[实用新型]一种基于空间矢量约束的掘进机位姿测量系统

说明书

本实用新型公开了一种基于空间矢量约束的掘进机位姿测量系统，包括激光指向部件，所述掘进机上设置有测偏机构和操作台，所述操作台上包括位姿测量模块、通信交换机构和显示部件；所述测偏机构由两个定焦相机和捷联惯性导航部件构成；所述定焦相机实时检测激光指向仪发出的光源信号；所述捷联惯性导航部件实时检测掘进机的姿态角信号；所述通信交换机构对定焦相机输出的光源信号和掘进机的姿态信号进行转换为掘进机姿态数据信号；所述位姿测量模块对掘进机姿态数据信号构建空间矢量约束方程获得掘进机位姿的六自由度数据由显示部件输出，该装置实现对掘进机位姿检测的计算机化处理，保证矿业施工安全和高效。

技术领域

本实用新型适用于采掘设备应用领域，特别涉及一种基于空间矢量约束的煤矿掘进机位姿测量系统。

背景技术

目前，煤炭在我国能源结构中的比例正逐渐减少，但在2015年，全国煤炭产量占世界煤炭产量的47％，消费总量也仍占世界总量的50％以上，以煤炭为我国主体能源的现状并未改变。因此，煤炭行业的健康发展直接影响着国家和人民群众的经济利益和国家能源安全，对我国发展具有重要的战略意义。

随着我国煤矿开采能力不断提高，常规的巷道掘进技术已经无法满足需求，对矿下掘进机的工作效率提出了更高的要求。在巷道掘进作业的过程中，测量掘进机的位姿是极其重要的，是实现无人掘进的重要环节之一，直接决定着煤矿安全及生产效率。而目前，绝大多数均采用激光指向仪来指示巷道设计中线，采用人工目测激光指向仪打出的光斑来控制掘进机工作方向，此方法需要人工完成，且易受工人经验和现场光线、粉尘等因素影响，易造成超挖或欠挖等问题。

现有技术中文献记载的一种结合视觉技术提出掘进机位姿测量的方法，但是只能测量出掘进机五自由度位姿信息，且容易受到现场粉尘、震动等环境影响。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型提出一种基于空间矢量约束的掘进机位姿测量装置，该装置实现对掘进机位姿检测的计算机化处理，保证矿业施工安全和高效。

为了达成上述的目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种基于空间矢量约束的掘进机位姿测量装置，包括激光指向部件，所述掘进机上设置有测偏机构和操作台，所述操作台上包括位姿测量模块、通信交换机构和显示部件；其中：

所述测偏机构由两个定焦相机和捷联惯性导航部件构成；所述定焦相机实时检测激光指向仪发出的光源信号；所述捷联惯性导航部件实时检测掘进机的姿态角信号；

所述通信交换机构对定焦相机输出的光源信号和掘进机的姿态信号进行转换为掘进机姿态数据信号；

所述位姿测量模块对掘进机姿态数据信号构建空间矢量约束方程获得掘进机位姿的六自由度数据由显示部件输出。

两个所述的定焦相机反向同轴设置在测偏单元内，两个所述的定焦相机同轴中心处设置所述捷联惯性导航机构。

所述掘进机姿态空间矢量构建过程：

1、激光指向部件位置作为工程坐标系原点，其方向与掘进机行进计划线保持一致；

2、根据两个CCD定焦相机采集到的激光指向部件光源中光斑信号进行处理获得光矢量；

3、根据捷联惯性导航机构测得掘进机三个姿态角信号处理获得测偏机构的方向矢量；

4、位姿测量模块根据光矢量和方向矢量数据信号构建空间矢量约束方程实现掘进机六自由度位姿测量并输出。

有益效果

1、本实用新型通过测偏机构对掘进机的光向、位姿进行实时检测输出，并通过位姿模块的处理获得掘进机六自由度数据，进而可以精确、清晰获悉掘进机施工状态，保证矿业施工的安全和高效。