》中規(guī)定“基礎掘進斷面規(guī)格的允許偏差為-25mm～+150mm”。傳統(tǒng)掘進工藝中，由懸掛在掘進機后方巷道頂板上的激光指向儀投射出經(jīng)過方向標定的激光束在巷道斷面上形成光斑，掘進機司機需要以這一光斑為基準進行斷面測量、截割和巷道掘進才能保證巷道走向與設計方向一致，為實現(xiàn)這一目標，掘進機司機需要在截割過程中多次停機測量，或者依靠經(jīng)驗控制截割斷面，而激光指向儀也需要隨著巷道推進頻繁前移以保證指向精度，而每次前移都需要進行繁瑣的位置和指向調整和標定；另一方面，掘進工作面是煤礦井下事故率最高、環(huán)境最惡劣、作業(yè)人數(shù)最多的作業(yè)場合之一，因此，掘進工作面自動化無人化具有迫切需求，其中掘進機自主導航定位是關鍵技術之一。

煤礦井下巷道頂板均需要按照規(guī)定間距和行距進行支護，支護方式是在頂板鉆孔后，將錨桿插入鉆孔，利用錨固劑固定錨桿后，在錨桿端頭用鎖緊螺母將標準化的正方形托盤壓緊在頂板上。錨桿的間距和行距大約為800mm，托盤一般為邊長為150mm的正方形鋼板。本發(fā)明以巷道頂板上的托盤為特征進行巷道內移動裝備的導航定位。

公告號為CN101819036A的發(fā)明專利“一種掘進機的空間位姿自動測量方法”，該專利提出了一種針對掘進機在煤礦井下狹小巷道空間內的位姿測量方法。從技術原理上講，該專利提供的檢測方案屬于“機器視覺位姿檢測法”的一種。該方案將機器視覺技術引入煤巷綜掘面，試圖解決掘進機在巷道內的位姿檢測問題。技術原理可行，但工程實際應用價值較低。由于煤巷綜掘面工作環(huán)境特殊，機器視覺目前只應用于對掘進工況的監(jiān)視上，直接用于位姿精確檢測具有較大的實際應用難度。

公告號為CN101266134A的發(fā)明專利“懸臂掘進機頭位姿的測量系統(tǒng)及其方法”，該專利提出了一種針對懸臂掘進機截割頭空間位置的檢測技術。由于該方案試圖檢測截割頭在巷道絕對坐標系中的位置，因此整套系統(tǒng)中也涉及到對掘進機機身位姿的確定工作。該技術方案實質是“基于全站儀測繪的位姿檢測技術”與“基于位姿敏感器的位姿檢測技術”的一種綜合應用。該方案能夠測得機身的三個角度位姿，以及截割頭在巷道坐標系中的絕對位置，但無法獲得掘進機機身基于巷道設計方向軸線的偏向位移。此外，該技術中檢測裝置的經(jīng)濟成本過高，且有效檢測距離過短，實際工程應用時工序繁瑣、綜合應用成本較高。

公告號為CN101975063A的發(fā)明專利“掘進機激光引導定位定向裝置方法”該發(fā)明是在掘進機后面的巷道頂板上設置一個激光導向裝置，在懸臂上安裝一個激光接收器，激光接收器將接收到的光信號轉化為成電壓信號并進行放大，經(jīng)模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號，再經(jīng)單片機程序運算和處理后，即可輸出掘進機偏離激光引導方向的偏差和掘進懸臂對準掘進斷面中心坐標的信息，對懸臂截割頭定位。

公告號為CN102589514A的發(fā)明專利“掘進機位姿參數(shù)測量裝置及其方法”，該發(fā)明涉及一種掘進機機身的位姿參數(shù)的測量裝置及其方法。由激光指向儀、掘進機水平蓋板、定位裝置、激光接收光柵、可編程控制器、回轉裝置及其機架、伺服驅動裝置、安全保護罩、清理刷等組成。激光指向儀指示出當前的巷道基準。工作時，由伺服驅動裝置帶動兩個激光接收光柵先后做回轉運動，當接收到激光指向儀發(fā)射的激光束時，記錄下兩組轉角和兩組距離，并返回初始位置。而兩個光柵間的距離固定為ΔL，通過運算便可得到掘進機機身的五個參數(shù)：掘進機相對于巷道中心線的左右偏移、上下偏移、相對于掘進機機身中心的搖擺角、俯仰角、偏轉角。

上述公開發(fā)明均與本發(fā)明公開的解決方案不同，且無法很好地解決本發(fā)明中提到的應用問題。