[发明专利]采煤机自主导航系统及方法

说明书

本发明公开一种采煤机自主导航系统及方法，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。

技术领域

本发明涉及一种综采工作面的采煤机，特别是涉及一种采煤机自主导航系统及其方法。

背景技术

采煤机是综采成套装备的主要设备之一。在传统的煤层开采过程中。采煤机的行进路线由测量部门绘制，采煤工作人员通过控制液压支架群及刮板输送机状态，进而控制采煤机的采集路线。目前，采煤机的导航方式主要为人工直视遥控。由于矿井巷道环境恶劣，这种导航方法不仅效率低，而且精度有限。此外，采煤工作面为矿井事故多发区，大大增加了采煤工作人员的工作强度及工作危险性。

随着社会的进步，矿井工作人员的安全受到了越来越多的关注。近年来，一些高等院校和其他科研机构针采煤机导航问题进行了一定的研究。

公开号为“CN102183255A”的专利公开了一种“综采工作面采煤机定位装置及定位方法”；公开号为“CN108180904A”的专利公开了一种“采煤机多惯导定位装置及方法”；公开号为“CN108548534A”的专利公开了一种“井下采煤机定位方法”；公开号为“CN108827220A”的专利公开了一种“基于捷联惯导的煤矿综采工作面直线度检测方法”；公开号为“CN109186589A”的专利公开了一种“一种基于阵列式惯性单元的采煤机定位方法”；公开号为“CN110285810A”的专利公开了一种“一种基于惯性导航数据的采煤机自主定位方法及装置”。

上述若干方法均采用单套惯导或多套惯导系统对采煤进行导航，但惯导系统误差随时间累积误差呈非线性增大，没有其他方式标定的情况下，最终系统失效，无法满足实际工业需求。

公开号为“CN106570877B”的专利公开了一种“基于采煤机虚拟样机与真实图像配准的采煤机位姿定位系统及方法”；公开号为“CN109115172A”的专利公开了一种“基于机器视觉的采煤机机身位姿检测方法”；公开号为“CN109736803A”的专利公开了一种“一种基于红外线定位的井下自动采煤系统及方法”；公开号为“CN109903383A”的专利公开了一种“一种采煤机在工作面煤层三维模型中精确定位方法”；公开号为“CN110231626A”的专利公开了一种“一种采煤机定位监测系统及其监测方法”。

上述若干方法采用机器视觉、激光光束或激光雷达的方法对采煤机进行定位，但采煤工作面环境恶劣粉尘大，对视觉信号或激光信号影响极大，因此无法保证系统精度。

公开号为“CN108661637A”的专利公开了一种“用于采煤机位置定位的感知控制方法；该专利主要利用旋转编码器测量采煤机行走部的距离，从而推算采煤机的位置坐标，但是该方法仅能测量采煤机的局部位置，无法实现采煤机相对于矿井基准坐标系的绝对测量。

公开号为“CN108981685A”的专利公开了一种“综采工作面采煤机定位装置；该专利提出了一种激光、红外、超声以及惯导融合的组合采煤机定位方案，但仅提供了粗略文字方案，并无实际意义。

鉴于以上发明的种种缺陷，为了实现采煤机的完全自主导航，将矿井工作人员彻底从采煤工作面的繁重危险的工作中解救出来，经过不断的研究及设计，并经反复试验及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容