[发明专利]融合地质环境信息的采煤机绝对定位装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采煤机绝对定位装置与方法，特别是一种融合地质环境信息的采煤机绝对定位装置与方法。

背景技术

采煤机是综采工作面的核心装备之一，承担落煤和装煤的任务。当前，综采工作面的三机：采煤机、刮板输送机和液压支架的联动大多数需要人工干预。在综合机械化采煤过程中，要实现采煤自动化和无人或少人采煤，必须实现采煤机、刮板输送机、液压支架三机协同自动化。要实现三机协同自动化，需要解决采煤机在割煤过程中液压支架跟机自动化，及时支护和推溜等问题，其中关键技术是采煤机的精确、实时定位。

目前，煤矿井下采用和研究中的采煤机定位方法主要有齿轮计数法、红外对射法、超声波反射法、无线传感网络采煤机定位法及纯惯性导航法。

采煤机齿轮计数定位法是计数行走部齿轮转动的圈数，通过转过的圈数和齿轮的周长换算出采煤机走过的路程，再根据液压支架的宽度和架间距计算出采煤机中间部位对应的液压支架，从而确定采煤机在工作面的位置，这种方法比较简便，容易实现，成本低。但由于采煤机是沿工作面和垂直工作面两个方向行走，而齿轮计数法只能确定采煤机走过的路程，不能确定采煤机在沿工作面方向和垂直于工作面方向上面的位移，造成定位不精确，同时存在齿轮计数误差累加的不足。采煤机红外对射定位法是在采煤机机身安装红外发射装置，在液压支架上安装红外接收装置，采煤机运行过程中定向发射广角脉冲，当液压支架接收到信号，对接收信号的强弱进行分析，从而判断采煤机具体位置。该方法不足之处是不能连续监测采煤机的位置，同时一旦液压支架和采煤机水平高度不一致，接收器很难接收到信号，并且液压支架的架间距固定存在，单纯靠接收信号的强弱判断采煤机位置，只能定性，不能定量。无线传感器网络采煤机定位法，是在采煤机机身和液压支架上分别安装无线发射装置和无线接收装置，采煤机运行过程中不定向发射射频信号，通过液压支架接收到的信号强度反算出距离。这种模式能够定量进行采煤机位置确定，但射频信号在井下衰减指数较大，井下无线信道模型建立还不完整，对于无线定位模型误差没有足够分析，故离实际应用还有一段距离。纯惯性定位法是利用加速度计和陀螺仪得出采煤机的三轴加速度和三轴角速度，由三轴加速度经过数学平台的解算得出采煤机的姿态，两次积分采煤机的加速度得到采煤机的位置。但是由于陀螺仪和加速度计存在的漂移，采煤机在工作过程中有很强烈的振动，以及数值积分的方法对误差的累积，随着采煤机割煤时间的增加误差会快速上升，精度很难保证，更重要的是无法实现采煤机在采区的绝对定位。

综上所述，可以看出以往采煤机定位方法不能精确定位，存在固有误差。并且采用的是相对定位方式，即在工作面液压支架或刮板运输机上定义一个参照点，通过三机联动计算出采煤机的相对坐标，从而获取采煤机在工作面的具体位置，与采煤机所处的地理、地质环境割裂，并非在地理坐标系统下的定位，自主定位方式也存在这一问题，不是在实际地理环境中确定采煤机的位置。

发明内容

本发明的目的是要提供一种融合地质环境信息的采煤机绝对定位装置与方法，解决现有采煤机定位方法中存在的定位误差大，难以适应井下复杂、恶劣的采煤环境以及采煤路线和煤岩性质连续变化对采煤机的运动造成扰动致使定位不准的问题。

本发明的目的是这样实现的：融合地质环境信息的采煤机绝对定位装置包括采煤机机身、轴编码器、方位传感器、惯性测量单元、振动传感器、定位装置防爆外壳、定位数据微处理单元、超宽带无线定位系统(UWB)和工控机。所述的惯性测量单元包括三轴陀螺仪和三轴加速度计；所述的超宽带无线定位系统（UWB）包括超宽带无线定位系统（UWB）传感器和定位标签。在采煤机行走部安装轴编码器，在顺槽控制中心有工控机，在工控机中建立采区地理信息系统（GIS）。将定位标签等间距地布置在巷道煤壁及液压支架上，在采煤机机身上固定防爆外壳，在防爆外壳内连接有采煤机定位装置，所述的采煤机定位装置包括方位传感器、惯性测量单元、振动传感器、超宽带无线定位系统（UWB）传感器和定位数据微处理单元。

一种融合地质环境信息的采煤机绝对定位方法，包括如下步骤：

（1）在刮板输送机端头对采煤机的位置、姿态进行校准：利用方位传感器检测得到采煤机在采区内的真实方位，利用布置在巷道煤壁上的定位标签和采煤机防爆壳体中的超带宽无线定位系统（UWB）传感器对采煤机的三维坐标进行校正；