[發(fā)明專(zhuān)利]采煤機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911254913.5
• 申請(qǐng)日: 2019-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110847905A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 符世琛;馬源;張子悅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）
• 主分類(lèi)號(hào): E21C35/24
• 分類(lèi)號(hào): E21C35/24;E21C35/00;E21C25/16;E21F17/18;E21F17/00;G01C21/20
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種采煤機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是：該系統(tǒng)包括：全站儀，UWB固定基站群，UWB移動(dòng)基站群，UWB定位節(jié)點(diǎn)，尋北儀，傾角傳感器。其中，全站儀作為系統(tǒng)基準(zhǔn)安裝在運(yùn)輸上山與區(qū)段運(yùn)輸平巷交點(diǎn)。將UWB固定基站群安裝在綜采工作面與運(yùn)輸平巷交點(diǎn)轉(zhuǎn)載機(jī)處，作為采煤工作面的坐標(biāo)基準(zhǔn)。UWB移動(dòng)基站群安裝至液壓支架頂板下方，隨液壓支架移動(dòng)自主標(biāo)定。UWB節(jié)點(diǎn)、尋北儀以及傾角傳感器安裝至采煤機(jī)機(jī)身。采煤機(jī)工作時(shí)，UWB移動(dòng)基站群對(duì)UWB節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位并傳輸至UWB固定基站群；UWB固定基站群由全站儀進(jìn)行標(biāo)定，通過(guò)坐標(biāo)變換矩陣完成采煤機(jī)在基準(zhǔn)坐標(biāo)系的定位，尋北儀及傾角傳感器用以對(duì)采煤機(jī)機(jī)身姿態(tài)進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量，從而完成采煤機(jī)在完整煤層采煤中的全自主導(dǎo)航。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采煤機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是：所述的UWB節(jié)點(diǎn)固定在采煤機(jī)機(jī)身，并且與UWB移動(dòng)基站群呈視距傳播，采煤機(jī)移動(dòng)時(shí)，UWB移動(dòng)基站群對(duì)UWB節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)UWB測(cè)距，根據(jù)測(cè)距信息建立定位方程組，通過(guò)解算可建立UWB節(jié)點(diǎn)相對(duì)于UWB移動(dòng)基站的相對(duì)空間坐標(biāo)。所述的尋北儀及傾角傳感器安裝至采煤機(jī)機(jī)身工控箱內(nèi)，當(dāng)采煤機(jī)完成一個(gè)縱向斷面采煤時(shí)，對(duì)采煤機(jī)航向角、俯仰角以及橫滾角進(jìn)行測(cè)量標(biāo)定，采煤機(jī)坐標(biāo)及姿態(tài)信息由UWB節(jié)點(diǎn)的天線進(jìn)行傳輸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采煤機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是：所述的UWB移動(dòng)基站與液壓支架匹配布置，每臺(tái)液壓支架的頂板底部安裝一臺(tái)UWB移動(dòng)基站。當(dāng)單臺(tái)液壓支架移動(dòng)時(shí)，單臺(tái)UWB移動(dòng)基站由其他UWB移動(dòng)基站標(biāo)定并更新空間位置坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)UWB移動(dòng)基站群的坐標(biāo)自主平移。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采煤機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是：所述的UWB固定基站群包括4臺(tái)UWB測(cè)距基站，以確定的位置安裝至區(qū)段運(yùn)輸平巷與采煤工作面交點(diǎn)的轉(zhuǎn)載機(jī)處，作為采煤工作面的坐標(biāo)基準(zhǔn)。當(dāng)液壓支架進(jìn)行縱向移動(dòng)時(shí)，UWB固定基站隨轉(zhuǎn)載機(jī)一同縱向移動(dòng)，移動(dòng)后的位置坐標(biāo)由全站儀標(biāo)定。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采煤機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征是:所述的全站儀安裝至運(yùn)輸上山與區(qū)段運(yùn)輸平巷的交點(diǎn)處，由地測(cè)人員在煤層開(kāi)采前進(jìn)行標(biāo)定，作為采煤機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)的坐標(biāo)基準(zhǔn)。

6.一種用權(quán)利要求1所述的采煤機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)的采煤機(jī)自主導(dǎo)航方法，其特征是：

采煤工作開(kāi)始前，將全站儀安裝至運(yùn)輸上山與區(qū)段運(yùn)輸平巷的交點(diǎn)處，全站儀坐標(biāo)由地測(cè)人員事先標(biāo)定，作為采煤機(jī)自主導(dǎo)航系統(tǒng)的坐標(biāo)基準(zhǔn)；將全站儀目標(biāo)棱鏡與UWB固定基站安裝至區(qū)段運(yùn)輸平巷與采煤工作面交點(diǎn)處的轉(zhuǎn)載機(jī)上，目標(biāo)棱鏡與UWB固定基站存在確定的位置關(guān)系；當(dāng)系統(tǒng)工作，全站儀通過(guò)對(duì)目標(biāo)棱鏡進(jìn)行測(cè)距和測(cè)角，確定目標(biāo)棱鏡相對(duì)于全站儀坐標(biāo)基準(zhǔn)的三位坐標(biāo)，進(jìn)而得到UWB固定基站的確定位置坐標(biāo)；UWB移動(dòng)基站群分別安裝至液壓支架群頂板的底部，每臺(tái)UWB移動(dòng)基站由UWB固定基站群進(jìn)行測(cè)距，根據(jù)多組測(cè)距信息建立定位觀測(cè)方程組，求解即可得到UWB移動(dòng)基站相對(duì)于固定基站群的位置坐標(biāo)，當(dāng)液壓支架依次縱向移動(dòng)時(shí)，單臺(tái)UWB移動(dòng)基站由附近未移動(dòng)的基站測(cè)距并解算位置坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)UWB基站群的坐標(biāo)自主連續(xù)平移；UWB定位節(jié)點(diǎn)安裝至采煤機(jī)機(jī)身，采煤機(jī)工作時(shí)，UWB移動(dòng)基站群對(duì)UWB定位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)距并解算，從而得到采煤機(jī)位置相對(duì)于UWB移動(dòng)基站群的實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)系變換矩陣進(jìn)而得到采煤機(jī)相對(duì)于全站儀基準(zhǔn)坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)；尋北儀及傾角傳感器安裝至采煤機(jī)機(jī)身，當(dāng)采煤機(jī)完成一個(gè)縱向采煤截割時(shí)，啟動(dòng)尋北儀及傾角傳感器對(duì)采煤機(jī)姿態(tài)角進(jìn)行測(cè)量標(biāo)定，測(cè)量信息通過(guò)UWB定位節(jié)點(diǎn)天線傳輸至全站儀坐標(biāo)系處的系統(tǒng)終端，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的全自主導(dǎo)航。