CN101701821A - 具有定位功能的井下导航装置及铲运机 - Google Patents

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周俊武
李建国
徐宁
战凯
迟洪鹏
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Abstract

本发明公开了一种具有定位功能的井下导航装置及铲运机，包括铲运机环境信息检测装置模块、速度检测装置模块、位置信息检测装置模块、航向信息检测装置模块、转向夹角信息检测装置模块和地图显示信息模块、控制单元处理器模块等。利用环境信息检测装置结合铲运机的速度，及实时测量得到的位置、航向、转向角信息，利用导航算法模块进行导航。在导航过程中，还可以通过地图信息显示模块实时显示铲运机的位置、速度、航向、转向角等参数信息。可以应用在井下巷道环境的铲运机上，特别应用于自主式无人驾驶铲运机的自主导航。

Description

具有定位功能的井下导航装置及铲运机
技术领域
本发明涉及一种井下导航装置，尤其涉及一种具有定位功能的井下导航装置及铲运机。
背景技术
近年来，随着世界经济的飞速发展，矿产资源开发面临的形势日益严峻，现有矿产资源逐渐全面转入地下开采，并向深部和难开采资源延伸，地下开采不可避免的给各种采矿作业带来了一定的风险和难度。铲运机作为地下采矿的主要运输设备，其主要工作方式一般由人为驾驶到高危的矿井下进行出矿作业。但随着开采深度的不断提高，井下的工作环境越来越恶劣，同时还伴有不确定的冒顶等危险因素，铲运机驾驶员的人生安全得不到保障。
现有技术中，采用的措施是通过远程遥控铲运机。
上述现有技术至少存在以下缺点：
一方面由于巷道工作条件的恶劣，数据的传输容易受到干扰，可靠性下降；另一方面遥控系统需要大量的视频设备相配合，增加了系统的成本和复杂程度，很难实现自主导航。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够顺利的进行自主导航的具有定位功能的井下导航装置及铲运机。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的具有定位功能的井下导航装置，包括环境信息检测装置模块、位置信息检测装置模块、速度信息检测装置模块、航向信息检测装置模块、转向夹角信息检测装置模块、导航算法模块、地图信息显示模块和控制处理器单元模块；
所述控制处理器单元模块接收所述环境信息检测装置模块、位置信息检测装置模块、速度信息检测装置模块、航向信息检测装置模块和转向夹角信息检测装置模块传来的原始采集信息，并将接收的原始采集信息输入给导航算法模块；
所述导航算法模块对原始采集信息进行处理，得出导航信息，并将该导航信息输入给所述控制处理器单元模块，所述控制处理器单元模块根据该导航信息向被导航设备发出控制信号；
所述被导航设备根据接收的控制信号决定行走方法和路径；
所述地图信息显示模块实时显示所述被导航设备在井下的位置坐标及导航信息参数。
本发明的铲运机，该铲运机装有上述的具有定位功能的井下导航装置。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的具有定位功能的井下导航装置及铲运机，由于包括环境信息检测装置模块、位置信息检测装置模块、速度信息检测装置模块、航向信息检测装置模块、转向夹角信息检测装置模块、导航算法模块、地图信息显示模块和控制处理器单元模块。可以方便的进行铲运机周围环境及巷道信息的采集，结合铲运机的运动学和动力学，规划出适合铲运机行走的路线，保证铲运机能够顺利的进行自主导航，实现在井下巷道环境的无人控制行驶。
附图说明
图1为本发明的具有定位功能的井下导航装置的系统框图；
图2为本发明的铲运机的结构示意图；
图3为本发明的具有定位功能的井下导航装置的导航过程示意图。
具体实施方式
本发明的具有定位功能的井下导航装置，其较佳的具体实施方式如图1所示，包括环境信息检测装置模块、位置信息检测装置模块、速度信息检测装置模块、航向信息检测装置模块、转向夹角信息检测装置模块、导航算法模块、地图信息显示模块和控制处理器单元模块；
所述控制处理器单元模块接收所述环境信息检测装置模块、位置信息检测装置模块、速度信息检测装置模块、航向信息检测装置模块和转向夹角信息检测装置模块传来的原始采集信息，并将接收的原始采集信息输入给导航算法模块；
所述导航算法模块对原始采集信息进行处理，得出导航信息，并将该导航信息输入给所述控制处理器单元模块，所述控制处理器单元模块根据该导航信息向被导航设备发出控制信号；
所述被导航设备根据接收的控制信号决定行走方法和路径；
所述地图信息显示模块实时显示所述被导航设备在井下的位置坐标及导航信息参数。
所述被导航设备可以包括在井下巷道中行走的铲运机，也可以是其它的进行行走设备。
所述环境信息检测装置模块主要是完成铲运机周围环境信息的采集，包括铲运机行驶方向前方一定距离内巷道的结构信息、铲运机在巷道内的纵向位置信息。
位置信息检测装置模块主要完成铲运机的实时位置处理，保证在自主导航过程中，铲运机位置信息在地图显示模块上的实时显示。
速度信息检测装置模块主要完成铲运机实时速度的检测。
航向信息检测装置模块主要完成铲运机在巷道内的实时相对航向信息的测量，作为铲运机的自主导航中最基本的参数，航向测量装置模块的精度直接影响导航效果。
转向夹角信息检测装置模块主要完成铲运机前后车体转向夹角的测量，前后车体转向角作为铲运机行驶过程中最重要的参数之一，其精度也直接影响导航效果的好坏。
导航算法模块是整个装置的核心，其通过处理一系列检测装置的信息，对信息进行融合处理后，引导控制处理器单元发出控制信号，决定铲运机的行走方法和路径。
地图信息显示模块主要是实时显示铲运机在整体巷道中的位置坐标等导航过程中的各种参数。
本发明的铲运机，其较佳的具体实施方式如图2所示，该铲运机2装有上述的具有定位功能的井下导航装置3，该铲运机2用于在井下巷道1中行走。
本发明可以方便的进行铲运机周围环境及巷道信息的采集，结合铲运机的运动学和动力学，规划出适合铲运机行走的路线，保证铲运机能够顺利的进行自主导航，实现在井下巷道环境的无人控制行驶。
下面结合附图及实施方法，对本发明进一步详细说明：
如图1、图2所示，在巷道内行走的铲运机上装载有一系列检测装置模块和相关信息处理模块，包括环境信息检测装置模块、位置信息检测装置模块、速度信息检测装置模块、航向信息检测装置模块、转向夹角信息检测装置模块、导航算法模块、地图信息显示模块和控制处理器单元模块等。
其中速度信息检测可以给位置信息检测提供基础，环境信息检测主要是利用一系列传感器实现对铲运机前方和侧面的巷道信息的检测和处理，进而构建铲运机相对于巷道的数字模型图。航向信息检测装置模块和速度信息检测装置模块既为位置信息检测装置提供一定的基础信息，也为铲运机的导航提供足够的信息支持。
如图3所示，是铲运机自主导航算法流程图，铲运机的自主导航方法和工作流程主要如下：
首先要确定铲运机的起始点和终点，起始点一旦确定，利用相关检测装置单元进行铲运机的位置、航向和转向角信息检测，包括起始点位置坐标、起始点航向角、起始点前后车体夹角，将这些信息存储到控制单元处理器模块并经过变换后送入地图显示单元，在地图上实时显示铲运机的初始各个姿态和位置信息。随后装载在铲运机车身上的环境信息检测装置模块对铲运机周围环境信息进行检测，该检测模块可以是图像视频检测，也可以是激光扫描检测，主要目的是通过一系列检测单元进行环境信息检测，构建巷道的结构图，根据巷道和铲运机相对位置关系，判断铲运机下一步行动的转向信息、速度信息等，指导铲运机进行自主导航，此项工作主要由导航算法模块完成。在进行导航算法的计算中，同样需要转角、航向、位置等铲运机运动特性参数的支持。经过导航算法模块的计算后，由铲运机控制处理器单元给出铲运机的下一步运动规划，在一个信息更新周期内，利用检测装置进行信息更新，并在地图显示信息模块中进行相关信息的更新。在一个信息更新周期时间截止时，利用终点判断模块判断铲运机是否到达终点，如果没有达到终点，则继续跳转到环境信息检测装置模块处继续顺序执行。如果判断已经到达终点，则利用结束模块完成此次导航任务。
本发明可以应用在井下巷道环境的铲运机上，特别应用于自主式无人驾驶铲运机的自主导航。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有定位功能的井下导航装置，其特征在于，包括环境信息检测装置模块、位置信息检测装置模块、速度信息检测装置模块、航向信息检测装置模块、转向夹角信息检测装置模块、导航算法模块、地图信息显示模块和控制处理器单元模块；
所述控制处理器单元模块接收所述环境信息检测装置模块、位置信息检测装置模块、速度信息检测装置模块、航向信息检测装置模块和转向夹角信息检测装置模块传来的原始采集信息，并将接收的原始采集信息输入给导航算法模块；
所述导航算法模块对原始采集信息进行处理，得出导航信息，并将该导航信息输入给所述控制处理器单元模块，所述控制处理器单元模块根据该导航信息向被导航设备发出控制信号；
所述被导航设备根据接收的控制信号决定行走方法和路径；
所述地图信息显示模块实时显示所述被导航设备在井下的位置坐标及导航信息参数。
2.根据权利要求1所述的具有定位功能的井下导航装置，其特征在于，所述被导航设备包括在井下巷道中行走的铲运机。
3.根据权利要求2所述的具有定位功能的井下导航装置，其特征在于，所述的环境信息检测装置模块用于完成铲运机周围环境信息的采集，包括铲运机行驶方向前方巷道的结构信息、铲运机在巷道内的纵向位置信息。
4.根据权利要求2所述的具有定位功能的井下导航装置，其特征在于，所述的位置信息检测装置模块用于完成铲运机的实时位置的采集和处理。
5.根据权利要求2所述的具有定位功能的井下导航装置，其特征在于，所述的速度信息检测装置模块用于完成铲运机实时速度的检测。
6.根据权利要求2所述的具有定位功能的井下导航装置，其特征在于，所述的航向信息检测装置模块用于完成铲运机在巷道内的实时相对航向信息的测量。
7.根据权利要求2所述的具有定位功能的井下导航装置，其特征在于，所述的转向夹角信息检测装置模块用于完成铲运机前后车体转向夹角的测量。
8.一种铲运机，其特征在于，该铲运机装有权利要求1至7任一项所述的具有定位功能的井下导航装置。
9.根据权利要求8所述的铲运机，其特征在于，该铲运机在井下巷道中行走。
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