锚杆钻车及其运动控制系统和运动控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种锚杆钻车及其运动控制系统和运动控制方法，运动控制方法包括：获取左右倾斜角α、距离S、最近距离d

【技术实现步骤摘要】
锚杆钻车及其运动控制系统和运动控制方法
本专利技术涉及锚杆钻车的运动控制
，特别涉及一种锚杆钻车及其运动控制系统和运动控制方法。
技术介绍
由于掘进工作面环境恶劣，地质条件复杂，因此掘进机进行掘进以及行走后，锚杆钻车需要紧跟掘机进行锚护。锚杆钻机前进方向的理想情况是：掘进机在前进方向上的中心线与巷道中心线重合，即方位角和中心偏移距都为0，但是在实际控制过程中，锚杆钻车在行进过程中常会出现前进的方向相对巷道中心线发生偏离的情况。目前针对这种情况主要采用手动控制，即由司机以肉眼观察为依据，通过自身经验来操作锚杆钻车来进行跟随及纠偏。但由于受司机体力、环境因素以及个人本身经验等因素，极易出现纠偏失败的情况，从而影响掘进的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锚杆钻车及其运动控制系统和运动控制方法，可以实现锚杆钻车的自动跟随和纠偏，提高煤矿工作面少人化程度。为实现上述目的，本专利技术提供一种锚杆钻车的运动控制方法，包括：获取锚杆钻车在运行过程中的左右倾斜角α、锚杆钻车距离前车的距离S、锚杆钻车的两侧分别相距巷道两帮的最近距离d前和d后，以及位于锚杆钻车的中轴线相距巷道两帮的距离D；根据所述左右倾斜角α和所述距离D计算得到锚杆钻车的偏转角度θ以及中心偏移距C；判断所述偏转角度θ是否小于等于偏转角阈值εθ，并且判断所述中心偏移距C是否小于等于中心偏移阈值εC，并且判断所述d前是否小于等于前部距帮阈值ε前，并且判断所述d后是否小于等于后部距帮阈值ε后，若其中一者为否，调节锚杆钻车在巷道中的运行姿态，若均为是，执行下一步；当所述距离S大于标准距离εS+距离阈值ε时，控制锚杆钻车前进并重复执行上述的四个判断动作；当所述距离S小于标准距离εS-距离阈值ε时，控制锚杆钻车后退。可选地，所述控制锚杆钻车前进和所述控制锚杆钻车后退的步骤，具体为：控制锚杆钻车的左右两个履带同步运行，以实现前进和后退。可选地，还包括：当所述距离S位于标准距离εS-距离阈值ε和标准距离εS+距离阈值ε之间时，控制锚杆钻车停止运行。可选地，获取锚杆钻车距离前车的距离S的步骤，具体为：获取锚杆钻车在运行过程中的前后俯仰角β以及获取位于锚杆钻车前端的两个测距传感器相距前车的距离d51和d61；根据公式S＝[(d51+d61)×cosθcosβ]/2计算得到锚杆钻车距离前车的距离S；其中，θ为锚杆钻车在运行过程中的偏转角度。可选地，所述锚杆钻车的偏转角度θ的计算步骤，具体为：获取位于锚杆钻车每一侧的两个距离传感器相距巷道两帮的距离d11、d21、d31和d41，并获取所述距离传感器相距锚杆钻车的中轴线的间距d12、d22、d32、d42；根据公式求出所述距离传感器在锚杆钻车的中轴线上的投影点相距位于所述距离传感器对应一侧的巷道一帮的距离d1、d2、d3和d4，其中，d1＝(d11+d12)×cosα，d2＝(d21+d22)×cosα，d3＝(d31+d32)×cosα，d4＝(d41+d42)×cosα；获取位于锚杆钻车左侧的两个所述距离传感器在锚杆钻车的中轴线上的投影点之间的距离d左，以及获取位于锚杆钻车右侧的两个所述距离传感器在锚杆钻车的中轴线上的投影点之间的距离d右；根据公式θ＝(θ左+θ右)/2计算锚杆钻车的偏转角度θ，θ左为锚杆钻车的左侧偏转角度，θ右为锚杆钻车的右侧偏转角度，其中，θ左＝arctan(︱d2-d1︱)d左，θ右＝arctan(︱d3-d4︱)d右。可选地，所述中心偏移距C的计算步骤，具体为：根据公式计算得到位于锚杆钻车每一侧的两个距离传感器的中心偏移距C1、C2、C3和C4；C1＝d巷/2-(d1+dBM×tanθ)×cosθ；C2＝d巷/2-(d2-dUM×tanθ)×cosθ；C3＝d巷/2-(d3-dBM×tanθ)×cosθ；C4＝d巷/2-(d4+dUM×tanθ)×cosθ；dBM为锚杆钻车左侧的一个距离传感器在锚杆钻车的中轴线上的投影点B和锚杆钻车的左侧履带的中心点O在锚杆钻车的中轴线上的投影点M之间的距离；dUM为锚杆钻车左侧的另一个距离传感器在锚杆钻车的中轴线上的投影点U和锚杆钻车的左侧履带的中心点O在锚杆钻车的中轴线上的投影点M之间的距离；θ为锚杆钻车的偏转角度；d巷为巷道的直径；d1、d2、d3和d4分别是所述距离传感器在锚杆钻车的中轴线上的投影点相距位于所述距离传感器对应一侧的巷道一帮照射点的距离；根据公式C＝(C1+C2-C3-C4)/4计算得到锚杆钻车的中心偏移距C。可选地，所述调节锚杆钻车在巷道中的运行姿态的步骤，具体为：获取锚杆钻车的左侧履带的中心点O到锚杆钻车的中轴线的距离dOM；根据公式dON＝dOM×cosθ+C计算得到锚杆钻车的左侧履带的中心点O到巷道的中轴线的距离dON；当所述距离dOM大于所述距离dON+矫正阈值εd时，或当所述d后小于等于后部距帮阈值ε后时，控制锚杆钻车前移；当所述距离dOM小于所述距离dON-矫正阈值εd时，或当所述d前小于等于前部距帮阈值ε前时，控制锚杆钻车后移；当所述距离dOM＝所述距离dON±矫正阈值εd时，控制锚杆钻车旋转，直至所述偏转角度θ小于偏转角纠偏结束阈值ε’θ，且所述中心偏移距C小于等于中心距纠偏结束阈值ε’C。可选地，所述获取锚杆钻车的两侧分别相距巷道两帮的最近距离d前和d后的步骤，具体为：根据公式d前＝d巷/2-(dLK×cosθ+dKO×sinθ+dOM×cosθ+C1)计算得到锚杆钻车的左侧相距巷道左帮的最近距离d前；根据公式d后＝d巷/2-(dHJ×cosθ+dKO×sinθ+dOM×cosθ+C4)计算得到锚杆钻车的右侧相距巷道右帮的最近距离d后；其中，dLK为锚杆钻车的左前侧棱角的长度，dHJ为锚杆钻车的右后侧棱角的长度，dKO为左前侧棱角靠近锚杆钻车的一端K到锚杆钻车的左侧履带的中心点O之间的距离，dOM为锚杆钻车的左侧履带的中心点O到锚杆钻车的中轴线的距离，θ为锚杆钻车的偏转角度，C1为锚杆钻车左前侧的距离传感器的中心偏移距，C4为锚杆钻车右后侧的距离传感器的中心偏移距。本专利技术还提供一种锚杆钻车的运动控制系统，包括：控制器，所述控制器用以执行如上述的锚杆钻车的运动控制方法。本专利技术还再提供一种锚杆钻车，包括如上述的运动控制系统，还包括分别设于所述锚杆钻车的两侧且呈前后分布的四个距离传感器以及设于所述锚杆钻车的前端的两个测距传感器；所述锚杆钻车还设有用以控制行走和旋转的驱动装置。相对于上述
技术介绍
，本专利技术实施例提供的锚杆钻车的运动控制方法，包括：获取锚杆钻车在运行过程中的左右倾斜角α、锚杆钻车距离前车的距离S、锚杆钻车的两侧分别相距巷道两帮的最近距离d前和d后，以及位于锚杆钻车的中轴线相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锚杆钻车的运动控制方法，其特征在于，包括：/n获取锚杆钻车在运行过程中的左右倾斜角α、锚杆钻车距离前车的距离S、锚杆钻车的两侧分别相距巷道两帮的最近距离d

【技术特征摘要】
1.一种锚杆钻车的运动控制方法，其特征在于，包括：
获取锚杆钻车在运行过程中的左右倾斜角α、锚杆钻车距离前车的距离S、锚杆钻车的两侧分别相距巷道两帮的最近距离d前和d后，以及位于锚杆钻车的中轴线相距巷道两帮的距离D；
根据所述左右倾斜角α和所述距离D计算得到锚杆钻车的偏转角度θ以及中心偏移距C；
判断所述偏转角度θ是否小于等于偏转角阈值εθ，并且判断所述中心偏移距C是否小于等于中心偏移阈值εC，并且判断所述d前是否小于等于前部距帮阈值ε前，并且判断所述d后是否小于等于后部距帮阈值ε后，若有一者为否，调节锚杆钻车在巷道中的运行姿态，若均为是，执行下一步；
当所述距离S大于标准距离εS+距离阈值ε时，控制锚杆钻车前进并重复执行上述的四个判断动作；
当所述距离S小于标准距离εS-距离阈值ε时，控制锚杆钻车后退。


2.根据权利要求1所述的锚杆钻车的运动控制方法，其特征在于，所述控制锚杆钻车前进和所述控制锚杆钻车后退的步骤，具体为：
控制锚杆钻车的左右两个履带同步运行，以实现前进和后退。


3.根据权利要求1所述的锚杆钻车的运动控制方法，其特征在于，还包括：
当所述距离S位于标准距离εS-距离阈值ε和标准距离εS+距离阈值ε之间时，控制锚杆钻车停止运行。


4.根据权利要求1-3任意一项所述的锚杆钻车的运动控制方法，其特征在于，获取锚杆钻车距离前车的距离S的步骤，具体为：
获取锚杆钻车在运行过程中的前后俯仰角β以及获取位于锚杆钻车前端的两个测距传感器相距前车的距离d51和d61；
根据公式S＝[(d51+d61)×cosθcosβ]/2计算得到锚杆钻车距离前车的距离S；其中，θ为锚杆钻车在运行过程中的偏转角度。


5.根据权利要求1-3任意一项所述的锚杆钻车的运动控制方法，其特征在于，所述锚杆钻车的偏转角度θ的计算步骤，具体为：
获取位于锚杆钻车每一侧的两个距离传感器相距巷道两帮的距离d11、d21、d31和d41，并获取所述距离传感器相距锚杆钻车的中轴线的间距d12、d22、d32、d42；
根据公式求出所述距离传感器在锚杆钻车的中轴线上的投影点相距位于所述距离传感器对应一侧的巷道一帮的距离d1、d2、d3和d4，其中，d1＝(d11+d12)×cosα，d2＝(d21+d22)×cosα，d3＝(d31+d32)×cosα，d4＝(d41+d42)×cosα；
获取位于锚杆钻车左侧的两个所述距离传感器在锚杆钻车的中轴线上的投影点之间的距离d左，以及获取位于锚杆钻车右侧的两个所述距离传感器在锚杆钻车的中轴线上的投影点之间的距离d右；
根据公式θ＝(θ左+θ右)/2计算锚杆钻车的偏转角度θ，θ左为锚杆钻车的左侧偏转角度，θ右为锚杆钻车的右侧偏转角度，其中，
θ左＝arctan(︱d2-d1︱)d左，θ右＝arctan(︱d3-d4︱)d右。


6.根据权利要求5所述的锚杆钻车的运动控制方法，其特征在于，所述中心偏移距C的计算步骤，具体为：
根据公式计算得到位于锚杆钻车每一侧的两个距离传感器的中心偏移距C1、C2、C3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，程永亮，曹国锋，王德宇，王敏，杨春磊，伍涛，邵济舟，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43