[实用新型]一种掘进机截割头复合定位系统

说明书

本实用新型公开了一种基于红外与磁场定位的掘进机截割头复合定位系统。本实用新型中的磁场定位部分首先通过带有固定永磁体的截割头在遍历工作空间，由红外定位模块实时记录三维空间位置，由磁场传感器记录对应位置的磁感应强度，以获取训练数据，然后通过深度学习算法构建磁场定位模型。通过红外定位和磁场定位的结合，克服了掘进机工作时的高浓度粉尘造成的低可见度环境影响以及掘进机机体铁磁质的影响，解决了掘进机截割头的实时定位问题。

技术领域

本实用新型涉及一种掘进机截割头定位系统。具体的说，本实用新型涉及一种由基于几何光学的红外定位和基于深度学习的磁场定位构成的掘进机截割头复合定位系统。

背景技术

随着采矿业的发展，自动化、智能化掘进和采煤是大势所趋，而对掘进机截割头的实时定位是智能化掘进的前提。但由于掘进机在工作过程中，会产生大量粉尘，并且截割头有时会埋没于矿渣之下，传统的光学定位方法无法适应这样的恶劣环境。利用红外定位方法可在粉尘较低情况下完成高精度定位，但当截割头被埋没及被掘进机机身遮挡时，红外定位方法失效，穿透力较强的磁场定位就是一种选择。

磁场定位虽然具有穿透力强，不受可见度影响的优点，但是因为掘进机整体为铁磁质，矿井下铁磁环境很复杂，所以传统磁场定位精度很差。而将磁场定位与深度学习算法相结合，可以很好的消除铁磁质的影响，大幅度提高定位精度。

发明内容

本实用新型公开了一种基于红外与磁场定位的掘进机截割头复合定位方法，解决了掘进机工作过程中的截割头定位问题，为进一步实现自动掘进提供了技术基础。定位系统包括由多组红外摄像机构成的红外定位模块、由多个三轴磁场传感器组成的磁场定位模块、可固定于截割头后方的磁源、含有复合定位模型的终端处理器。由于铁磁质掘进机机体的影响，传统的基于毕奥-萨伐尔定律的磁场定位并不适用。本方法中的磁场定位部分首先通过带有固定永磁体的截割头在遍历工作空间，由红外定位模块实时记录三维空间位置，由磁场传感器记录对应位置的磁感应强度，以获取训练数据，然后通过深度学习算法构建磁场定位模型。通过红外定位和磁场定位的结合，克服了掘进机工作时的高浓度粉尘造成的低可见度环境影响以及掘进机机体铁磁质的影响，解决了掘进机截割头的实时定位问题。

本实用新型提供的具体技术内容是：

一种掘进机截割头复合定位系统，定位系统包括红外定位模块、磁场定位模块、可固定于截割头后方的磁源、含有复合定位模型的终端处理器。所述红外定位模块用于对截割头进行红外定位；所述磁场定位模块用于对截割头进行磁场定位；所述磁源用于将截割头的位置数据传送给磁场定位模块；所述含有复合定位模型的终端处理器用于对获得位置数据进行处理；所述位置数据包括红外定位模块获得的红外位置数据，以及磁场定位模块获得的磁场位置数据。

优选地，所述红外定位模块包括至少两个红外摄像头以及配套的数据采集器，所述至少两个红外摄像头位于截割头后上方，且平行放置，光心间距为25cm。

优选地，所述磁场定位模块包括至少两个三轴数字磁场传感器，分别放置于掘进机机身两侧。

优选地，磁源固定于截割头后方，与截割头一起运动，通过磁源的运动影响所述磁场传感器获得的磁场强度。所述磁源为永磁体或电磁铁。

本实用新型公开的定位方法为：磁场定位部分首先通过带有固定永磁体的截割头遍历工作空间，由红外定位模块实时记录三维空间位置，由磁场传感器记录对应位置的磁感应强度，以获取训练数据，然后通过深度学习算法构建磁场定位模型。红外定位方法基于几何光学原理，不设置红外光源，对工作过程中因摩擦产热进而产生红外辐射的截割头进行定位。通过红外定位和磁场定位的结合，用磁场定位结果填补红外定位丢失的定位点，解决掘进机截割头的实时定位问题。