[发明专利]测量掘进机位姿的系统

说明书

本发明涉及一种测量掘进机姿态的系统。所述系统包括：激光发射装置，包括用于向激光标靶发射激光的多个激光器所形成的激光器阵列；激光器云台，安装在掘进机上，用于驱动激光发射装置进行姿态调整，以使得激光器阵列上的激光器将光发射到激光标靶上；激光标靶，布置在掘进机的外部，并检测激光器照射在自身上的光斑；处理器，根据在激光标靶上的光斑所形成的图案和激光器所形成的图案，确定掘进机的位姿。

技术领域

本发明属于煤矿掘进机自动化技术领域，具体涉及掘进机的位置和姿态(即，位姿)的实时测量方法。

背景技术

目前，无人化开采是煤炭行业发展的方向和目标，其装备的自动化、智能化和机器人化是无人化的基础和前提。巷道掘进是煤炭开采的重要环节，掘进质量的好坏直接决定着煤炭安全及生产效率。掘进机是巷道掘进的关键装备之一。在综合机械化掘进作业中，掘进机位姿的测量是控制掘进机智能行进，实现无人化掘进的重要环节之一，是实现煤炭无人化开采的的最前端，即感知阶段。研究掘进机位姿自动测量方法，能够实现掘进机在综掘巷道位姿的自动测量，从而为实现无人掘进提供可能性。

专利号为CN104729501A，授权公开日为2015年06月24日的发明专利“基于旋转扇面激光的悬臂式掘进机位姿测量方法”，该专利方案的设计提出了一种基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量系统，即将该系统的扇面激光发射端安装在悬臂式掘进机机身上，扇面激光接收端(包含3个不共线的扇面激光接收器)固定安装在已经由悬臂式掘进机掘出的煤巷后方，扇面激光接收器相对于空间大地坐标系的坐标值由其它测量方式测得。由扇面激光发射端测得扇面激光接收器相对于发射端的坐标值，再通过相应的坐标转换，计算出悬臂式掘进机上固定三点(不共线)相对于空间大地坐标系的三维坐标值。若已知空间刚体上固定三点(不共线)相对于空间大地坐标系的三维坐标值，可计算出该空间刚体的位姿(位置和位姿)数据。该方法通过机载激光器的坐标转换实现了掘进机位姿的测量，但是其需要三个激光接收器，并且三个激光接收器的位置都得已知，激光接收器的移站和定位比较复杂，工况适应性较差。

专利号为CN105203099A，授权公开日为2015年12月30日的发明专利“基于iGPS的掘进机单站位姿测量方法”，该专利方案的设计提出了一种基于iGPS的掘进机单站位姿测量方法，安装单站多点分时测量平台至掘进工作面后方巷道顶板适宜位置处，机载接收器及任务处理器均固定安装在掘进机机身上。各个机载接收器接收不同位置处发射站发出的光信号并转化为电信号传至任务处理器，最后由解算计算机求解出各个机载接收器在全局坐标系中的位置坐标实现空间定位，再通过已知的各个机载接收器位置坐标计算得出掘进机机身的姿态参数。但是该方法需要在掘进机后方多点布站和定位，同样存在移站复杂的问题，并且多点布站会使发射站定位时的累积误差增加。

鉴于以上不足，需要一种减少布站次数和降低测量成本，更便捷的完成掘进机的位姿测量的技术。

发明内容

本发明在于提供一种便捷的低成本的测量掘进机位姿的系统。

根据本发明的一方面，提供一种测量掘进机位姿的系统，所述系统包括：激光发射装置，包括用于向激光标靶发射激光的多个激光器所形成的激光器阵列；激光器云台，安装在掘进机上，用于驱动激光发射装置进行姿态调整，以使得激光器阵列上的激光器将光发射到激光标靶上；激光标靶，布置在掘进机的外部，并检测激光器照射在自身上的光斑；处理器，根据在激光标靶上的光斑所形成的图案和所述多个激光器所形成的图案，确定掘进机的位姿。

可选地，处理器根据在激光标靶上的光斑所形成的图案和激光器所形成的图案，确定激光发射装置在激光标靶坐标系下的第一位姿；根据第一位姿、作为激光发射装置与掘进机之间的相对位姿的第二位姿、激光标靶在现实世界的第三位姿，确定掘进机在现实世界的位姿。

可选地，处理器根据所述多个激光器在激光标靶上形成的光斑在激光标靶坐标系下坐标和所述多个激光器在激光发射装置坐标系下的坐标，确定激光发射装置在激光标靶坐标系下的第一位姿。