[發明專利]采煤機自主導航系統及方法

在審

• 申請號: 201911254913.5
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN110847905A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 符世琛;馬源;張子悅
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21C35/24
• 分類號: E21C35/24;E21C35/00;E21C25/16;E21F17/18;E21F17/00;G01C21/20
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• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種采煤機自主導航系統及方法，該系統包括全站儀，UWB固定基站群，UWB移動基站群，UWB定位節點，尋北儀，傾角傳感器。其中，全站儀作為系統基準安裝在運輸上山與區段運輸平巷交點。將UWB固定基站群安裝在綜采工作面與運輸平巷交點轉載機處，作為采煤工作面的坐標基準。UWB移動基站群安裝至液壓支架頂板下方，隨液壓支架移動自主標定。UWB節點、尋北儀以及傾角傳感器安裝至采煤機機身。采煤機工作時，UWB移動基站群對UWB節點進行定位并傳輸至UWB固定基站群；UWB固定基站群由全站儀進行標定，通過坐標變換矩陣完成采煤機在基準坐標系的定位，尋北儀及傾角傳感器用以對采煤機機身姿態進行絕對測量，從而完成采煤機在完整煤層采煤中的全自主導航。

技術領域

本發明涉及一種綜采工作面的采煤機，特別是涉及一種采煤機自主導航系統及其方法。

背景技術

采煤機是綜采成套裝備的主要設備之一。在傳統的煤層開采過程中。采煤機的行進路線由測量部門繪制，采煤工作人員通過控制液壓支架群及刮板輸送機狀態，進而控制采煤機的采集路線。目前，采煤機的導航方式主要為人工直視遙控。由于礦井巷道環境惡劣，這種導航方法不僅效率低，而且精度有限。此外，采煤工作面為礦井事故多發區，大大增加了采煤工作人員的工作強度及工作危險性。

隨著社會的進步，礦井工作人員的安全受到了越來越多的關注。近年來，一些高等院校和其他科研機構針采煤機導航問題進行了一定的研究。

公開號為“CN102183255A”的專利公開了一種“綜采工作面采煤機定位裝置及定位方法”；公開號為“CN108180904A”的專利公開了一種“采煤機多慣導定位裝置及方法”；公開號為“CN108548534A”的專利公開了一種“井下采煤機定位方法”；公開號為“CN108827220A”的專利公開了一種“基于捷聯慣導的煤礦綜采工作面直線度檢測方法”；公開號為“CN109186589A”的專利公開了一種“一種基于陣列式慣性單元的采煤機定位方法”；公開號為“CN110285810A”的專利公開了一種“一種基于慣性導航數據的采煤機自主定位方法及裝置”。

上述若干方法均采用單套慣導或多套慣導系統對采煤進行導航，但慣導系統誤差隨時間累積誤差呈非線性增大，沒有其他方式標定的情況下，最終系統失效，無法滿足實際工業需求。

公開號為“CN106570877B”的專利公開了一種“基于采煤機虛擬樣機與真實圖像配準的采煤機位姿定位系統及方法”；公開號為“CN109115172A”的專利公開了一種“基于機器視覺的采煤機機身位姿檢測方法”；公開號為“CN109736803A”的專利公開了一種“一種基于紅外線定位的井下自動采煤系統及方法”；公開號為“CN109903383A”的專利公開了一種“一種采煤機在工作面煤層三維模型中精確定位方法”；公開號為“CN110231626A”的專利公開了一種“一種采煤機定位監測系統及其監測方法”。

上述若干方法采用機器視覺、激光光束或激光雷達的方法對采煤機進行定位，但采煤工作面環境惡劣粉塵大，對視覺信號或激光信號影響極大，因此無法保證系統精度。

公開號為“CN108661637A”的專利公開了一種“用于采煤機位置定位的感知控制方法；該專利主要利用旋轉編碼器測量采煤機行走部的距離，從而推算采煤機的位置坐標，但是該方法僅能測量采煤機的局部位置，無法實現采煤機相對于礦井基準坐標系的絕對測量。

公開號為“CN108981685A”的專利公開了一種“綜采工作面采煤機定位裝置；該專利提出了一種激光、紅外、超聲以及慣導融合的組合采煤機定位方案，但僅提供了粗略文字方案，并無實際意義。

鑒于以上發明的種種缺陷，為了實現采煤機的完全自主導航，將礦井工作人員徹底從采煤工作面的繁重危險的工作中解救出來，經過不斷的研究及設計，并經反復試驗及改進后，終于創設出確具實用價值的本發明。

發明內容