[发明专利]综掘机械装备的自动导航控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及综合机械化掘进机控制技术领域，具体涉及一种综掘机械装备的自动导航控制系统及控制方法；包括固定于综掘机机身之上的IMU惯性测量单元和里程计、安装于掘进机的机身内的自动导航控制系统计算机、设置在综掘机内部的综掘机机身和炮头控制油路、设置在综掘机驾驶位左侧的综掘机报警系统；实现综掘机及其炮头位姿的高精度自动检测、控制，提高综掘机的掘进效率，降低工人劳动强度，适用于煤矿井下掘进工作面的自动自动导航控制控制工作需要，特别是能够实现综掘机掘进距离、方向以及炮头边界的精确控制，保证掘进轨迹、煤壁截割整齐，实现掘进过程中综掘机机身及炮头位姿的闭环控制。

技术领域

本发明涉及综合机械化掘进机（综掘机）控制技术领域，具体涉及一种综掘机械装备的自动导航控制系统及控制方法。

背景技术

当前煤矿井下掘进工作面的综掘机位置和位姿测定工作，仅利用激光指向仪为综掘机在掘进过程中提供指向辅助，综掘机机身的具体位姿仍需通过人工来加以判断，无法实现综掘机位姿的自动导航控制，更无法实现对综掘机炮头边界（X、Y方向，如图1所示）的精确控制。整个掘进控制过程为人工、开环控制，无法实现综掘机掘进边界、机身和炮头位姿的自动控制。这不仅严重地影响井下工作面的掘进准确性，而且掘进的效率、安全性也无法得到保证。因此，有必要设计一种综掘机械装备自动导航控制系统，以实现综掘机自身及其炮头位姿的自动监测与闭环控制。

发明内容

本发明为解决当前煤矿井下掘进工作面的综掘机位置和位姿测定工作中，机身的具体位姿仍需通过人工来加以判断，无法实现综掘机掘进边界、机身和炮头位姿的自动控制的技术问题，提供一种综掘机械装备的自动导航控制系统及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种综掘机械装备的自动导航控制系统，包括固定于综掘机机身之上的IMU惯性测量单元和里程计、安装于掘进机的机身内的自动导航控制系统计算机、设置在综掘机内部的综掘机机身和炮头控制油路、设置在综掘机驾驶位左侧的综掘机报警系统；

IMU惯性测量单元和里程计、自动导航控制系统计算机及综掘机机身和炮头控制油路为输出部件，IMU惯性测量单元和里程计检测综掘机机身的位姿实时数据，综掘机机身和炮头控制油路发出的控制指令，均与自动导航控制系统计算机保持实时通讯；IMU惯性测量单元和里程计同样也是输入部件，监测综掘机机身的位姿变化信号，自动导航控制系统计算机为自动导航控制系统中间部分，负责接受IMU惯性测量单元和里程计发出的信号，并与综掘机机身和炮头的控制油路和综掘机报警系统保持通讯联系，形成闭环控制系统。

本发明综掘机械装备的自动导航控制系统各部分的功能作用为：

IMU惯性测量单元，包含三个激光陀螺仪和三个加速度计，使用综掘机电源，主要用于测量综掘机位姿信息。

里程计，具备防爆和无线通讯功能，主要用于测量综掘机位置信息。

自动导航控制系统计算机，用于运行自动导航控制系统软件，安装于掘进机的机身内（封装、预留数据输入、存储与输出接口-SUB接口），具备防爆和无线通讯功能。

综掘机机身和炮头控制油路，负责控制炮头的各种截割动作。

综掘机报警系统，负责接收自动导航控制系统计算机发出的报警指令，能够发出灯光、声音信号。

所述综掘机械装备的自动导航控制系统的控制方法包括以下步骤：

首先，向自动导航控制系统计算机导入预设的巷道掘进轨迹，确定测量基准点，并以该点为基准，调整综掘机的初始姿态，以保证机身、炮头纵轴方向中心线与设计掘进轨迹的中心线基本重合于一条直线；

然后，IMU惯性测量单元和里程计接受数据,获取综掘机及其炮头的实时位置、位姿信息、并将信号发送至自动导航控制系统计算机；