[發明專利]一種懸臂式掘進機截割軌跡驗證方法及系統

有效

• 申請號: 202110010136.0
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112325887B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 王昊;白金燕;劉見中;雷毅;禾文;王旭鳴;祝琨;焦月;孫博超;宋雪飛
• 申請（專利權）人: 天地科技股份有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 韓海花

1.一種懸臂式掘進機截割軌跡驗證方法，其特征在于，包括：

利用第一傾角傳感器實時測量懸臂式掘進機機身的橫滾角和機身的俯仰角；利用第二傾角傳感器實時測量懸臂式掘進機懸臂的俯仰角；利用第一角度傳感器實時測量懸臂的偏航角；利用第二角度傳感器實時測量機身的偏航角；確定出所述懸臂式掘進機的懸臂的長度，并實時確定出所述懸臂式掘進機機身在巷道中的距離信息，所述距離信息包括懸臂式掘進機機身到左側煤壁的距離和懸臂式掘進機機身到前煤壁的距離；

基于所述機身的橫滾角、機身的俯仰角、機身的偏航角以及所述距離信息實時確定出所述懸臂式掘進機相對于巷道的位姿;基于所述懸臂的俯仰角、所述懸臂的偏航角、以及所述懸臂的長度實時確定所述懸臂式掘進機的截割頭相對于懸臂式掘進機機身的位姿；

基于所述懸臂式掘進機相對于巷道的位姿以及所述截割頭相對于懸臂式掘進機機身的位姿實時確定出所述截割頭相對于巷道斷面的位姿；

基于各個時刻的所述截割頭相對于巷道斷面的位姿確定出所述截割頭的實際截割軌跡；

將所述實際截割軌跡與預定截割軌跡進行比對以對所述懸臂式掘進機截割軌跡進行驗證，所述預定截割軌跡為預先規劃好的截割軌跡；

其中，所述基于所述懸臂的俯仰角、所述懸臂的偏航角、以及所述懸臂的長度實時確定所述懸臂式掘進機的截割頭相對于懸臂式掘進機機身的位姿，包括：

采集出懸臂的水平標定零位角，基于所述水平標定零位角、懸臂的偏航角以及懸臂的長度R確定截割頭與所述機身在水平方向上的距離X，；

確定出懸臂的垂直標定零位角，基于所述垂直標定零位角、懸臂的俯仰角以及懸臂的長度R確定所述截割頭與機身在垂直方向上的距離Y，；

基于所述懸臂的俯仰角、所述懸臂的偏航角、所述截割頭與所述機身在水平方向和垂直方向上的距離，確定所述截割頭相對于懸臂式掘進機機身的位姿；

其中，所述第一角度傳感器的一端固定在一設置在所述懸臂式掘進機的回轉機架上的第一定位器上，另一端固定在所述懸臂式掘進機的回轉耳架上，以隨著懸臂的旋轉而旋轉；所述第二角度傳感器的一端固定在一設置在所述懸臂式掘進機底座上的第二定位器上，另一端固定在設置于所述底座上的回轉機架上，以隨著所述回轉機架的旋轉而旋轉。

2.根據權利要求1所述的懸臂式掘進機截割軌跡驗證方法，其特征在于，所述基于所述機身的橫滾角、機身的俯仰角、機身的偏航角以及所述距離信息實時確定出所述懸臂式掘進機相對于巷道的位姿，包括：

根據如下公式一確定出所述懸臂式掘進機相對于巷道的位姿；

為機身的橫滾角，為機身的俯仰角，為機身的偏航角，D₁為機身到左側煤壁的距離，L為懸臂式掘進機到前煤壁的距離；D₂為懸臂式掘進機機身寬度，b為截割臂的抬升關節與地面之間的距離。

3.根據權利要求1所述的懸臂式掘進機截割軌跡驗證方法，其特征在于，所述基于所述懸臂式掘進機相對于巷道的位姿以及所述截割頭相對于懸臂式掘進機機身的位姿確定出所述截割頭相對于巷道斷面的位姿，包括：

根據如下公式二確定出所述截割頭相對于巷道斷面的位姿；

。

4.根據權利要求1所述的懸臂式掘進機截割軌跡驗證方法，其特征在于，基于所述懸臂式掘進機工作面巷道斷面的類型、截割頭的直徑、巷道的尺寸、走向以及截割工藝規劃出所述截割頭的預定截割軌跡。

5.根據權利要求1所述的懸臂式掘進機截割軌跡驗證方法，其特征在于，還包括：當所述實際截割軌跡與所述預定截割軌跡不匹配時，報警提示。

6.一種懸臂式掘進機截割軌跡驗證系統，其特征在于，包括：

懸臂式掘進機；

第一傾角傳感器，設置在所述懸臂式掘進機的后機架上，用于測量所述懸臂式掘進機機身的橫滾角和機身的俯仰角；

第二傾角傳感器，設置在所述懸臂式掘進機的懸臂上，用于測量所述懸臂的俯仰角；

第一角度傳感器和第二角度傳感器，均設置在所述懸臂式掘進機的回轉機架上，分別用于測量懸臂的偏航角和機身的偏航角；

超聲波傳感器，設置在所述懸臂式掘進機機身上，用于測量所述懸臂式掘進機機身在巷道中的距離信息，所述距離信息包括懸臂式掘進機機身到左側煤壁的距離和懸臂式掘進機機身到前煤壁的距離；

可編程控制器，分別與所述第一傾角傳感器、第二傾角傳感器、所述第一角度傳感器、以及第二角度傳感器連接，用于根據所述機身的橫滾角、機身的俯仰角、機身的偏航角以及所述距離信息確定出所述懸臂式掘進機相對于巷道的位姿，以及根據所述懸臂的偏航角、所述懸臂的長度確定所述懸臂式掘進機的截割頭相對于懸臂式掘進機機身的位姿，并基于所述懸臂式掘進機相對于巷道的位姿以及所述截割頭相對于懸臂式掘進機機身的位姿確定出所述截割頭相對于巷道斷面的位姿；并基于各個時刻的所述截割頭相對于巷道斷面的位姿確定出所述截割頭的實際截割軌跡；

驗證模塊，與所述可編程控制器連接，用于將所述實際截割軌跡與預定截割軌跡進行比對以對所述懸臂式掘進機截割軌跡進行驗證，所述預定截割軌跡為預先規劃好的截割軌跡；

其中，所述可編程控制器還用于：

采集出懸臂的水平標定零位角，基于所述水平標定零位角、懸臂的偏航角以及懸臂的長度R確定截割頭與所述機身在水平方向上的距離X，；

確定出懸臂的垂直標定零位角，基于所述垂直標定零位角、懸臂的俯仰角以及懸臂的長度R確定所述截割頭與機身在垂直方向上的距離Y，；

基于所述懸臂的俯仰角、所述懸臂的偏航角、所述截割頭與所述機身在水平方向和垂直方向上的距離，確定所述截割頭相對于懸臂式掘進機機身的位姿；

其中，還包括：

第一定位器，設置在所述懸臂式掘進機的回轉機架上，所述第一角度傳感器的一端固定在所述第一定位器上，另一端固定在所述懸臂式掘進機的回轉耳架上，隨著懸臂的旋轉而旋轉，以用于測量所述懸臂的偏航角；

第二定位器，設置在所述懸臂式掘進機底座上，所述第二角度傳感器的一端固定在所述第二定位器上，另一端固定在設置于所述底座上的回轉機架上，隨著所述回轉機架的旋轉而旋轉，以用于測量所述機身的偏航角。