[实用新型]一种悬臂式掘进机机身与截割头位姿检测系统

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种煤矿井下采掘设备位置与姿态及其特殊部位的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及其截割部位的位姿测量方法。

背景技术：

悬臂式掘进机是井下采掘装备中十分重要的一种，是我国煤巷综掘机械化生产中应用最为广泛的巷道掘进设备，其主要用于部分断面的截割，其突出的结构特点是在其回转台上安装有可伸缩摆动的悬臂，在悬臂的前端装有截割头，通过悬臂的摆动以及截割头的旋转，可以实现煤岩的脱落，掘进机操作台可以对截割头的运行轨迹进行控制，可以截割出各种形状的，例如矩形、拱形等断面的巷道，掘进机同时拥有行走及装载功能。

巷道掘进过程中，悬臂式掘进机的一般工艺流程为：掘进机行走到制定位置(准备环节)→截割→锚杆支护→永久支护(铺锚网)→循环。目前悬臂式掘进机在作业时的指向及定位主要通过巷道后方的激光指向仪在巷道断面上形成的光斑作为掘进机司机的主要参考，通过掘进机司机的手动操作以及过往经验控制掘进机截割头的运行轨迹，从而完成巷道断面的截割。煤矿综掘工作面的工作环境十分恶劣，噪音较大且粉尘严重，对于工作人员的健康以及工作效率有较大的影响，虽然激光指向仪的指向精度较高，但是在具体的操作环境下，由于综掘工作面粉尘严重，可见度较低，很大程度上要依赖掘进机司机的经验进行控制，因此在这种情况下巷道的超挖欠挖现象十分严重，在真实的生产环境下一般会有工作人员在巷道掘进面附近对于巷道的成型截割情况进行检查与反馈，在一定程度上控制了巷道的超挖与欠挖，但是增加了工作的人员数量，进一步增大了危险性，因此在进行巷道断面截割时，掘进机的远程控制以及自主巡航是未来的发展方向。

悬臂式掘进机的远程控制及自主巡航需要及时检测出掘进机的位姿信息以及截割部的位置，确定机身与截割头的运动轨迹，从而推断出巷道断面的成形状况，结合煤矿综掘面的巷道质量验收标准，确定是否符合设计要求，首先要确定的就是掘进机的方向角，即掘进机机身中线与巷道设计中线之间的角度。

现有的测量悬臂式掘进机位姿的方法有：通过全站仪(防爆型)等类似设备和通过相关设备从地上转移到井下的空间位置参考点测量出掘进工作进行前掘进机所处的精确空间位置，比较其与巷道设计中线的差值，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。现在未有广泛使用的截割头位置测量方法，大部分情 况下凭借激光指向仪以及掘进机司机的经验进行控制。

中国专利文献公告号为CN201013380Y公开的全自动掘进机，其通过航天技术中的导航定位仪，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，以此实现全自动掘进。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，而且航天仪器一般实时性较强，掘进机运动缓慢且掘进工作周期较长，故无法得到所需的精确结果，由于井下存在大量粉尘及掘进过程中的较大振动，使其可靠性较低，另外，精密航天仪器的造价较高，考虑到单个悬臂式掘进机的制造成本，推广较为困难。

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，该方案选择采用线状激光器发射扇形激光光束，线激光发射器由激光指向仪和线激光器机架定位，发出扇形激光束，在掘进机机身上形成线形光斑，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。该方法的问题在于不能得到掘进机的方向角即无法得到掘进机机身中线与巷道轴线之间的位置关系，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，在掘进机不断掘进及移动的过程中，需要不断的向前进行移站，施工工作量增大，工作难度较高，同时在此专利中没有对掘进机截割头的位置进行检测，无法得到完整的悬臂式掘进机位姿信息。

通过上述描述，准确方便测量悬臂式掘进机包括其截割头的所有位姿信息，提出一种简单且经济使用的检测方法是在本技术领域中亟待解决的问题。

实用新型内容

一种悬臂式掘进机机身与截割头位姿检测系统，其特征包括：设置于巷道后方的两个红外激光发射器(1)、安装在悬臂式掘进机机身上的两个球形接收器(2)、安装于掘进机机身上的两个两轴倾角传感器(4)，以及安装于悬臂式掘进机升降和回转液压缸内的矿用位移传感器(5)。