[发明专利]采煤机自主导航系统及方法

权利要求书

1.一种采煤机自主导航系统，其特征是：该系统包括：全站仪，UWB固定基站群，UWB移动基站群，UWB定位节点，寻北仪，倾角传感器。其中，全站仪作为系统基准安装在运输上山与区段运输平巷交点。将UWB固定基站群安装在综采工作面与运输平巷交点转载机处，作为采煤工作面的坐标基准。UWB移动基站群安装至液压支架顶板下方，随液压支架移动自主标定。UWB节点、寻北仪以及倾角传感器安装至采煤机机身。采煤机工作时，UWB移动基站群对UWB节点进行定位并传输至UWB固定基站群；UWB固定基站群由全站仪进行标定，通过坐标变换矩阵完成采煤机在基准坐标系的定位，寻北仪及倾角传感器用以对采煤机机身姿态进行绝对测量，从而完成采煤机在完整煤层采煤中的全自主导航。

2.根据权利要求1所述的采煤机自主导航系统，其特征是：所述的UWB节点固定在采煤机机身，并且与UWB移动基站群呈视距传播，采煤机移动时，UWB移动基站群对UWB节点进行实时UWB测距，根据测距信息建立定位方程组，通过解算可建立UWB节点相对于UWB移动基站的相对空间坐标。所述的寻北仪及倾角传感器安装至采煤机机身工控箱内，当采煤机完成一个纵向断面采煤时，对采煤机航向角、俯仰角以及横滚角进行测量标定，采煤机坐标及姿态信息由UWB节点的天线进行传输。

3.根据权利要求1所述的采煤机自主导航系统，其特征是：所述的UWB移动基站与液压支架匹配布置，每台液压支架的顶板底部安装一台UWB移动基站。当单台液压支架移动时，单台UWB移动基站由其他UWB移动基站标定并更新空间位置坐标，实现UWB移动基站群的坐标自主平移。

4.根据权利要求1所述的采煤机自主导航系统，其特征是：所述的UWB固定基站群包括4台UWB测距基站，以确定的位置安装至区段运输平巷与采煤工作面交点的转载机处，作为采煤工作面的坐标基准。当液压支架进行纵向移动时，UWB固定基站随转载机一同纵向移动，移动后的位置坐标由全站仪标定。

5.根据权利要求1所述的采煤机自主导航系统，其特征是:所述的全站仪安装至运输上山与区段运输平巷的交点处，由地测人员在煤层开采前进行标定，作为采煤机自主导航系统的坐标基准。

6.一种用权利要求1所述的采煤机自主导航系统的采煤机自主导航方法，其特征是：

采煤工作开始前，将全站仪安装至运输上山与区段运输平巷的交点处，全站仪坐标由地测人员事先标定，作为采煤机自主导航系统的坐标基准；将全站仪目标棱镜与UWB固定基站安装至区段运输平巷与采煤工作面交点处的转载机上，目标棱镜与UWB固定基站存在确定的位置关系；当系统工作，全站仪通过对目标棱镜进行测距和测角，确定目标棱镜相对于全站仪坐标基准的三位坐标，进而得到UWB固定基站的确定位置坐标；UWB移动基站群分别安装至液压支架群顶板的底部，每台UWB移动基站由UWB固定基站群进行测距，根据多组测距信息建立定位观测方程组，求解即可得到UWB移动基站相对于固定基站群的位置坐标，当液压支架依次纵向移动时，单台UWB移动基站由附近未移动的基站测距并解算位置坐标，从而实现UWB基站群的坐标自主连续平移；UWB定位节点安装至采煤机机身，采煤机工作时，UWB移动基站群对UWB定位节点进行实时测距并解算，从而得到采煤机位置相对于UWB移动基站群的实时位置坐标，通过坐标系变换矩阵进而得到采煤机相对于全站仪基准坐标系的位置坐标；寻北仪及倾角传感器安装至采煤机机身，当采煤机完成一个纵向采煤截割时，启动寻北仪及倾角传感器对采煤机姿态角进行测量标定，测量信息通过UWB定位节点天线传输至全站仪坐标系处的系统终端，从而实现采煤机的全自主导航。