井下采煤机定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种井下采煤机定位系统，所述采煤机包括顶部的防护板(6.1)和底部的行走底座(6.3)，底座(6.3)上安装有机体(6.2)，防护板(6.1)由位于底座(6.3)上的支撑装置(6.4)支撑，机体(6.2)的前端装有前惯导(6.15)，后端装有后惯导(6.14)，底座(6.3)上安装有速度传感器(6.16)；所述前惯导(6.15)、后惯导(6.14)以及速度传感器(6.16)均与中央处理器相连，中央处理器根据前惯导(6.15)、后惯导(6.14)以及速度传感器(6.16)的检测值，进行采煤机位置解算。本发明专利技术定位精度高。

Positioning system of underground Shearer

The invention discloses a positioning system for underground shearer. The shearer comprises a top protective plate (6.1) and a bottom walking base (6.3), an organism (6.2) is installed on the base (6.3), a protective plate (6.1) is supported by a support device (6.4) located on the base (6.3), and a front inertial navigation (6.15) is installed on the front end of the body (6.2), and a rear inertial navigation (6.15) is installed on the back end. The front inertial navigation (6.15), the rear inertial navigation (6.14) and the speed sensor (6.16) are all connected with the CPU, which calculates the position of the shearer according to the detection values of the front inertial navigation (6.15), the rear inertial navigation (6.14) and the speed sensor (6.16). The invention has high positioning accuracy.

【技术实现步骤摘要】
井下采煤机定位系统
本专利技术属于煤炭领域，特别涉及一种井下采煤机定位系统。
技术介绍
煤矿井下工作风险性高，且随着煤层开采深度的不断增大，采煤难度与日俱增，井下人员的安全保障难度增加。为了保障矿井安全高效生产，提高煤矿产量，必须实现自动化采煤，为此煤炭工业以智能化、少人化、无人化为发展目标。采煤机作为综采设备“三机”(采煤机、液压支架、刮板输送机)之一，其位姿信息决定了刮板输送机与液压支架的状态，因此监测与确定采煤机在综采工作面的运行位置与姿态，完成记忆截割，是实现综采“三机”自动化运行的重要基础。常用的采煤机定位系统有齿轮计数法、红外对射法及超声波反射法，但这些方法存在累积误差、无法连续监测等缺点。针对该问题，提出利用多传感器组合定位方式消除误差，并开始使用惯导系统。惯导系统在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏，具有数据更新率高、数据全面、短时定位精度高等优点，但其长时定位存在累计误差，长时定位精度差，单个惯性导航的定位精度不能满足综采工作面自动化的要求。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种井下采煤机定位系统。一种井下采煤机定位系统，所述采煤机包括顶部的防护板6.1和底部的行走底座6.3，底座6.3上安装有机体6.2，防护板6.1由位于底座6.3上的支撑装置6.4支撑，机体6.2的前端装有前惯导6.15，后端装有后惯导6.14，底座6.3上安装有速度传感器6.16；所述前惯导6.15、后惯导6.14以及速度传感器6.16均与中央处理器相连，中央处理器包括航位推算模块、扩展卡尔曼滤波模块、约束模块以及输出模块，其中：航位推算模块，前惯导6.15和后惯导6.14将其位置坐标输入到航位推算模块，航位推算模块根据航位推算法计算前、后惯导的位置坐标；其中下标k-1、k分别表示k-1时刻和k时刻；N,E,U分别为惯导北、东、天方向位置坐标；V为速度传感器6.16输出的速度值；T为采样周期:θ分别为惯导输出的航向角和俯仰角。扩展卡尔曼滤波模块，用于根据航位推算模块所计算的位置坐标，构建状态方程：其中，状态量X＝[N1ElU1N2E2U2]T,N1ElU1分别为前惯导6.15北、东、天方向位置坐标，N2、E2、U2分别为后惯导6.14北、东、天方向位置坐标；W为状态噪声。约束模块，用于以两个惯导安装后相对距离为约束条件，推导扩展卡尔曼滤波模块的量测方程；记相对距离为r，其满足如下关系式:上式可简写为Zk＝h(Xk)+Vk,其中下标k表示k时刻；量测量Z＝[r]；V为量测噪声；以此方程作为扩展卡尔曼滤波模块的量测方程。输出模块，扩展卡尔曼滤波模块输出前惯导6.15和后惯导6.14北、东、天的位置坐标至输出模块，输出模块将前惯导6.15的位置坐标作为采煤机的定位结果输出。本专利技术的有益效果是：通过设置支撑装置和防护板，使得采煤机本体得到有效防护，支撑装置不易发生倾倒，稳定性好，结构强度大，不易变形，抗压力强，防止了掉落的煤块对采煤机的冲击；利用前惯导和后惯导两个惯导安装后相对距离为固定值的约束条件，用低成本的后惯导校准高成本的前惯导，达到高精度定位，使其满足煤矿井下对于采煤机定位精度的要求，为实现综采工作面智能化奠定了基础。附图说明图1是采煤系统整体结构示意图；图2A是采煤机的结构示意图；图2B是定位系统的结构示意图；图2C是图2A中A部放大图；图3A是巷道支撑装置的结构示意图；图3B是巷道支撑装置的施工图；图4是瓦斯抽放钻孔的结构示意图；图5是除尘装置的布置图；图6是除尘装置的结构示意图；图7是防爆系统示意图；图8A是转轴密封结构的第一示意图；图8B是转轴密封结构的第二示意图；图8C是转轴密封结构的第三示意图。具体实施方式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，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明，使本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。首先结合图1，对本专利技术的采煤系统做整体介绍。采煤是在巷道2进行的，巷道2延伸至综采作业面，采煤机6位于综采作业面处，通过采煤机实现综采作业，在综采作业面处还设置有除尘装置8以及输送皮带7。巷道2通过多个支撑装置5支撑，支撑装置5沿巷道长度方向排列，支撑装置5支撑于巷道2的顶1与底4之间，通过支撑装置5支撑顶板与底板，从而防止巷道坍塌。在巷道2中还设置有多根顶底板变形测量装置3，例如沿巷道长度方向每隔100米设置一根顶底板变形测量装置3，通过顶底板变形测量装置3可以测量顶板或底板的变形量，从而可以对巷道变形量进行测量，当变形量大于设定值时，提示该测量装置附近有塌方的可能，需要维护人员及时进行处理,在巷道2之上的裂隙带中开凿瓦斯抽放钻孔9。采煤机6位于综采作业面处，是主要的采煤机械。如图2A所示，采煤机6包括顶部的防护板6.1和底部的行走底座6.3，底座6.3上安装有机体6.2，防护板6.1由位于底座6.3上的支撑装置6.4支撑，支撑装置6.4与支撑装置5具有相同的结构，区别仅在于支撑装置6.4安装于底座6.3上用于支撑防护板6.1，而支撑装置5安装于巷道2中，用于支撑顶板5.1，对于支撑装置6.4的结构将在下述支撑装置5中做进一步的详细介绍。在机体6.2中设置有驱动电机、中央处理器、通信装置等，机体6.2的前端装有前惯导6.15，后端装有后惯导6.14，底座6.3上安装有速度传感器6.16。机体6.2通过截割臂6.5与滚筒6.7相连，在滚筒6.7上安装有截齿，滚筒6.7通过转轴6.6安装于截割臂6.5上。主水管6.8与主进气管6.9穿过防护板6.1至滚筒6.7上方。参阅图2B，前惯导6.15、、后惯导6.14以及速度传感器6.16均与中央处理器相连，中央处理器根据前惯导6.15、、后惯导6.14以及速度传感器6.16的检测值，完成采煤机姿态解算；中央处理器包括航位推算模块、扩展卡尔曼滤波模块、约束模块以及输出模块。由于前、后两个惯导的相对距离为固定值，因此，可以此作为约束条件，提高双惯导定位精度。航位推算模块，前惯导6.15和后惯导6.14将其位置坐标输入到航位推算模块，航位推算模块根据航位推算法计算前、后惯导的位置坐标；其中下标k-1、k分别表示k-1时刻和k时刻；N,E,U分别为惯导北、东、天方向位置坐标；V为速度传感器6.16输出的速度值；T为采样周期:θ分别为惯导输出的航向角和俯仰角。扩展卡尔曼滤波模块，用于根据航位推算模块所计算的位置坐标，构建状态方程：其中，状态量X＝[N1ElU1N2E2U2]T,N1ElU1分别为前惯导6.15北、东、天方向位置坐标，N2、E2、U2分别为后惯导6.14北、东、天方向位置坐标；W为状态噪声。约束模块，用于以两个惯导安装后相对距离为约束条件，推导扩展卡尔曼滤波模块的量测方程；记相对距离为r，其满足如下关系式:上式可简写为Zk＝h(Xk)+Vk,其中下标k表示k时刻；量测量Z＝[r]；V为量测噪声；以此方程作为扩展卡尔曼滤波模块的量测方程。输出模块，扩展卡尔曼滤波模块输出前惯导6.15和后惯导6.14北、东、天的位置坐标至输出模块，输出模块将前惯导6.15的位置坐标作为采煤机的定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下采煤机定位系统，其特征在于，所述采煤机包括顶部的防护板(6.1)和底部的行走底座(6.3)，底座(6.3)上安装有机体(6.2)，防护板(6.1)由位于底座(6.3)上的支撑装置(6.4)支撑，机体(6.2)的前端装有前惯导(6.15)，后端装有后惯导(6.14)，底座(6.3)上安装有速度传感器(6.16)；所述前惯导(6.15)、后惯导(6.14)以及速度传感器(6.16)均与中央处理器相连，中央处理器包括航位推算模块、扩展卡尔曼滤波模块、约束模块以及输出模块，其中：航位推算模块，前惯导(6.15)和后惯导(6.14)将其位置坐标输入到航位推算模块，航位推算模块根据航位推算法计算前、后惯导的位置坐标；

【技术特征摘要】
1.一种井下采煤机定位系统，其特征在于，所述采煤机包括顶部的防护板(6.1)和底部的行走底座(6.3)，底座(6.3)上安装有机体(6.2)，防护板(6.1)由位于底座(6.3)上的支撑装置(6.4)支撑，机体(6.2)的前端装有前惯导(6.15)，后端装有后惯导(6.14)，底座(6.3)上安装有速度传感器(6.16)；所述前惯导(6.15)、后惯导(6.14)以及速度传感器(6.16)均与中央处理器相连，中央处理器包括航位推算模块、扩展卡尔曼滤波模块、约束模块以及输出模块，其中：航位推算模块，前惯导(6.15)和后惯导(6.14)将其位置坐标输入到航位推算模块，航位推算模块根据航位推算法计算前、后惯导的位置坐标；其中下标k-1、k分别表示k-1时刻和k时刻；N,E,U分别为惯导北、东、天方向位置坐标；V为速度传感器6.16输出的速度值；T为采样周期:θ分别为惯导输出的航向角和俯仰角；扩展卡尔曼滤波模块，用于根据航位推算模块所计算的位置坐标，构建状态方程：其中，状态量X＝[N1E1U1N2E2U2]T,N1E1U1分别为前惯导(6.15)北、东、天方向位置坐标，N2、E2、U2分别为后惯导(6.14)北、东、天方向位置坐标；W为状态噪声；约束模块，用于以两个惯导安装后相对距离为约束条件，推导扩展卡尔曼滤波模块的量测方程，记相对距离为r，其满足如下关系式:上式可简写为Zk＝h(Xk)+Vk,其中下标k...

【专利技术属性】
技术研发人员：路正阳，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：路正阳，
类型：发明
国别省市：江苏,32