【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB的综采工作面采煤机实时定位系统及方法
[0001]本专利技术提供了一种基于UWB的综采工作面采煤机实时定位系统及方法，属于采煤机定位
技术介绍
[0002]在采煤机割煤过程中，采煤机沿综采工作面前进或后退，需要实时获知采煤机的相对位置，以实现跟机移架及收护帮等操作。当前应用于综采工作面采煤机实时定位的技术方法主要包括行走编码器定位、红外传感器定位等，但都存在一些不足之处。
[0003]行走编码器定位方法容易受到累积误差的影响；在一些特殊情况下，轮胎可能出现滑移，导致无法准确测量轮胎旋转量；在工作面地面不平整或有障碍物的情况下，可能会导致行走编码器的测量结果不准确。采煤机红外传感器定位的缺点主要体现在：采煤现场存在大量粉尘、烟雾等环境干扰因素可能对红外传感器接收到的信号造成影响，容易受到物体遮挡，红外线传感器在探测时需要直线传播。
[0004]由于传统采煤机定位技术存在种种不足，引入了UWB(Ultra
‑
Wide Band)技术。UWB定位技术是一种利用超短脉冲信号进行定位的技术。UWB定位技术具有精度高、抗干扰性强、系统可靠性强等优点。
[0005]中国专利技术专利(申请号202210257650.9)提出一种综采工作面定位基站及综采工作面人员定位的方法，使用UWB测距实现人员定位，但未提及定位算法及定位基站选取原则。当前受限于定位基站布置、人员/设备遮挡、定位算法选取等影响，现有的煤机位置UWB定位方法仍存在一些不足。
技术实现思路
>[0006]本专利技术为了解决当前采煤机UWB定位技术中存在的定位精度低，易受基站移动影响等问题，提出了一种基于UWB的综采工作面采煤机实时定位系统及方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于UWB的综采工作面采煤机实时定位系统，包括采煤机UWB测距装置、行程数据采集装置、定位数据传输计算单元，所述采煤机UWB测距装置包括安装在采煤机上的UWB定位标签卡和安装在液压支架上的UWB定位基站；
[0008]行程数据采集装置包括安装在液压支架推移油缸处的行程传感器；
[0009]定位数据传输计算单元包括：电液控制器、电液控服务器、环网交换机、顺槽主控计算机；
[0010]UWB定位基站接收到UWB脉冲信号后根据信号传输时间计算出采煤机定位标签卡与UWB定位基站间的距离，并将信号强度、距离信息通过串口连接传输至电液控制器；
[0011]行程传感器检测到油缸活塞的运动并将其转换为电信号通过串口连接传输至电液控制器；
[0012]电液控制器将接收到的UWB测距信息和行程数据传输至电液控服务器，电液控服
务器将上述数据转发至环网交换机，环网交换机通过光纤将数据传输至顺槽主控计算机。
[0013]所述顺槽主控计算机内存储有采煤机实时位置计算算法的计算机程序，所述采煤机实时位置计算算法根据液压支架推移油缸的行程数据实时修正UWB定位基站的坐标，所述采煤机实时位置计算算法通过最小二乘法求解采煤机上UWB定位标签卡的位置。
[0014]所述UWB定位标签卡安装在采煤机机身上，所述UWB定位基站集成在液压支架顶端的多功能信号灯内。
[0015]一种基于UWB的综采工作面采煤机实时定位方法，采用基于UWB的综采工作面采煤机实时定位系统，包括如下步骤：
[0016]步骤1：电液控服务器转发信号强度最高的n个UWB定位基站对应的标签
‑
基站距离信息至顺槽主控计算机；
[0017]步骤2：顺槽主控计算机接收步骤1中的标签
‑
基站距离信息以及行程传感器的行程数据，并通过行程数据实时判断是否存在推溜/拉架动作；
[0018]步骤3：根据行程数据实时修正UWB定位基站的坐标：
[0019]步骤3.1：顺槽主控计算机筛选推移油缸行程无变化的UWB定位基站的标签
‑
基站距离信息；
[0020]步骤3.2：联立上述n个基站
‑
标签距离坐标得到方程组；
[0021]步骤3.3：采用最小二乘法求解步骤3.2中的方程组，得到采煤机上UWB定位标签卡的位置。
[0022]所述步骤1具体为：
[0023]UWB定位基站实时监测到采煤机上UWB定位标签卡发送的UWB脉冲信号，生成定位信息，并将上述定位信息传输至电液控制器，电液控制器将上述定位信息转发至电液控服务器，电液控服务器对电液控制器转发的定位信息根据信号强度进行排序，并将排序结果中前n个电液控制器转发数据上传至顺槽主控计算机。
[0024]所述步骤2中通过行程数据实时判断是否存在推溜/拉架动作的依据如下：
[0025]顺槽主控计算机接收到实时推移油缸行程数据及液压支架动作数据，若连续两次记录间行程存在显著变化且液压支架有推溜、拉架动作记录，则判断该液压支架推移油缸行程处于推溜/拉架动作中。
[0026]所述步骤3中根据行程数据实时修正基站坐标之前先建立坐标系，设定坐标系的X轴方向为综采工作面走向方向，正方向为大号架液压支架方向，Y方向为综采工作面推进方向，Z方向为综采工作面垂直向上方向；
[0027]则当前时刻采煤机上UWB定位标签卡的测距信息表示为：
[0028][[x1,y1,z1,d1],[x2,y2,z2,d2],
……
，[x
n
,y
n
,z
n
,d
n
]]；
[0029]其中x1，x2……
，x
n
为n个UWB定位基站的X坐标，根据液压支架号及液压支架宽度计算得到；
[0030]y1，y2……
y
n
分别为n个UWB定位基站的Y坐标，赋值为该液压支架实时行程值的相反数；
[0031]z1，z2……
z
n
分别为n个UWB定位基站Z的坐标，赋值为该液压支架的实时采高测量值；
[0032]d1，d2……
d
n
分别为n个UWB定位基站与采煤机上UWB定位标签卡之间的距离。
[0033]所述步骤3.2中联立上述n个基站
‑
标签距离坐标得到的方程组的表达式如下：
[0034][0035]所述步骤3.3中采用最小二乘法求解步骤3.2中的方程组，得到采煤机上UWB定位标签卡的位置的步骤如下：
[0036]令
[0037]对f(x，y，z)在(x0，y0，z0)点进行泰勒展开，得：
[0038][0039]将上式代入步骤3.2中的方程组，得到：
[0040][0041][0042]……
[0043][0044]上式中：h表示X轴方向的极小增量，k表示Y轴方向的极小增量，m表示Z轴方向的极小增量；
[0045]令(x0，y0，z0)的初始值为各UWB定位基站的中点，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于UWB的综采工作面采煤机实时定位系统，其特征在于：包括采煤机UWB测距装置、行程数据采集装置、定位数据传输计算单元，所述采煤机UWB测距装置包括安装在采煤机上的UWB定位标签卡和安装在液压支架上的UWB定位基站；行程数据采集装置包括安装在液压支架推移油缸处的行程传感器；定位数据传输计算单元包括：电液控制器、电液控服务器、环网交换机、顺槽主控计算机；UWB定位基站接收到UWB脉冲信号后根据信号传输时间计算出采煤机定位标签卡与UWB定位基站间的距离，并将信号强度、距离信息通过串口连接传输至电液控制器；行程传感器检测到油缸活塞的运动并将其转换为电信号通过串口连接传输至电液控制器；电液控制器将接收到的UWB测距信息和行程数据传输至电液控服务器，电液控服务器将上述数据转发至环网交换机，环网交换机通过光纤将数据传输至顺槽主控计算机。2.根据权利要求1所述的一种基于UWB的综采工作面采煤机实时定位系统，其特征在于：所述顺槽主控计算机内存储有采煤机实时位置计算算法的计算机程序，所述采煤机实时位置计算算法根据液压支架推移油缸的行程数据实时修正UWB定位基站的坐标，所述采煤机实时位置计算算法通过最小二乘法求解采煤机上UWB定位标签卡的位置。3.根据权利要求1所述的一种基于UWB的综采工作面采煤机实时定位系统，其特征在于：所述UWB定位标签卡安装在采煤机机身上，所述UWB定位基站集成在液压支架顶端的多功能信号灯内。4.一种基于UWB的综采工作面采煤机实时定位方法，采用如权利要求1
‑
3任一项所述的基于UWB的综采工作面采煤机实时定位系统，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：电液控服务器转发信号强度最高的n个UWB定位基站对应的标签
‑
基站距离信息至顺槽主控计算机；步骤2：顺槽主控计算机接收步骤1中的标签
‑
基站距离信息以及行程传感器的行程数据，并通过行程数据实时判断是否存在推溜/拉架动作；步骤3：根据行程数据实时修正UWB定位基站的坐标：步骤3.1：顺槽主控计算机筛选推移油缸行程无变化的UWB定位基站的标签
‑
基站距离信息；步骤3.2：联立上述n个基站
‑
标签距离坐标得到方程组；步骤3.3：采用最小二乘法求解步骤3.2中的方程组，得到采煤机上UWB定位标签卡的位置。5.根据权利要求4所述的一种基于UWB的综采工作面采煤机实时定位方法，其特征在于：所述步骤1具体为：UWB定位基站实时监测到采煤机上UWB定位标签卡发送的UWB脉冲信号，生成定位信息，并将上述定位信息传输至电液控制器，电液控制器将上述定位信息转发至电液控服务器，电液控服务器对电液控制器转发的定位信息根据信号强度进行排序，并将排序结果中前n个电液控制器转发数据上传至顺槽主控计算机。6....
【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，刘治国，李学云，刘晓俊，
申请(专利权)人：太原向明智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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