[发明专利]掘进机的实时定位系统

说明书

本发明涉及一种掘进机的实时定位系统，属于智能化掘进技术领域。包括：激光传感器位姿检测设备用于确定激光传感器在掘进巷道中的绝对位姿；激光传感器用于对掘进机的掘进前进方向进行三维激光扫描，并将每个采集时刻扫描的三维点云数据传输至服务器；服务器用于对激光传感器在每个采集时刻扫描的三维点云数据进行滤波处理，得到每个采集时刻滤波后的三维点云数据；对每个采集时刻滤波后的三维点云数据进行拟合和提取，确定各个三维标靶对应的三维点云数据；根据各三维标靶对应的三维点云数据和激光传感器在掘进巷道中的绝对位姿确定掘进机在掘进巷道中的位姿。本发明能够大大减小对人工的依赖，具有实时性、非接触式、人力需求小、安全等优点。

技术领域

本发明涉及智能化掘进技术领域，尤其涉及一种掘进机的实时定位系统。

背景技术

掘进机自主定位技术一直是煤矿智能化掘进工作面建设的关键，高效便捷的定位技术不仅能够提高掘进机的定位精度和作业效率，还能够改善煤矿采掘失衡问题。

目前绝大多数的煤矿依然采用需要人工操作才能完成的“激光指向仪法”进行掘进机的定位，这种定位方式不仅需要操作人员具有较高的熟练度，还存在一定的安全隐患。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种掘进机的实时定位系统。本发明的技术方案如下：

一种掘进机的实时定位系统，其包括激光传感器、若干个三维标靶、服务器和激光传感器位姿检测设备，所述激光传感器安装在掘进机所在掘进巷道的上顶板处并与上顶板之间呈预设角度，各个三维标靶错开安装在掘进机机身上，所述服务器设于掘进巷道尾部，激光传感器位姿检测设备安装于掘进巷道中，激光传感器与服务器连接；

所述激光传感器位姿检测设备用于：确定激光传感器在掘进巷道中的绝对位姿；

所述激光传感器用于：在掘进机开始正常作业后对掘进机的掘进前进方向进行三维激光扫描，并将每个采集时刻扫描的三维点云数据传输至服务器；

所述服务器用于：对激光传感器在每个采集时刻扫描的三维点云数据进行滤波处理，得到每个采集时刻滤波后的三维点云数据；对每个采集时刻滤波后的三维点云数据进行拟合和提取，确定各个三维标靶对应的三维点云数据；根据各三维标靶对应的三维点云数据和激光传感器在掘进巷道中的绝对位姿确定掘进机在掘进巷道中的位姿。

可选地，所述激光传感器扫描的三维点云数据中的任一三维点云数据表示为[ x, y,  z, intensity]，其中， x、 y、 z为激光传感器自身坐标系下的三维坐标数据，计算公式如公式（1）所示，intensity表示激光反射回来的强度；（1）；

公式（1）中， r为实测距离， ω为激光的垂直角度， α为激光的水平旋转角度， x、 y、 z 为极坐标投影到笛卡尔坐标下的坐标，三维点云数据以激光传感器内的激光发射中心作为坐标系的中心O。

可选地，所述服务器在对激光传感器在每个采集时刻扫描的三维点云数据进行滤波处理，得到每个采集时刻滤波后的三维点云数据时，包括：