[發(fā)明專(zhuān)利]一種地下巷道掘進(jìn)裝備實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011222229.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112414394A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦念穩(wěn);李建華;肖正航;張宏;王營(yíng)松;陳曉偉;李兆陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01C21/00
• 分類(lèi)號(hào): G01C21/00;G01C21/16;G01C21/20;G01C1/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙七源專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 43214
• 代理人: 張勇;周曉艷

本發(fā)明提供了一種地下巷道掘進(jìn)裝備實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，包括后視棱鏡、定位棱鏡、全站儀、測(cè)站點(diǎn)棱鏡、吊籃和慣性測(cè)量單元；后視棱鏡和吊籃安裝在巷道的頂板上；定位棱鏡和慣性測(cè)量單元安裝在掘進(jìn)裝備上，吊籃位于后視棱鏡與掘進(jìn)裝備之間，吊籃內(nèi)設(shè)有全站儀和測(cè)站點(diǎn)棱鏡。本發(fā)明還提供了一種地下巷道掘進(jìn)裝備實(shí)時(shí)定位方法，采用了上述的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)站的方式，獲得地理坐標(biāo)系與全站儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，然后利用定位棱鏡坐標(biāo)與掘進(jìn)裝備坐標(biāo)之間的平移關(guān)系，算出掘進(jìn)裝備在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，最后通過(guò)慣性測(cè)量單元得到位姿參數(shù)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)掘進(jìn)裝備的精準(zhǔn)定位，提高了定位的精度和準(zhǔn)確度，減少了人工測(cè)量，降低了安全事故發(fā)生的可能性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程機(jī)械定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地下巷道掘進(jìn)裝備實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著煤礦裝備技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)煤礦巷道從以往以人工為主的掘進(jìn)方式逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化掘進(jìn)，但人工還不能完全從煤礦巷道中完全解放。我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)以懸臂式掘進(jìn)機(jī)為主，煤礦掘進(jìn)工作面仍然是我國(guó)煤礦事故多發(fā)區(qū)，亟需提高掘進(jìn)裝備自動(dòng)化和智能化水平，對(duì)于確保我國(guó)煤礦安全高效生產(chǎn)具有極其重要的意義。

掘進(jìn)機(jī)是目前煤礦巷道掘進(jìn)的重要機(jī)械設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)化作業(yè)，首先要解決的就是在煤礦巷道中對(duì)掘進(jìn)機(jī)的精確定位。煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量粉塵、噪音和存在極大安全隱患，若通過(guò)人工在煤礦巷道中測(cè)量定位，對(duì)操作手造成極大的健康威脅和安全隱患，除此之外，人工測(cè)量受到操作手自身的身體條件和煤礦巷道環(huán)境的影響，測(cè)量精度低。因此為保障定位精度、減少人工操作，對(duì)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)化和無(wú)人化作業(yè)提出了迫切的要求。

綜上所述，急需一種地下巷道掘進(jìn)裝備實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)及方法以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種地下巷道掘進(jìn)裝備實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)及方法，以解決煤礦巷道中對(duì)掘進(jìn)機(jī)的精確定位問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種地下巷道掘進(jìn)裝備實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，包括后視棱鏡、定位棱鏡、全站儀、測(cè)站點(diǎn)棱鏡、吊籃和慣性測(cè)量單元；后視棱鏡和吊籃安裝在巷道的頂板上；定位棱鏡和慣性測(cè)量單元安裝在掘進(jìn)裝備上，吊籃位于后視棱鏡與掘進(jìn)裝備之間，吊籃內(nèi)設(shè)有全站儀和測(cè)站點(diǎn)棱鏡。

本發(fā)明還提供了一種地下巷道掘進(jìn)裝備實(shí)時(shí)定位方法，采用了上述的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，包括以下步驟：

步驟一：通過(guò)全站儀設(shè)站的方式獲得全站儀和大地的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系；

步驟二：用全站儀測(cè)掘進(jìn)裝備上定位棱鏡的坐標(biāo)，獲得定位棱鏡在全站儀坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系算出定位棱鏡在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

步驟三：結(jié)合定位棱鏡在掘進(jìn)裝備上固定的安裝位置，定位棱鏡坐標(biāo)與掘進(jìn)裝備中心點(diǎn)坐標(biāo)之間的平移關(guān)系，算出掘進(jìn)裝備中心點(diǎn)在大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(X₀,Y₀,Z₀)；

步驟四：通過(guò)安裝在掘進(jìn)裝備上的慣性測(cè)量單元，獲得掘進(jìn)裝備的俯仰角、橫滾角和偏航角。

進(jìn)一步地，步驟一具體是：使用全站儀測(cè)量分別測(cè)出后視棱鏡坐標(biāo)P_后(X_后，Y_后，Z_后)及測(cè)站點(diǎn)棱鏡坐標(biāo)P_測(cè)(X_測(cè)，Y_測(cè)，Z_測(cè))；將吊籃內(nèi)的全站儀調(diào)平，獲取后視棱鏡在全站儀坐標(biāo)系下的原始測(cè)量數(shù)據(jù)P1(水平角、垂直角、斜距)；