[发明专利]一种基于多传感器融合的煤矿巷道钻锚机器人精确定位方法及系统

说明书

本发明涉及煤矿机器人定位技术领域，具体涉及一种基于多传感器融合的煤矿巷道钻锚机器人精确定位方法及系统，该方法根据钻锚作业需求，研究基于分布式激光测距传感器的钻锚机器人与掘进工作面之间的距离信息，建立“机器人‑工作面”定位模型，解算钻锚机器人前移过程中与掘进工作面的位置关系；以机器人后端顶部锚杆为目标，利用激光雷达扫获取锚杆与钻锚机器人的动态点图信息，建立“机器人‑锚杆”定位模型，解算钻锚机器人后移过程中与锚杆的空间位置关系。本发明实现了钻锚机器人在煤矿巷道的精确定位，大大提高了巷道掘进的支护效率以及煤矿设备的智能化水平。

技术领域

本发明涉及煤矿机器人定位技术领域，具体涉及一种基于多传感器融合的煤矿巷道钻锚机器人精确定位方法及系统。

背景技术

巷道支护技术是煤炭安全开采关键环节，随着对煤炭需求量的增加，开采和支护效率也必须相对应的提高。钻锚机器人是专门用于煤矿井下和其他井巷工程中巷道安装锚杆的支护类设备，可以代替工人完成锚杆运输、打孔、装配等作业，有效地解决了工人劳动强度大等问题，但目前大多数钻锚作业都是通过人工驾驶钻锚机器人移动以及工作机构位姿调整完成钻锚台车定位，由此可见其定位精度和效率无法保证。因此，针对钻锚机器人机身定位困难等问题，研究采用多传感器组合与信息融合技术建立钻锚机器人机身定位方法，建立适用于井下复杂环境的钻锚机器人机身定位系统，提高定位精度、容错率，对实现煤矿巷道钻锚机器人精确定位、移动效率具有重大应用价值与研究意义。

钻锚机器人本体结构由履带行走机构和龙门框架组成，传统掘进机可在龙门框架内部通过。进行钻锚作业时，钻锚机器人与掘进机会存在空间干涉情况，因此将机器人定位内容分为前移定位和后移定位：前移定位时钻锚机器人需在距掘进工作面指定位置停止并完成位于掘进机机身高度以上的所有钻锚作业；后移定位时钻锚机器人完全后退至掘进机机身长度以外停止并进行补打剩余锚杆，确保钻锚机器人能够精确停止在钻锚平面是巷道支护作业顺利高效完成的前提。

发明内容

针对复杂工况环境下的钻锚机器人机身定位困难、干扰大、精度低、效率低等问题，本发明提供了一种基于多传感器融合的煤矿巷道钻锚机器人精确定位方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于多传感器融合的煤矿巷道钻锚机器人精确定位系统，包括：

前移定位模块：由分布式激光测距传感器组成，其位于钻锚机器人顶梁结构处且呈左右对称分布，钻锚机器人向前移动时，利用分布式激光测距传感器测量钻锚机器人与掘进工作面的垂直距离，建立“机器人-工作面”前移定位模型，并根据左右传感器所采集的距离差，求解机器人前移位姿信息，实现钻锚机器人的前移定位；

后移定位模块：由激光雷达完成偏角检测，其位于钻锚机器人后端顶部中线处，在钻锚机器人向后移动时，利用激光雷达所扫描到的点图信息，建立“机器人-锚杆”后移定位模型，求解机器人后移位姿信息，实现钻锚机器人的后移定位；

机载计算机，用于实现人机交互，显示“机器人-工作面”前移定位模型解算的定位信息以及“机器人-锚杆”后移定位模型解算的定位信息，并基于所述定位信息以预设的机器人位姿解算公式计算显示钻锚机器人在巷道中具体位姿信息；还用于远程干预钻锚机器人启停，将控制指令下发至运动控制卡并执行；

运动控制卡：用于接收各传感器所采集数据并进行A/D转换发送至机载计算机，同时向履带机构下发控制指令以驱动左右履带实现不同动作；

进一步地，“机器人-工作面”前移定位模型以掘进工作面为参考；“机器人-锚杆”后移定位模型以后端首排顶部锚杆为参考。

进一步地，激光测距传感器安装在钻锚机器人前端顶梁结构位置，以机器人中心轴线为基准呈左右对称分布，以实现前后距离定位和偏航夹角计算，左右两侧的激光传感器用来检测机器人与左右煤壁的距离，辅助机器人位姿调整。

进一步地，所述激光雷达安装在钻锚机器人后端顶梁结构中间位置。