[发明专利]一种采煤机绝对位姿检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种采煤机绝对位姿检测方法，在回采工作面时，对主要由采煤机、刮板机和液压支架构成的三机配套开采装备中的采煤机的绝对位姿进行检测；该方法通过捷联惯导模块进行航位推算位姿检测，通过激光发射装置、激光接收装置和智能全站仪进行激光位姿检测，然后通过最优估计算法对两种位姿检测结果进行异步融合，得到精确的采煤机的绝对位姿。本发明使用卡尔曼滤波等最优估计算法对两种导航信息进行异步融合，得到更加精确的采煤机绝对位姿参数，精度高、可靠性好，为实现采煤机的自动化、智能化作业提供条件。

技术领域

本发明涉及一种采煤机位姿检测方法，尤其涉及一种回采工作面滚筒式采煤机绝对位姿检测方法，属于自动化开采装备技术领域。

背景技术

我国是煤矿的开采与消费大国，采煤机是煤矿开采的主要装备。传统的回采工作面主要是以人工操作，不仅劳动强度大、效率低，而且工作环境极差、危险程度极高，故发展自动化、智能化的开采装备是大势所趋。对于自动化的回采工作面开采装备，首先要解决的问题是开采装备的定位定姿问题，然而，由于矿井下的特殊条件，其环境复杂性使得很多通常采用的定位手段在矿井下达不到定位精度的要求，甚至无法在井下实现定位。目前采煤机定位方法主要有齿轮计数法、红外对射法、惯性导航等，但是很多定位方法只能实现相对定位，无法实现矿山坐标系中采煤机绝对位姿检测，或者能够实现采煤机绝对位姿检测，但是精度较低，总体不能为无人化的回采工作面建设提供足够的条件。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种采煤机绝对位姿检测方法，能够精确检测采煤机在矿山绝对坐标系中的六自由度位姿参数，该方法实时性好、可靠性高，能够为无人化的回采工作面建设提供条件。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种采煤机绝对位姿检测方法，在回采工作面时，对主要由采煤机、刮板机和液压支架构成的三机配套开采装备中的采煤机的绝对位姿进行检测；该方法通过捷联惯导模块进行航位推算位姿检测，通过激光发射装置、激光接收装置和智能全站仪进行激光位姿检测，然后通过卡尔曼滤波等最优估计算法对两种位姿检测结果进行异步融合，得到精确的采煤机的绝对位姿。

具体的，所述激光发射装置包括车体、步进电机、行走机构、曲柄摇杆机构、舵机、激光发射器和嵌入式控制器Ⅰ，步进电机为隔爆型步进电机，激光发射器为本安隔爆型扇面激光发射器；步进电机、行走机构和曲柄摇杆机构安装在车体上，通过步进电机驱动曲柄摇杆机构动作，舵机与激光发射器安装在摇杆的顶端，由舵机带动激光发射器在±45°范围内回转扫描；嵌入式控制器Ⅰ经隔爆处理后固定在车体上，嵌入式控制器Ⅰ向步进电机和舵机提供控制指令，并解算激光发射器在激光发射装置坐标系中的三维坐标及其所发射的扇面激光的法向量。

具体的，所述激光接收装置包括三个激光接收器和嵌入式控制器Ⅱ，三个激光接收器不共线地固定在采煤机上，且三个激光接收器均能够接收到激光发射器所发射的扇面激光，嵌入式控制器Ⅱ经隔爆处理后固定在采煤机上，嵌入式控制器Ⅱ同时与激光接收器和嵌入式控制器Ⅰ通信连接，结合每个激光接收器的接收信号、激光发射器在激光发射装置坐标系中的三维坐标及其所发射的扇面激光的法向量，解算出每个激光接收器在激光发射装置坐标系中的坐标，进而解算出采煤机在激光发射装置坐标系中的六自由度位姿参数。

具体的，所述智能全站仪与激光发射装置设置在同一巷道中，嵌入式控制器Ⅲ经隔爆处理后固定在智能全站仪上，嵌入式控制器Ⅲ同时与智能全站仪和嵌入式控制器Ⅰ通信连接，在激光发射装置(4)上合理位置设置定位棱镜，通过智能全站仪检测激光发射装置在矿山绝对坐标系中的位姿参数，结合采煤机在激光发射装置坐标系中的位姿参数和激光发射装置在矿山绝对坐标系中的位姿参数，得到采煤机在矿山绝对坐标系中的位姿参数，将该结果作为激光位姿检测结果。