[实用新型]一种悬臂式掘进机的位姿测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种煤矿采掘设备的位置和姿态(以下简称：位姿)检测的技术领域，特别是涉及一种悬臂式掘进机的位姿测量系统。 

背景技术

悬臂式掘进机是一种部分断面掘进机，其结构特点是在回转座上装有截割用可伸缩悬臂，在悬臂前端装有截割头，通过截割头的旋转和悬臂的上、下、左、右摆动，依次破落煤(岩)，根据对截割头的运动轨迹控制，可截割出梯形、拱形、矩形等断面的巷道，掘进机同时具有装载及行走功能。悬臂式掘进机是我国煤巷综合机械化生产中应用最广泛的巷道掘进机械装备。 

采用悬臂式掘进机在巷道掘进作业中的一般工艺流程是：准备(掘进机行走到位)→割煤(截割)、进料、出煤(渣)→临时支护→永久支护→下一循环。人工操作悬臂式掘进机在巷道掘进作业时，主要依靠激光指向器在巷道断面上形成的光斑作为参考，通过手动操作控制掘进机截割头的运动轨迹，从而形成截割断面。由于工作环境极其恶劣，影响作业人员的健康，安全隐患较大，且截割过程中产生的粉尘严重影响操作人员的视线，极易造成超挖、欠挖现象，虽然在实际施工时还配备了辅助人员反馈前方截割情况，但效果不理想，截割断面不规整，且人员的增加导致安全系数进一步降低，所以在截割作业时采用可使操作者远离掘进机的自动控制截割头运动的模式是发展方向。 

若要实现截割头运动的自动控制，必须确定其运动轨迹，使其所形成的断面符合设计的要求，首先发布确定在截割前掘进机姿态与该点(位置)设计轴线(方向)间的关系(差值)。 

现有的测量掘进机位置、姿态的方法均为：通过精密的“全站仪类”设备和空间位置参考点测量出截割作业前掘进机所处的精确空间位置，比较其与设计巷道轴线所经过点的关系(差值)，测得掘进机相对水平面的姿态参数，与设计中经过该点的轴线方向比较，求得两者间的关系(差值)。 

中国专利文献公告号为CN201013380Y公开的全自动掘进机，其通过航天导航定位仪，实时监测掘进机在惯性空间的绝对位置坐标，对掘进机和截割头进行控制，实现全自动掘进。该方案的关键是要测量出掘进机的精确位置，而煤矿井下恶劣的环境以及掘进机自身的震动已远超出了精密的航天仪器的正常工作条件，故无法得到所需的精确结果，造成其可靠性较低，另外，精密航天仪器的造价较高，导致其实施成本较高。 

中国专利文献公告号为CN101629807A，公开了一种掘进机机身位姿参数测量系统及方法，该方案采用线状激光器发射扇形激光光束，通过两路光敏元件感应掘进机机身的线性光斑，通过检测光斑位置，结合已知的光敏元件与掘进机机身位置关系计算得到掘进机的位姿参数。该方法的问题在于并没有所需的掘进机姿态与该点设计轴线方向间的关系，而若获得所需的关系参数必先获得掘进机的精确空间位置，而该方案中却没有进行相应的测量。另由于该方案采样基准为扇形激光光束，扇形激光光束限制了其工作距离非常有限，需要频繁调整基准光束位置，施工工作量增加，施工难度较大，影响生产效率，通过两路光敏元件感应线状激光的方式也不能限定掘进机截割动作开始前在巷道横向位置区域，且该方案不能测量掘进机在地球绝对坐标系中的位置坐标，不能测量基准参考点距掘进机的距离值，因而也无法得到掘进机的掘进工作量信息。 

因此，如何彻底解决悬臂式掘进机位姿测量问题并提供一种经济实用的测量系统，是本领域要解决的技术问题。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种可靠性较好的、经济实用的悬臂式掘进机位的姿测量系统，以完成悬臂式掘进机机身位姿参数的绝对测量，解决井下掘进机位姿测量无核心设备可用的关键问题。 

为解决上述技术问题，本实用新型的悬臂式掘进机的位姿测量系统的包括：发出红外测距激光和用于提供巷道掘进方向的可见激光的激光指向测距仪1、设于掘进机上且与掘进机机身轴线平行的光测角仪2；光测角仪2包括平行于掘进机基准平面设置的倾角传感器10。