[发明专利]一种基于多传感器信息融合的连续采煤机导航与定位系统

权利要求书

1.一种基于多传感器信息融合的连续采煤机导航与定位系统，其特征在于：所述连续采煤机导航与定位系统，以双激光发射器、单激光接收器的激光定向指引为主，以超声波测距传感器、倾角传感器、光电式里程计的位姿解算、偏移量测量、行驶里程统计及反馈调节机制为辅的连续采煤机导航与定位系统，多传感器的信息融合集中输出的信号与采煤机主机控制系统建立通讯联接进而进行对连续采煤机的智能导航与定位控制；所述系统内部解算算法，其具体的求解解算方法与步骤为：

(1)建立坐标系，取标准巷道中心轴线方向为坐标系的X轴方向，巷道的横向方向为坐标系的Y轴方向，巷道的竖直方向为坐标系的Z轴方向，坐标系的Y轴与Z轴构成YOZ平面，坐标系的X轴与Y轴构成XOY平面；对由传感器能够测定的各个变量数据进行设定，取各个编号超声波测距传感器测得的到巷道侧帮的距离分别为d_i，i＝1～8，d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇、d₈，其距离为一个空间矢量，这些数据的测量精度均在±9mm，竖直方向上的传感器间的距离为H，传感器的横向距离为B，倾角传感器测得的俯仰角及偏转角分别为角β、角γ；

(2)求偏转角γ，首先利用超声波测距传感器所测的各个距离求出各个距离在YOZ面上的投影距离d_i'，利用实际测得的距离d_i，i＝1～8，乘以空间距离矢量与YOZ面的夹角φ；空间距离矢量与YOZ面的夹角φ根据处于同一水平面前后两传感器之间的距离与前后传感器空间矢量距离之间差的组成的三角形的边之间的关系求得，得到各个投影距离，建立投影距离与其它相关距离的关系，对连续采煤机的偏转角γ进行计算，求解解算过程如下：

空间距离矢量与YOZ面的夹角φ为：

d_i′＝d_i×cosφ

以上各式中的i取i＝2,4,6,8，最终求得连续采煤机的偏转姿态角为：

实际情况下，通过超声波测距传感器测得的数据，对连续采煤机姿态角中整机的偏转角进行四次相应的求解，理想状态下，四次求解结果应该完全相同，考虑到误差的原因，我们取四次计算的平均值作为连续采煤机的整机姿态偏转角的系统输出值；

(3)求横滚角α，首先利用超声波测距传感器所测的各个距离求出各个距离在XOY面上的投影距离d_i”；利用实际测得的距离d_i，i＝1～8，乘以该空间距离矢量与XOY面的夹角θ；空间矢量距离与XOY面的夹角φ根据相邻上、下两传感器之间的距离与这两个传感器空间矢量距离之间差的关系求得，所得到的各个投影距离对连续采煤机的横滚角α进行计算，求解解算过程如下：

空间距离矢量与XOY面的夹角θ为：

d_i+1″＝d_i+1×cosθ

以上各式中的i取i＝2，3，6，7，最终求得连续采煤机的横滚姿态角为：

实际情况下，通过超声波测距传感器测得的数据，对连续采煤机姿态角中整机的横滚角进行四次相应的求解，理想状态下，四次求解结果应该完全相同，考虑到误差的原因，我们取四次计算的平均值作为连续采煤机的整机横滚姿态角的系统输出值；所述超声波测距传感器对连续采煤机的偏移量进行测量；所述光电式里程计在连续采煤机的工作过程中对采煤机的行驶里程进行统计记录，记为里程S；所述倾角传感器对连续采煤机的俯仰角β和偏转角Y进行相应的辅助测量。

2.根据权利要求1中所述的一种基于多传感器信息融合的连续采煤机导航与定位系统，其特征在于：所述双激光发射器为两个分别固定布置于距离巷道左、右侧侧帮一定距离Xmm的激光发射器，单激光接收器为装于箱体内并连同箱体一同布置于连卖采煤机后侧机架上中间位置的激光信号接收器，激光接收器的横向激光接收范围为200mm，两个激光发射器固定于巷道内的位置距离X由连续采煤机前侧滚筒紧贴巷道一侧侧帮时，激光发射器发射的激光照射激光接收器的可接收激光的中间位置确定。