一种惯性导航与激光扫描融合的采煤机定位装置制造方法及图纸

一种惯性导航与激光扫描融合的采煤机定位装置，属于采煤机定位技术领域。定位装置包括在采煤机机身上固定有定位装置防爆外壳、激光信号接收模块；惯性导航定位装置、激光扫描微处理器安装在防爆装置内；惯性导航定位装置通过传感器得到实时角速率、实时加速度，并将数据传至惯性导航微处理器；激光扫描装置中，激光扫描基站布置在采煤机工作区域，其激光信号被激光信号接收模块接收，同时数据传至激光扫描微处理器；微处理器通过串口与上位机连接，将各自采集的定位数据传至采煤机定位控制系统以实现数据的处理，其采用基于最小二乘法—神经网络算法的融合算法确定采煤机位置，实现精确定位，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种惯性导航与激光扫描融合的采煤机定位装置，属于采煤机定位
定位装置包括在采煤机机身上固定有定位装置防爆外壳、激光信号接收模块；惯性导航定位装置、激光扫描微处理器安装在防爆装置内；惯性导航定位装置通过传感器得到实时角速率、实时加速度，并将数据传至惯性导航微处理器；激光扫描装置中，激光扫描基站布置在采煤机工作区域，其激光信号被激光信号接收模块接收，同时数据传至激光扫描微处理器；微处理器通过串口与上位机连接，将各自采集的定位数据传至采煤机定位控制系统以实现数据的处理，其采用基于最小二乘法—神经网络算法的融合算法确定采煤机位置，实现精确定位，安全可靠。【专利说明】一种惯性导航与激光扫描融合的采煤机定位装置
本技术涉及一种采煤机定位的装置及方法，特别是一种惯性导航与激光扫描融合的采煤机定位装置。
技术介绍
定位技术，是指对目标采取某种手段进行测量，进而获得目标位置信息的技术。随着现代技术的不断进步，在生产生活中，定位的地位也越来越高。在诸多定位领域中，对矿井下各类设备的定位正慢慢步入人们的视野。由于近年来矿井下安全事故频发、灾害严重等问题突出，因此对矿井下设备的定位显得尤为重要，这同时也是实现自动化生产和安全生产的前提条件。在煤炭资源的开采过程中，采煤机是井下作业重要的设备之一，因此，对采煤机的位置定位就显得尤为重要。然而，由于矿井下的特殊条件，其环境的复杂性使得很多通常采用的定位手段在矿井下达不到定位精度的要求，甚至在矿井下无法实现对采煤机位置的确定。在这种背景下，惯性导航定位、激光扫描定位等技术的不断发展，使得对采煤机位置的精确定位成为可能。在采煤机的传统校准方式中，往往不能实现精确校准，存在固有误差。当前，煤矿井下一般采用的采煤机定位方式主要有齿轮计数法、红外对射法、超声波反射法、无线传感网络定位法及纯惯性导航法。其中，采煤机齿轮计数定位法是通过对行走部齿轮转动的圈数进行计数，并依据液压支架来定位出采煤机的位置，这种方法比较简单，成本低，但由于采煤机在作业过程中是沿着工作面横向及纵向运动，而齿轮计数法只能确定采煤机行走路程，因此造成定位不精确，产生很大误差;红外对射定位法则是在采煤机机身安装红外发射装置，在液压支架固定有红外接收装置，在采煤机作业过程中，通过接收装置对接收信号强弱的分析，从而判断采煤机具体位置，采用这个方法的缺点是不能连续的检测采煤机的位置，同时红外信号的发射和接收必须处于同一水平面，否则很难有效的接收信号，因此在实际的井下环境中，由于干扰因素众多，往往也不能精确定位；无线传感网络定位是通过WIF1、ZIGBEE、UWB或蓝牙等技术对采煤机位置进行定位，这种定位方式往往受制于定位系统不稳定以及技术研究不成熟、成本过高因此无法在井下运用；纯惯性定位法是利用加速度计和陀螺仪得出采煤机的轴加速度及轴角速度，然后通过算法来确定采煤机的位置，这种方法缺点是由于陀螺仪和加速度计存在漂移，累积误差不断增大，因此精度很难保证，也无法实现对采煤机的绝对定位。综上所述，现有的采煤机定位方式，如齿轮计数法、红外对射法、超声波反射法、无线传感网络定位法及纯惯性导航法等，对矿井下采煤机的位置定位仍存在较大误差，往往受制于其检测方式自身与矿井下检测环境的影响，对采煤机的定位无法满足对精度的要求。
技术实现思路
技术目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种惯性导航与激光扫描融合的采煤机定位装置，解决单纯的采用惯性导航定位存在累积误差不断增大的问题，实现对采煤机的位置精确定位。为了实现上述目的，本技术的惯性导航与激光扫描融合的采煤机定位装置，包括:采煤机、惯性导航定位装置、激光扫描装置、定位装置防爆外壳及上位机;在采煤机机身上固定有定位装置防爆外壳和激光扫描装置的激光信号接收模块;惯性导航定位装置安装在定位装置防爆外壳内；所述的惯性导航定位装置包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、惯性导航微处理器;三轴陀螺仪包括有三轴陀螺传感器，三轴加速度计包括有三轴加速度传感器;在采煤机运行过程中，惯性导航定位装置通过三轴陀螺仪测得三个方向上的实时角速率，通过三轴加速度计测得三个方向上的实时加速度值，并将三轴陀螺传感器和三轴加速度传感器的测量数据采样至惯性导航微处理器，惯性导航微处理器通过串口与上位机连接；所述的激光扫描装置包括激光扫描基站、激光信号接收模块和激光扫描微处理器;激光扫描基站布置在采煤机工作区域;激光扫描微处理器安装在定位装置防爆外壳内；激光信号接收模块与激光扫描微处理器连接，激光扫描微处理器通过串口与上位机连接，将激光扫描定位数据传至上位机中采煤机定位控制系统;激光扫描基站发射的激光由采煤机机身上的激光信号接收模块进行接收，接收到的时间信息被激光扫描微处理器进行采集处理;上位机通过对数据信息进行判别处理，采用最小二乘法确定系数权值、神经网络算法进行定位评估的融合算法以最终确定采煤机位置，实现精确定位。有益效果，由于采用了上述方案，采煤机定位装置，将惯性导航定位、激光扫描定位进行融合来实现对采煤机的定位;解决了单纯的采用惯性导航定位会存在累积误差不断增大的问题，造成采煤机定位精度失准，采用激光扫描的定位方式可以实现准确定位，并可以将准确的位置信息赋值给惯性导航系统内设定为每一次的定位初值，从而去除累积误差;激光扫描方式虽然定位精确，但是扫描往往因为井下恶劣的环境而受到影响，如粉尘、遮蔽物等，使得扫描无法得出结果，同时也存在因时间同步、时间延迟等问题产生误差，此时，惯性导航系统可以在激光扫描位置信息偏差过大或无法定位的时刻，给出采煤机定位结果;两种方式进行相互结合，采用融合优化算法进一步的处理，得到采煤机位置坐标，实现对采煤机位置的精确定位。优点: (I)选取惯性导航与激光扫描融合的采煤机定位方法，利用了两种定位方法本身的优势，即惯性导航定位抗干扰能力强、激光扫描定位准确的优点，同时有效的抑制了惯性导航时间累积误差以及激光扫描容易受到干扰和遮挡影响的缺点，保证了定位的精度，减少定位误差，符合采煤机定位的要求。(2)本技术方法使用，安全可靠，安装和操作方便，规避了在实际动态测量中产生误差的情形，具有重要的参考价值和实际意义。【附图说明】图1是本技术惯性导航与激光扫描融合的采煤机定位装置布置图。图2是本技术定位装置防爆外壳内部示意图。图中:1、采煤机;2、定位装置防爆外壳;3、激光信号接收模块;4、惯性导航定位装置;4-1、三轴陀螺仪;4-2、三轴加速度计;4-3、惯性导航微处理器;5、激光扫描微处理器;6、上位机。【具体实施方式】下面结合附图中的实施例对本技术作进一步的说明:本技术的惯性导航与激光扫描融合的采煤机定位装置，包括:采煤机1、惯性导航定位装置4、激光扫描装置、定位装置防爆外壳2及上位机6;在采煤机I机身上固定有定位装置防爆外壳2和激光扫描装置的激光信号接收模块;惯性导航定位装置4安装在定位装置防爆外壳2内；所述的惯性导航定位装置4包括三轴陀螺仪4-1、三轴加速度计4-2、惯性导航微处理器4-3;三轴陀螺仪4-1包括有三轴陀螺传感器，三轴加速度计4-2包括有三轴加速度传感器;在采煤机运行过程中，惯性导航定位装置4通过三轴陀螺仪4-1测得三个方向上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种惯性导航与激光扫描融合的采煤机定位装置，包括采煤机、惯性导航定位装置、激光扫描装置、定位装置防爆外壳及上位机；其特征是：所述采煤机机身上固定有定位装置防爆外壳和与激光扫描装置相连的激光信号接收模块；所述惯性导航定位装置安装在定位装置防爆外壳内，惯性导航定位装置和激光扫描装置分别接上位机；所述的惯性导航定位装置包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、惯性导航微处理器；三轴陀螺仪包括有三轴陀螺传感器，三轴加速度计包括有三轴加速度传感器；惯性导航微处理器通过串口与上位机连接；所述的激光扫描装置包括激光扫描基站、激光信号接收模块和激光扫描微处理器；激光扫描基站布置在采煤机工作区域；激光扫描微处理器安装在定位装置防爆外壳内；激光信号接收模块与激光扫描微处理器连接，激光扫描微处理器通过串口与上位机连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一鸣，张博渊，杨滨海，左雪，李雨潭，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32