[发明专利]一种地下巷道掘进装备实时定位系统及方法

说明书

本发明提供了一种地下巷道掘进装备实时定位系统，包括后视棱镜、定位棱镜、全站仪、测站点棱镜、吊篮和惯性测量单元；后视棱镜和吊篮安装在巷道的顶板上；定位棱镜和惯性测量单元安装在掘进装备上，吊篮位于后视棱镜与掘进装备之间，吊篮内设有全站仪和测站点棱镜。本发明还提供了一种地下巷道掘进装备实时定位方法，采用了上述的实时定位系统，通过设站的方式，获得地理坐标系与全站仪坐标系的转换关系，然后利用定位棱镜坐标与掘进装备坐标之间的平移关系，算出掘进装备在大地坐标系下的坐标，最后通过惯性测量单元得到位姿参数。本发明能够实现掘进装备的精准定位，提高了定位的精度和准确度，减少了人工测量，降低了安全事故发生的可能性。

技术领域

本发明涉及工程机械定位技术领域，具体涉及一种地下巷道掘进装备实时定位系统及方法。

背景技术

随着煤矿装备技术的发展，国内煤矿巷道从以往以人工为主的掘进方式逐步实现了机械化掘进，但人工还不能完全从煤矿巷道中完全解放。我国煤矿巷道掘进以悬臂式掘进机为主，煤矿掘进工作面仍然是我国煤矿事故多发区，亟需提高掘进装备自动化和智能化水平，对于确保我国煤矿安全高效生产具有极其重要的意义。

掘进机是目前煤矿巷道掘进的重要机械设备，要实现掘进机的自动化作业，首先要解决的就是在煤矿巷道中对掘进机的精确定位。煤矿巷道掘进过程中产生的大量粉尘、噪音和存在极大安全隐患，若通过人工在煤矿巷道中测量定位，对操作手造成极大的健康威胁和安全隐患，除此之外，人工测量受到操作手自身的身体条件和煤矿巷道环境的影响，测量精度低。因此为保障定位精度、减少人工操作，对掘进机自动化和无人化作业提出了迫切的要求。

综上所述，急需一种地下巷道掘进装备实时定位系统及方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种地下巷道掘进装备实时定位系统及方法，以解决煤矿巷道中对掘进机的精确定位问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种地下巷道掘进装备实时定位系统，包括后视棱镜、定位棱镜、全站仪、测站点棱镜、吊篮和惯性测量单元；后视棱镜和吊篮安装在巷道的顶板上；定位棱镜和惯性测量单元安装在掘进装备上，吊篮位于后视棱镜与掘进装备之间，吊篮内设有全站仪和测站点棱镜。

本发明还提供了一种地下巷道掘进装备实时定位方法，采用了上述的实时定位系统，包括以下步骤：

步骤一：通过全站仪设站的方式获得全站仪和大地的坐标转换关系；

步骤二：用全站仪测掘进装备上定位棱镜的坐标，获得定位棱镜在全站仪坐标系下的坐标，通过坐标转换关系算出定位棱镜在大地坐标系下的坐标；

步骤三：结合定位棱镜在掘进装备上固定的安装位置，定位棱镜坐标与掘进装备中心点坐标之间的平移关系，算出掘进装备中心点在大地坐标系下的坐标(X₀,Y₀,Z₀)；

步骤四：通过安装在掘进装备上的惯性测量单元，获得掘进装备的俯仰角、横滚角和偏航角。

进一步地，步骤一具体是：使用全站仪测量分别测出后视棱镜坐标P_后(X_后，Y_后，Z_后)及测站点棱镜坐标P_测(X_测，Y_测，Z_测)；将吊篮内的全站仪调平，获取后视棱镜在全站仪坐标系下的原始测量数据P1(水平角、垂直角、斜距)；