一種掘進機橫向偏移測量方法與流程

本發(fā)明涉及掘進機位姿檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種掘進機橫向偏移測量方法。

背景技術(shù)：

隨著礦用巷道掘進機控制技術(shù)的發(fā)展，目前，遠程操控掘進機已逐漸成為新興的智能化煤礦采掘機械。而掘進機在井下的位姿測量已成為遠程操控掘進機控制系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)。

以掘進機前進方向為X軸正方向，垂直于X軸的水平向右為Y軸正方向，豎直向上為Z軸正方向建立巷道坐標系，則掘進機的位姿參數(shù)由4個單項因數(shù)組成：偏向角，橫滾角，俯仰角，橫向偏移。掘進機在實際工作中，其機身位姿可能出現(xiàn)上述參數(shù)中的一種，也可能是多種狀態(tài)組合，其機身的三個位置角度可采用慣性導航組件進行測量，而橫向偏移則不能。

目前橫向偏移的測量主要采用單靶激光測距的方式，如圖1所示。使用巷道已有的初始校準點，在校準點安裝兩個具有一定角度的反射面F1和F2組成一個接收靶，兩反射面之間的夾角可調(diào)并可準確獲得（具體大小與激光測距儀匹配）。

初始位置時，A和B分別為固定在掘進機上的兩個高精度激光測距儀測得設(shè)備到F1、F2面之間的距離，其中激光測距儀的測量精度±0.001mm，量程100米；α為兩反射面之間夾角的一半，初始位置時距離為A0和B0。

掘進過程中，如果掘進機的掘進軌跡一直是沿著X向進行直線移動，沒有Y向平移，則A=B；一旦掘進過程中發(fā)生了Y向側(cè)滑（即平移），則A≠B，程序根據(jù)A和B的實際值進行判斷側(cè)移距離和方向，并將檢測結(jié)果反饋給掘進機執(zhí)行機構(gòu)，進行實時修正軌跡。

1）當A＜B時，則掘進機向-Y方向平移了，平移距離C=(|A-B|/2)tanα；

2）當A＞B時，則掘進機向+Y方向平移了，平移距離C=(|A-B|/2)tanα；

3）當A=B時，則掘進機未發(fā)生平移。

此測量方法的接收靶由兩個對接的反射面組成，兩反射面的對接線位于巷道斷面的中心線上，每個反射面負責接收巷道寬度方向一半范圍內(nèi)的激光，每個反射面對應(yīng)一個激光測距儀。目前的測量方法單個反射面接收范圍是巷道寬度的一半，接收范圍較小，容易產(chǎn)生測量時激光脫靶的現(xiàn)象，同時在兩反射面的交接位置處是一個棱角，激光在這里會產(chǎn)生漫發(fā)射效應(yīng)，大大的減少了反射利用率，難以接收激光信號，導致測量覆蓋范圍不全面，這就容易形成部分測量數(shù)據(jù)丟失。因此，創(chuàng)造出一種測量時不易脫靶，測量覆蓋范圍全面的掘進機橫向偏移測量方法是目前要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提出一種掘進機橫向偏移測量方法，本測量方法具有測量時不易脫靶、測量覆蓋范圍全面等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種掘進機橫向偏移測量方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）在巷道的初始校準點安裝兩獨立的反射面F1和F2，其中，反射面F1和F2均為獨立的豎直平面，反射面F1和F2的長度方向位于水平方向并與巷道寬度匹配，反射面F1和F2上下交叉成一定的角度θ；

2）在掘進機上安裝有激光測距儀A和激光測距儀B，激光測距儀A和激光測距儀B位于不同高度以分別對應(yīng)測量兩反射面F1和F2之間的距離；初始位置時，激光測距儀A與反射面F1之間的距離為LA0，激光測距儀B與反射面F2之間的距離為LB0，且LA0=LB0；

3）以掘進機的掘進方向為X軸，橫向垂直于X軸的方向為Y軸，縱向垂直與X軸的方向為Z軸建立三維坐標；

4）掘進過程中，實時監(jiān)測掘進機的掘進距離LX，激光測距儀A與反射面F1之間的距離為LA，以及激光測距儀B與反射面F2之間的距離為LB：

a、當LA≠LB時，則掘進機發(fā)生橫向平移，平移距離E=(|LA-LB|/2)tanθ/2；平移方向根據(jù)LA-LB是正還是負即可確定，當LA-LB為正時，掘進機向激光測距儀A所在側(cè)橫向平移；當LA-LB為負時，掘進機向激光測距儀B所在側(cè)橫向平移；

b、當LA=LB時，則掘進機未發(fā)生平移；

5）掘進機控制器根據(jù)步驟4）測得的偏移方向和偏移距離進行實時自動修正軌跡。

進一步地，本發(fā)明還包括校準用激光發(fā)射器D和激光發(fā)射器C，激光發(fā)射器D與激光測距儀A位于同一高度，激光發(fā)射器C和激光測距儀B位于同一高度，激光測距儀A和激光發(fā)射器C位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測距儀B和激光發(fā)射器D位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測距儀A和激光測距儀B位于和巷道軸線垂直的同一豎直平面內(nèi)。

進一步地，本發(fā)明所述反射面設(shè)置在掘進機前進反方向的巷道中心頂部，反射面的中心線位于巷道斷面的中心線上。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：

1）本發(fā)明的接收靶由兩個獨立的反射面組成，兩反射面的中心線位于巷道斷面的中心線上，每個反射面可以接收巷道寬度方向全部范圍內(nèi)的激光，本發(fā)明中單個反射面接收范圍是巷道寬度的全部范圍，單個反射面接收范圍是現(xiàn)有技術(shù)測量范圍的2倍，在測量時不容易產(chǎn)生激光脫靶的現(xiàn)象；

2）本發(fā)明由于激光在各自獨立完整的接收靶上運行，解決了中間交叉過渡位置不能接收激光的缺陷，補全了測量范圍，覆蓋了全部的測量數(shù)據(jù)；

3）本發(fā)明增加了兩個激光發(fā)生器，在安裝時通過激光發(fā)生器對激光測距儀進行水平和豎直方向準確定位，防止激光測距儀在安裝過程中偏差過大影響測量結(jié)果。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的測距示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例1的測距示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例2的測距示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1：如圖2和圖3所示，本實施例的一種掘進機橫向偏移測量方法，包括如下步驟：

1）在巷道的初始校準點安裝兩獨立的反射面F1和F2，其中，反射面F1和F2均為獨立的豎直平面，反射面F1和F2的長度方向位于水平方向并與巷道寬度匹配，反射面F1和F2的中心線位于巷道斷面的中心線上，反射面F1和F2上下交叉成一定的角度θ；

2）在掘進機上對應(yīng)兩反射面F1和F2分別安裝激光測距儀A、激光發(fā)射器D和激光測距儀B、激光發(fā)射器C，其中，激光測距儀A、激光發(fā)射器D位于同一高度，激光測距儀B和激光發(fā)射器C位于同一高度，激光測距儀A和激光發(fā)射器C位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測距儀B和激光發(fā)射器D位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測距儀A和激光測距儀B位于和巷道軸線垂直的同一豎直平面內(nèi)；初始位置時，激光測距儀A與反射面F1之間的距離為LA0，激光測距儀B與反射面F2之間的距離為LB0，且LA0=LB0；

3）以掘進機的掘進方向為X軸，橫向垂直于X軸的方向為Y軸，縱向垂直與X軸的方向為Z軸建立三維坐標；

4）掘進過程中，實時監(jiān)測掘進機的掘進距離LX，激光測距儀A與反射面F1之間的距離為LA，以及激光測距儀B與反射面F2之間的距離為LB：

a、當LA≠LB時，則掘進機發(fā)生橫向平移，平移距離E=(|LA-LB|/2)tanθ/2；平移方向根據(jù)LA-LB是正還是負即可確定，當LA-LB為正時，掘進機向激光測距儀A所在側(cè)橫向平移；當LA-LB為負時，掘進機向激光測距儀B所在側(cè)橫向平移；

b、當LA=LB時，則掘進機未發(fā)生平移；

5）掘進機控制器根據(jù)步驟4）測得的偏移方向和偏移距離進行實時自動修正軌跡。

本發(fā)明采用雙反射面交叉組合，反射面F1和F2設(shè)置在掘進機前進反方向的巷道中心頂部，同時每一個反射面單獨接收一道激光測距儀和一道激光發(fā)生器，兩個獨立的激光反射面F1和F2上下交叉成一定的角度θ。為了更方便的解決初始位置的水平和豎直校準問題，增加激光發(fā)射器C和激光發(fā)射器D，方便激光校準儀校正激光測距儀的水平度和豎直度。掘進過程中，根據(jù)LA和LB的實際值進行判斷側(cè)移方向和計算側(cè)移距離，并將檢測結(jié)果反饋給掘進機主控制器，掘進機主控制器及時對掘進機位姿進行修正，使掘進機一直沿巷道中心線前進。

實施例2：如圖2和圖4所示，在掘進機上對應(yīng)兩反射面F1和F2分別安裝激光測距儀D、激光發(fā)射器A和激光測距儀C、激光發(fā)射器B，其中，激光測距儀D和激光發(fā)射器A位于同一水平面內(nèi)，激光測距儀C和激光發(fā)射器B位于同一水平面內(nèi)，激光測距儀D和激光發(fā)射器B位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測距儀C和激光發(fā)射器A位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測距儀D和激光測距儀C位于和巷道軸線垂直的同一豎直平面內(nèi)，初始位置時，激光測距儀D與反射面F1之間的距離為LD0，激光測距儀C與反射面F2之間的距離為LC0，且LD0=LC0；掘進過程中，實時監(jiān)測掘進機的掘進距離LX，激光測距儀D與反射面F1之間的距離為LD，以及激光測距儀C與反射面F2之間的距離為LC：

a、當LD≠LC時，則掘進機發(fā)生橫向平移，平移距離E=(|LD-LC|/2)tanθ/2；平移方向根據(jù)LD-LC是正還是負即可確定，當LD-LC為正時，掘進機向激光測距儀D所在側(cè)橫向平移；當LD-LC為負時，掘進機向激光測距儀C所在側(cè)橫向平移；

b、當LD=LC時，則掘進機未發(fā)生平移。

本發(fā)明的接收靶由兩個獨立的反射面組成，兩反射面的中心線位于巷道斷面的中心線上，每個反射面可以接收巷道寬度方向全部范圍內(nèi)的激光，本發(fā)明中單個反射面接收范圍是巷道寬度的全部范圍，單個反射面接收范圍是現(xiàn)有技術(shù)測量范圍的2倍，在測量時不容易產(chǎn)生激光脫靶的現(xiàn)象；由于激光在各自獨立完整的接收靶上運行，解決了中間交叉過渡位置不能接收激光的缺陷，補全了測量范圍，覆蓋了全部的測量數(shù)據(jù)；增加了兩個激光發(fā)生器，在安裝時通過激光發(fā)生器對激光測距儀進行水平和豎直方向準確定位，防止激光測距儀在安裝過程中偏差過大影響測量結(jié)果。

最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管申請人參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。