一种掘进机定位定向方法技术

本发明专利技术公开了一种掘进机定位定向方法，用于掘进机在巷道内进行定位和定向，掘进机后方的巷道内设置有测距板，掘进机上设置有三维雷达和倾角测量仪，三维雷达朝向测距板设置，方法包括以下步骤：1)利用三维雷达实时获取巷道环境的点云数据；2)利用倾角测量仪实时测量掘进机的机身倾角；3)对点云数据和机身倾角进行数据融合和提取，得到掘进机到巷道的左侧壁的距离d1、掘进机到巷道的右侧壁的距离d2、掘进机到测距板的距离d3和掘进机的航向偏角α。本发明专利技术数据处理快速且精度高，对复杂环境的适应性强，可长期稳定地进行掘进机定位定向，掘进机自主定位定向的效率和准确度均得以有效提高，提高了掘进机掘进生产的效率和安全性。

A positioning and orientation method of roadheader

【技术实现步骤摘要】
一种掘进机定位定向方法
本专利技术总体而言涉及矿区生产作业领域，具体而言，涉及一种掘进机定位定向方法。
技术介绍
目前，巷道掘进的施工环境复杂恶劣，危险系数高，掘进机作为井下开采作业的重要设备，其自主运行能力很大程度上影响着井下生产的效率和安全性。然而目前掘进机在巷道中开凿掘进时主要依赖视觉图像设备或者激光器或者无线定位基站进行导向和定位，这些方式受巷道环境的粉尘浓度、能见度和温湿度影响较大，所获数据质量较差且数据可用率低，数据处理周期长且处理难度大，极大地影响了掘进机自主定位导向的准确度和效率，不仅不利于井下掘进生产效率的提升，也给生产安全带来较高安全隐患。因此，业界亟需一种高效率且高准确度的掘进机定位定向方法。
技术实现思路
本专利技术的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种高效率且高准确度的掘进机定位定向方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的一个方面，提供了一种掘进机定位定向方法，用于掘进机在巷道内进行定位和定向，所述掘进机后方的巷道内设置有测距板，所述掘进机上设置有三维雷达和倾角测量仪，所述三维雷达朝向所述测距板设置，所述方法包括以下步骤：1)利用所述三维雷达实时获取巷道环境的点云数据；2)利用所述倾角测量仪实时测量所述掘进机的机身倾角；3)对所述点云数据和所述机身倾角进行数据融合和提取，得到所述掘进机到所述巷道的左侧壁的距离d1、所述掘进机到所述巷道的右侧壁的距离d2、所述掘进机到所述测距板的距离d3和所述掘进机的航向偏角α。根据本专利技术的一实施方式，步骤3)包括：3.1)对所述三维雷达采集的点云数据进行分割处理，得到左侧壁点云区、右侧壁点云区和测距板点云区；3.2)对所述左侧壁点云区、所述右侧壁点云区、所述测距板点云区分别进行特征提取。根据本专利技术的一实施方式，步骤3.2)包括：建立左侧壁预选模型，并通过所述左侧壁预选模型对所述左侧壁点云区进行特征提取，得到左侧壁数学模型，由所述左侧壁数学模型得出所述掘进机到所述巷道的左侧壁的距离d1。根据本专利技术的一实施方式，步骤3.2)包括：建立右侧壁预选模型，并通过所述右侧壁预选模型对所述右侧壁点云区进行特征提取，得到右侧壁数学模型，由所述右侧壁数学模型得出所述掘进机到所述巷道的右侧壁的距离d2。根据本专利技术的一实施方式，步骤3.2)包括：建立测距板预选模型，并通过所述测距板预选模型以及机身倾角对所述测距板点云区进行特征提取，得到测距板数学模型，由所述测距板数学模型得出所述掘进机到所述测距板的距离d3。根据本专利技术的一实施方式，步骤3.2)包括：对所述左侧壁数学模型和所述右侧壁数学模型进行倾斜度提取，得出所述掘进机的航向偏角α。根据本专利技术的一实施方式，所述通过所述测距板预选模型以及机身倾角对所述测距板点云区进行特征提取，包括：对所述测距板点云区进行倾角转换，进而通过所述测距板预选模型进行特征提取。根据本专利技术的一实施方式，所述掘进机上设置有毫米波雷达，所述毫米波雷达朝向所述测距板设置。根据本专利技术的一实施方式，步骤3)包括：利用所述毫米波雷达实时测量所述掘进机到所述测距板的距离d′3。根据本专利技术的一实施方式，步骤3)包括：通过所述毫米波雷达测量的所述掘进机到所述测距板的距离d′3对由所述测距板数学模型得出的所述掘进机到所述测距板的距离d3进行校准。由上述技术方案可知，本专利技术的掘进机定位定向方法的优点和积极效果在于：本专利技术中，通过对三维雷达获取的点云数据和倾角测量仪测得的机身倾角进行数据融合和提取，得到掘进机在巷道内的位置和航向偏角，数据处理快速且精度高，对复杂环境的适应性强，可长期稳定地进行掘进机定位定向，掘进机自主定位定向的效率和准确度均得以有效提高，提高了掘进机掘进生产的效率和安全性，具有很高的经济性，极为适合在业界推广使用。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以如这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一实施例掘进机定位定向方法的流程示意图。图2为本专利技术一实施例掘进机定位定向方法的应用示意图。其中，附图标记说明如下：1、掘进机；2、三维雷达；3、测距板；4、倾角测量仪；5、左侧壁点云区；6、右侧壁点云区；7、测距板点云区；8、毫米波雷达；9、巷道。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。在对本专利技术的不同示例的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本专利技术的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本专利技术的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本专利技术范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“侧部”等来描述本专利技术的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如如附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本专利技术的范围内。图1为本专利技术一实施例掘进机定位定向方法的流程示意图。图2为本专利技术一实施例掘进机定位定向方法的应用示意图。如图1和图2所示，该实施例的掘进机定位定向方法用于掘进机1在巷道9内进行定位和定向，掘进机1后方的巷道9内设置有测距板3，掘进机1上设置有三维雷达2和倾角测量仪4，三维雷达2朝向测距板3设置，方法包括以下步骤：1)利用三维雷达2实时获取巷道9环境的点云数据；2)利用倾角测量仪4实时测量掘进机1的机身倾角；3)对点云数据和机身倾角进行数据融合和提取，得到掘进机1到巷道9的左侧壁的距离d1、掘进机1到巷道9的右侧壁的距离d2、掘进机1到测距板3的距离d3和掘进机1的航向偏角α。该实施例中，步骤1)中三维雷达2可安装于掘进机1顶面或其他适宜位置，且朝向掘进机1后方的测距板3设置，测距板3可为一面积较小的金属材质板，测距板3固定设置于掘进机1后方的巷道9内，掘进机1工作初始时与测距板3间的距离为d0；三维雷达2可以是三维激光雷达，或者其他类型的三维雷达例如利用无线电波进行探测的三维雷达，三维激光雷达相比传统摄影测量及其他雷达，其生成三维信息更加快速和准确，但其受工作环境的影响较大，例如大雨、浓烟或浓雾，尤其在矿区井下巷道9内粉尘浓度高的环境中，其传播距离急剧衰减，工作状态不稳定，加之巷道9内地面不平整本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掘进机定位定向方法，其特征在于，用于掘进机在巷道内进行定位和定向，所述掘进机后方的巷道内设置有测距板，所述掘进机上设置有三维雷达和倾角测量仪，所述三维雷达朝向所述测距板设置，所述方法包括以下步骤：/n1)利用所述三维雷达实时获取巷道环境的点云数据；/n2)利用所述倾角测量仪实时测量所述掘进机的机身倾角；/n3)对所述点云数据和所述机身倾角进行数据融合和提取，得到所述掘进机到所述巷道的左侧壁的距离d1、所述掘进机到所述巷道的右侧壁的距离d2、所述掘进机到所述测距板的距离d3和所述掘进机的航向偏角α。/n

【技术特征摘要】
1.一种掘进机定位定向方法，其特征在于，用于掘进机在巷道内进行定位和定向，所述掘进机后方的巷道内设置有测距板，所述掘进机上设置有三维雷达和倾角测量仪，所述三维雷达朝向所述测距板设置，所述方法包括以下步骤：
1)利用所述三维雷达实时获取巷道环境的点云数据；
2)利用所述倾角测量仪实时测量所述掘进机的机身倾角；
3)对所述点云数据和所述机身倾角进行数据融合和提取，得到所述掘进机到所述巷道的左侧壁的距离d1、所述掘进机到所述巷道的右侧壁的距离d2、所述掘进机到所述测距板的距离d3和所述掘进机的航向偏角α。


2.如权利要求1所述的掘进机定位定向方法，其特征在于，步骤3)包括：
3.1)对所述三维雷达采集的点云数据进行分割处理，得到左侧壁点云区、右侧壁点云区和测距板点云区；
3.2)对所述左侧壁点云区、所述右侧壁点云区、所述测距板点云区分别进行特征提取。


3.如权利要求2所述的掘进机定位定向方法，其特征在于，步骤3.2)包括：
建立左侧壁预选模型，并通过所述左侧壁预选模型对所述左侧壁点云区进行特征提取，得到左侧壁数学模型，由所述左侧壁数学模型得出所述掘进机到所述巷道的左侧壁的距离d1。


4.如权利要求2所述的掘进机定位定向方法，其特征在于，步骤3.2)包括：
建立右侧壁预选模型，并通过所述右侧壁预选模型对所述右侧壁点云区进行特征提取，得到右侧壁数学模型，由所述右侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金发，
申请(专利权)人：北京宸控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11