一种掘进机姿态控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种掘进机姿态控制系统及方法。该系统包括：激光导向仪、测距仪、基准仪器、下位机、电子激光靶、惯性导航装置、姿态控制器和上位机；激光导向仪、测距仪和下位机位于掘进机的后方位置；电子激光靶、惯性导航装置、姿态控制器和上位机位于掘进机上；激光导向仪用于发射水平基准激光束；测距仪的输出端与下位机连接；基准仪器的输出端与下位机的连接；下位机与上位机通讯；电子激光靶的输出端与姿态控制器连接；惯性导航装置的输出端与姿态控制器连接；上位机连接姿态控制器；姿态控制器根据接收的数据获得掘进机的当前位置和姿态信息，以便工作人员对掘进机进行操作。本发明专利技术的系统或方法，提高了掘进机的工作效率和工作人员的安全性。

Attitude control system and method for Roadheader

The invention discloses a roadheader attitude control system and method. The system includes: laser guiding instrument, range finder, reference instrument, slave computer, electronic laser target, inertial navigation device, attitude controller and host computer; laser guiding instrument, range finder and slave computer are located in the back position of the roadheader; electronic laser target, inertial navigation device, attitude controller and host computer are located in the roadheader. The laser guide is used to transmit horizontal reference laser beam; the output end of the range finder is connected with the lower computer; the output end of the reference instrument is connected with the lower computer; the communication between the lower computer and the upper computer; the output end of the electronic laser target is connected with the attitude controller; the output end of the inertial navigation device is connected with the attitude controller; the upper computer is connected with the lower computer. Connect the attitude controller; the attitude controller obtains the current position and attitude information of the roadheader according to the received data, so that the worker can operate the roadheader. The system or method of the invention improves the work efficiency of the roadheader and the safety of the workers.

【技术实现步骤摘要】
一种掘进机姿态控制系统及方法
本专利技术涉及掘进机领域，特别是涉及一种掘进机姿态控制系统及方法。
技术介绍
掘进机一般分为全断面掘进机和部分断面掘进机(悬臂式掘进机)两种。在掘进机应用过程中，大多数的掘进机在定位校准、行进、截割操作等过程都需要人为操作，对人员操作能力要求高，不仅效率低下，且现场操作环境恶劣，安全风险较高。如果能实现掘进机运行过程的自动化，则能大幅度提高工作效率，改善人员操作环境。本专利技术主要针对国内煤矿井下巷道掘进应用中的悬臂式掘进机设计的掘进机姿态控制系统及方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种掘进机姿态控制系统及方法，以提高传统掘进机的工作效率，提高工作人员的安全性能。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种掘进机姿态控制系统，所述系统包括：激光导向仪、测距仪、基准仪器、下位机、电子激光靶、惯性导航装置、姿态控制器和上位机；所述激光导向仪、所述测距仪、所述基准仪器和所述下位机位于掘进机的后方位置；所述电子激光靶、所述惯性导航装置、所述姿态控制器和所述上位机位于所述掘进机上；所述激光导向仪用于发射水平基准激光束；所述测距仪用于测量所述测距仪与所述电子激光靶之间的距离，所述测距仪的输出端与下位机的第一输入端连接；所述基准仪器用于确定掘进机的基准位置坐标，所述基准仪器的输出端与所述下位机的第二输入端连接；所述下位机与所述上位机通讯，用于将接收的所述测距仪传输的距离信号和所述基准仪器传输的基准位置信号传输至所述上位机；所述电子激光靶与所述激光导向仪相对设置；所述电子激光靶的输出端与所述姿态控制器的第一输入端连接；所述惯性导航装置与所述激光导向仪相对设置；所述惯性导航装置的输出端与所述姿态控制器的第二输入端连接；所述上位机连接所述姿态控制器的第三输入端，用于将接收的距离信号和基准位置信号传输至所述姿态控制器；所述姿态控制器用于根据接收的数据获得所述掘进机的当前位置和姿态信息，以便工作人员对所述掘进机进行操作。可选的，所述系统还包括：位移传感器；所述位移传感器固定于所述掘进机的液压传动部位，用于测量所述掘进机的悬臂的位移量；所述位移传感器的输出端与所述姿态控制器的第四输入端连接。可选的，所述系统还包括：操作面板，所述操作面板位于所述掘进机上，所述操作面板的信号输出端连接所述姿态控制器的第五输入端。可选的，所述系统还包括：显示屏，所述显示屏与所述姿态控制器的输出端连接，用于显示所述掘进机的当前位置和姿态信息。可选的，所述下位机与所述上位机之间通过无线通讯方式通讯。可选的，所述电子激光靶用于获取激光的入射角和所述掘进机的仰俯角。可选的，所述惯性导航装置用于获取激光的惯性数据，所述惯性数据包括旋转的角速度。本专利技术还提供一种掘进机姿态控制方法，所述方法应用于上述的系统，所述方法包括：获取掘进机的基准位置的坐标；获取所述掘进机与基准位置之间的距离；获取激光的入射角和所述掘进机的仰俯角；获取激光的惯性数据；根据所述基准位置的坐标、所述掘进机与基准位置之间的距离、所述激光的入射角、所述掘进机的仰俯角和所述激光的惯性数据，通过导航算法获得所述掘进机的当前位置和姿态信息。可选的，所述通过导航算法获得所述掘进机的当前位置和姿态信息之后，还包括：获取所述掘进机的当前位置与所述基准位置之间的位移；根据所述位移对所述掘进机的基准位置进行更新，更新后的基准位置坐标为所述掘进机的当前位置的坐标。可选的，所述通过导航算法获得所述掘进机的当前位置和姿态信息之后，还包括：获取所述掘进机的操作数据，所述操作数据为工作人员操作所述掘进机的操作面板时产生的操作数据；将所述操作数据与所述掘进机的当前位置的数据叠加，获得所述掘进机更新后的当前位置信息。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：采用惯性导航装置和电子激光靶的组合实现连续性导航和阶段性标定；采用连续导航、实时导航的方式减少掘进机工作中的位置标定操作；可实现掘进机的远程姿态监控，为掘进机自动驾驶操作奠定基础。采用本专利技术的系统或方法可以实时监控掘进机的姿态，工作人员根据掘进机的姿态进行实时的操作，提高掘进机的工作效率，提高了工作人员的安全性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术掘进机姿态控制系统的结构示意图；图2为本专利技术掘进机姿态控制系统的连接示意图；图3为本专利技术掘进机姿态控制系统中姿态控制器的结构示意图；图4为本专利技术掘进机姿态控制方法的流程示意图；图5为本专利技术掘进机姿态控制方法的操作示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术掘进机姿态控制系统的结构示意图。如图1所示，所述系统包括：激光导向仪1、测距仪2、基准仪器(图中未标示)、下位机3、电子激光靶4、惯性导航装置5、上位机6和姿态控制器7；所述激光导向仪1、所述测距仪2、所述基准仪器和所述下位机3位于掘进机的后方位置；所述电子激光靶4、所述惯性导航装置5、所述上位机6和所述姿态控制器7位于掘进机上；所述激光导向仪1用于发射水平基准激光束；激光导向仪1是以激光束作为准直线，控制施工机械前进方向的仪器。在此，激光导向仪1主要用于向掘进机发送出水平基准激光束，激光束所在基准线一般可以是煤巷道中心基准线，也可依据掘进机电子激光靶的中心水平面与工作断面中心垂面的交接线作为基准线。所述测距仪2用于测量测距仪2与所述电子激光靶4之间的距离，所述测距仪2的输出端与下位机3的第一输入端连接。通常测距仪2为激光测距仪，由于基准仪器通常与测距仪位于相同位置，因此，测距仪2用于测量基准点与掘进机基准平台之间的间距。激光测距仪的测量原理有很多，精密短距离测量多数采用三角法；较近距离的测量可采用相位法；中远距离的测量多数采用脉冲法。所述基准仪器用于确定掘进机的基准位置坐标，基准仪器的位置根据实际需求设定即可，不局限于设置于某个具体位置，所述基准仪器的输出端与所述下位机3的第二输入端连接。基准仪器可以采用经纬仪、全站仪或指北仪。所述下位机3与所述上位机6通讯，用于将接收的所述测距仪2传输的距离信号和所述基准仪器传输的基准位置信号传输至所述上位机6；基准仪器(经纬仪、全站仪或指北仪)产生的位置基准信号发送给下位机3；测距仪2测量获得的测距仪与电子激光靶4之间的距离信号也发送给下位机3；下位机3整合位置基准信号和距离信息，通过无线通讯方式将整合信息发送给上位机6。所述电子激光靶4与所述激光导向仪1相对设置；所述电子激光靶4的输出端与所述姿态控制器7的第一输入端连接。电子激光靶4也称光靶板，是一台智能型传感器。电子激光靶4能接收激光导向仪1发来的激光束，测定激光水平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掘进机姿态控制系统，其特征在于，所述系统包括：激光导向仪、测距仪、基准仪器、下位机、电子激光靶、惯性导航装置、姿态控制器和上位机；所述激光导向仪、所述测距仪、所述基准仪器和所述下位机位于掘进机的后方位置；所述电子激光靶、所述惯性导航装置、所述姿态控制器和所述上位机位于所述掘进机上；所述激光导向仪用于发射水平基准激光束；所述测距仪用于测量所述测距仪与所述电子激光靶之间的距离，所述测距仪的输出端与下位机的第一输入端连接；所述基准仪器用于确定掘进机的基准位置坐标，所述基准仪器的输出端与所述下位机的第二输入端连接；所述下位机与所述上位机通讯，用于将接收的所述测距仪传输的距离信号和所述基准仪器传输的基准位置信号传输至所述上位机；所述电子激光靶与所述激光导向仪相对设置；所述电子激光靶的输出端与所述姿态控制器的第一输入端连接；所述惯性导航装置与所述激光导向仪相对设置；所述惯性导航装置的输出端与所述姿态控制器的第二输入端连接；所述上位机连接所述姿态控制器的第三输入端，用于将接收的距离信号和基准位置信号传输至所述姿态控制器；所述姿态控制器用于根据接收的数据获得所述掘进机的当前位置和姿态信息，以便工作人员对所述掘进机进行操作。...

【技术特征摘要】
1.一种掘进机姿态控制系统，其特征在于，所述系统包括：激光导向仪、测距仪、基准仪器、下位机、电子激光靶、惯性导航装置、姿态控制器和上位机；所述激光导向仪、所述测距仪、所述基准仪器和所述下位机位于掘进机的后方位置；所述电子激光靶、所述惯性导航装置、所述姿态控制器和所述上位机位于所述掘进机上；所述激光导向仪用于发射水平基准激光束；所述测距仪用于测量所述测距仪与所述电子激光靶之间的距离，所述测距仪的输出端与下位机的第一输入端连接；所述基准仪器用于确定掘进机的基准位置坐标，所述基准仪器的输出端与所述下位机的第二输入端连接；所述下位机与所述上位机通讯，用于将接收的所述测距仪传输的距离信号和所述基准仪器传输的基准位置信号传输至所述上位机；所述电子激光靶与所述激光导向仪相对设置；所述电子激光靶的输出端与所述姿态控制器的第一输入端连接；所述惯性导航装置与所述激光导向仪相对设置；所述惯性导航装置的输出端与所述姿态控制器的第二输入端连接；所述上位机连接所述姿态控制器的第三输入端，用于将接收的距离信号和基准位置信号传输至所述姿态控制器；所述姿态控制器用于根据接收的数据获得所述掘进机的当前位置和姿态信息，以便工作人员对所述掘进机进行操作。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：位移传感器；所述位移传感器固定于所述掘进机的液压传动部位，用于测量所述掘进机的悬臂的位移量；所述位移传感器的输出端与所述姿态控制器的第四输入端连接。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：操作面板，所述操作面板位于所述掘进机上，所述操作面板的信号输出端连接所述姿态控...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨胜利，张玉玺，王鹏辉，李鹏，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，北京强度环境研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11