基于组合定位的悬臂式掘进机截割巷道的移机系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于组合定位的悬臂式掘进机截割巷道的移机系统及方法，属于定位与自动控制技术领域，该系统包括：视觉定位系统向工控机输出悬臂式掘进机机身x、y两轴坐标；光纤惯导向工控机输出悬臂式掘进机机身三种位姿信息，所述三种位姿信息包括横滚角、俯仰角、航向角；激光定位系统向工控机输出悬臂式掘进机机身的z轴坐标；工控机生成悬臂式掘进机机身的位置与姿态信息，然后传输给所述截割控制系统；截割控制系统，生成悬臂式掘进机在截割巷道断面时的机身旋转、前进、截割及后退动作控制指令，并发送给执行系统；执行系统执行悬臂式掘进机在截割巷道断面时相应的机身旋转、前进、截割及后退动作，完成悬臂式掘进机截割大断面巷道的移机。断面巷道的移机。断面巷道的移机。

【技术实现步骤摘要】
基于组合定位的悬臂式掘进机截割巷道的移机系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种基于组合定位的悬臂式掘进机截割巷道的移机系统及方法，属于定位与自动控制


技术介绍

[0002]目前的悬臂式掘进机截割巷道迎头过程中，绝大多数还是采用传统的激光指向仪来指示巷道设计中线，通过人工目测的方式来控制掘进机的掘进作业，该方法全程依赖于掘进机操作工人，且与工人的工作经验密切相关，又因掘进工作面环境极其恶劣，受多种因素影响，易出现巷道超挖或欠挖等问题，因此掘进机的位姿测量极其重要，也是实现无人掘进的重要环节之一，直接影响掘进质量的好坏，并决定着煤炭安全及生产效率。
[0003]为了更好的监测悬臂式掘进机的三轴位姿信息与机身姿态，以起到精确移机的作用，并以此规律及时调整截割方式，通过对悬臂式掘进机采用组合定位的自主测量方式，目的是能够实现悬臂式掘进机在巷道掘进时可以自动测量机身位姿，从而可自动移机，有效地减少矿井下的工人数量和多发事故，大大的提高掘进工作效率，并为煤矿井下实现无人掘进提供可能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，克服现有技术存在的技术缺陷，解决上述掘进工作面环境极其恶劣，受多种因素影响，单种定位系统因自身系统缺陷问题，易出现巷道超挖或欠挖的技术问题，提出一种基于组合定位的悬臂式掘进机截割大断面巷道的移机系统及方法。
[0005]本专利技术具体采用如下技术方案：基于组合定位的悬臂式掘进机截割巷道的移机系统，包括：视觉定位系统，所述视觉定位系统向工控机输出悬臂式掘进机机身x、y两轴坐标；光纤惯导，所述光纤惯导向工控机输出悬臂式掘进机机身三种位姿信息，所述三种位姿信息包括横滚角、俯仰角、航向角；激光定位系统，所述激光定位系统向工控机输出悬臂式掘进机机身的z轴坐标；工控机，所述工控机接收所述视觉定位系统输出的悬臂式掘进机机身x和y两轴坐标、所述光纤惯导输出的悬臂式掘进机机身三种位姿信息和所述激光定位系统输出的悬臂式掘进机机身的z轴坐标，生成悬臂式掘进机机身的位置与姿态信息，然后传输给所述截割控制系统；截割控制系统，所述截割控制系统根据悬臂式掘进机机身的位置与姿态信息生成悬臂式掘进机在截割巷道断面时的机身旋转、前进、截割及后退动作控制指令，并发送给执行系统；完成悬臂式掘进机在截割巷道断面时机身旋转、前进、截割、后退动作；执行系统，所述执行系统接收所述截割控制系统发送的悬臂式掘进机在截割巷道断面时的机身旋转、前进、截割及后退动作控制指令，执行悬臂式掘进机在截割巷道断面时相应的机身旋转、前进、截割及后退动作，完成悬臂式掘进机截割大断面巷道的移机。
[0006]作为一种较佳的实施例，所述视觉定位系统依据激光指向仪，以平行激光指向仪的激光束作为图像特征，构建机器视觉位姿测量模型，利用固定在悬臂式掘进机机身上的防爆摄像机采集图像特征，进而实现位姿求解。
[0007]作为一种较佳的实施例，所述光纤惯导惯性测量单元瞬时加速度和瞬时角速率，利用获得的机身位置信息对累计误差进行修正，输出三种位姿信息。
[0008]作为一种较佳的实施例，所述激光定位系统利用固定在悬臂式掘进机后方顶板处的激光发射器发射扇形激光，通过悬臂式掘进机机身上的激光接收标靶采集激光信号计算偏移量，输出悬臂式掘进机z轴信息。
[0009]本专利技术还提出基于组合定位的悬臂式掘进机截割巷道的移机方法，包括如下步骤：步骤SS1：视觉定位系统通过机器视觉的方法执行悬臂式掘进机的位姿检测，输出悬臂式掘进机位置信息和姿态信息给工控机；将输出的悬臂式掘进机位置信息传输到光纤惯导进行校正惯导漂移，激光定位系统通过激光标靶定位执行悬臂式掘进机的位姿测量，输出悬臂式掘进机位置信息；步骤SS2：所述视觉定位系统通过机器视觉的方法输出独立位姿参数A，所述视觉定位系统与光纤惯导进行组合定位输出位姿参数B，所述激光定位系统通过激光标靶定位输出位姿参数C，将所述位姿参数A、所述位姿参数B和所述位姿参数C通过卡尔曼滤波数据融合算法处理进行数据融合，生成融合位姿参数数据传输给工控机；步骤SS3：工控机将接收到的融合位姿参数数据利用位姿解算软件实现截割头位姿数据和机身位姿数据融合，经控制单元计算出巷道空间下截割头实时位置，在设定误差范围内准确进行截割位置轨迹监测，获得所需截割位置轨迹信息之后，掌握参考位姿与实际位姿之间的偏差，而后利用纠偏控制器依照将所需截割位置轨迹信息转变成为悬臂式掘进机能够识别的电磁阀开关信息与控制脉冲信号，处理后得到的悬臂式掘进机位姿信息发送给截割控制系统；步骤SS4：截割控制系统依据工控机传输的悬臂式掘进机位姿信息，对牵引速度进行控制，执行移机过程中实际输出的牵引速度与油泵电流相匹配。
[0010]作为一种较佳的实施例，所述视觉定位系统通过机器视觉的方法输出独立位姿参数A具体包括：安装激光指向仪固定在悬臂式掘进机机身后方顶板处，对所述激光指向仪进行相机内参标定，采集悬臂式掘进机的图像信息进行光斑特征提取和线特征提取，通过输入点线定位模型生成位姿参数A。
[0011]作为一种较佳的实施例，所述视觉定位系统与光纤惯导进行组合定位输出位姿参数B具体包括：将所述光纤惯导安装在悬臂式掘进机机身内部，所述光纤惯导通过3轴加速度计采集加速度信息以及3轴陀螺仪采集角速率信息，对所述加速度信息和所述角速率信息进行矩阵计算，然后融合位姿参数A进行位置计算生成悬臂式掘进机位置信息，对所述角速率信息进行姿态计算输出姿态角，将所述悬臂式掘进机位置信息与所述位姿角生成位姿参数B。
[0012]作为一种较佳的实施例，所述激光定位系统通过激光标靶定位执行悬臂式掘进机的位姿测量具体包括：将激光发射器固定在悬臂式掘进机机身后方顶板处，将激光接收器安装在靠近掘进机中心的位置，安装倾角仪在悬臂式掘进机机身上，记录悬臂式掘进机机
身的初始位置，通过两点距离计算公式输出位姿参数C。
[0013]作为一种较佳的实施例，所述工控机通过数据采集油泵电机的电流挡位值、油泵电机反馈的电流真实值I获得电流结果值，然后将电流结果值与采集到的振动加速度α进行分析计算，获得电压挡位值，然后通过电压挡位值与反馈函数反馈的电压真实值V进行比较输出电压结果值，速度差值经过放大器进行放大、控制器进行处理后生成电压差值，所述电压差值输入电磁阀生成流量信号q，流量信号q通过控制牵引油缸执行输出截割牵引速度v。
[0014]e
I
=I
0,1,2,3,4
‑
I式中：e
I
—电流结果值；I
0,1,2,3,4
—电流挡位值（在掘进机截割是分为1~4个挡位，每个挡位设定不同的电流值）；I—电流真实值。
[0015]e
V
=V
0,1,2,3,4
‑
V式中：e
V
—电压结果值；V
0,1,2,3,4
—电压挡位值（在掘进机截割是分为1~4个挡位，每个挡位设定不同的电压值）；V—电压真实值。
[0016]本专利技术所达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于组合定位的悬臂式掘进机截割巷道的移机系统，其特征在于，包括：视觉定位系统，所述视觉定位系统向工控机输出悬臂式掘进机机身x、y两轴坐标；光纤惯导，所述光纤惯导向工控机输出悬臂式掘进机机身三种位姿信息，所述三种位姿信息包括横滚角、俯仰角、航向角；激光定位系统，所述激光定位系统向工控机输出悬臂式掘进机机身的z轴坐标；工控机，所述工控机接收所述视觉定位系统输出的悬臂式掘进机机身x和y两轴坐标、所述光纤惯导输出的悬臂式掘进机机身三种位姿信息和所述激光定位系统输出的悬臂式掘进机机身的z轴坐标，生成悬臂式掘进机机身的位置与姿态信息，然后传输给所述截割控制系统；截割控制系统，所述截割控制系统根据悬臂式掘进机机身的位置与姿态信息生成悬臂式掘进机在截割巷道断面时的机身旋转、前进、截割及后退动作控制指令，并发送给执行系统；完成悬臂式掘进机在截割巷道断面时机身旋转、前进、截割、后退动作；执行系统，所述执行系统接收所述截割控制系统发送的悬臂式掘进机在截割巷道断面时的机身旋转、前进、截割及后退动作控制指令，执行悬臂式掘进机在截割巷道断面时相应的机身旋转、前进、截割及后退动作，完成悬臂式掘进机截割大断面巷道的移机。2.根据权利要求1所述的基于组合定位的悬臂式掘进机截割巷道的移机系统，其特征在于，所述视觉定位系统依据激光指向仪，以平行激光指向仪的激光束作为图像特征，构建机器视觉位姿测量模型，利用固定在悬臂式掘进机机身上的防爆摄像机采集图像特征，进而实现位姿求解。3.根据权利要求1所述的基于组合定位的悬臂式掘进机截割巷道的移机系统，其特征在于，所述光纤惯导惯性测量单元瞬时加速度和瞬时角速率，利用获得的机身位置信息对累计误差进行修正，输出三种位姿信息。4.根据权利要求1所述的基于组合定位的悬臂式掘进机截割巷道的移机系统，其特征在于，所述激光定位系统利用固定在悬臂式掘进机后方顶板处的激光发射器发射扇形激光，通过悬臂式掘进机机身上的激光接收标靶采集激光信号计算偏移量，输出悬臂式掘进机z轴信息。5.基于组合定位的悬臂式掘进机截割巷道的移机方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤SS1：视觉定位系统通过机器视觉的方法执行悬臂式掘进机的位姿检测，输出悬臂式掘进机位置信息和姿态信息给工控机；将输出的悬臂式掘进机位置信息传输到光纤惯导进行校正惯导漂移，激光定位系统通过激光标靶定位执行悬臂式掘进机的位姿测量，输出悬臂式掘进机位置信息；步骤SS2：所述视觉定位系统通过机器视觉的方法输出独立位姿参数A，所述视觉定位系统与光纤惯导进行组合定位输出位姿参数B，所述激光定位系统通过激光标靶定位输出位姿参数C，将所述位姿参数A、所述位姿参...

【专利技术属性】
技术研发人员：王圣志，宋刚，胡成军，王利欣，李波，
申请(专利权)人：中煤天津地下工程智能研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：