CN102287186A - 一种采煤机自主定位系统及其自主定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采煤机自主定位系统及其自主定位方法，其自主定位系统包括控制器、对采煤机的行走位置进行实时检测的行走位置检测单元、对采煤机左摇臂的采高进行实时检测的左采高检测单元、对采煤机右摇臂的采高进行实时检测的右采高检测单元以及分别与控制器相接的显示单元和参数输入单元；其自主定位方法包括步骤：一、初始参数输入；二、同步进行采煤机行走位置及摇臂采高自主定位；三、结果输出。本发明设计合理、使用操作简便、实现方便且使用效果好、定位精度高，能自动完成采煤机行走位置和摇臂采高的精准定位，有效解决了现有采煤机存在的自动化及智能化程度较低、不具备自主定位功能、劳动强度较高、使用效果较差等多种实际问题。
Description
技术领域
本发明属于采煤机自主定位技术领域，尤其是涉及一种采煤机自主定位系统及其自主定位方法。
背景技术
我国薄煤层的可采储量丰富，贮存条件比较稳定，而且煤质较好，近年来对薄煤层的开采力度在逐渐加大，较薄煤层逐渐变为主采煤层，与此同时，采煤行业对薄煤层开采也日益重视。但是，目前较薄煤层和薄煤层开采的机械化程度还比较低，大多采用炮采的开采方式，因而实际开采过程中存在产量低、事故多、工人的工作环境恶劣、安全隐患很大等多种缺陷和不足。因而，要解决薄煤层的开采问题，从根本上把人从繁重体力劳动和恶劣危险的环境中解脱出来，根本的出路还在于采掘设备机械的高度自动化与智能化。
随着科学技术的发展，少人或无人采煤工作面将是未来采煤技术发展的必然，采煤机自主定位系统是其中的重要组成部分。但是，对于少人或无人采煤工作面来说，现如今所使用的采煤机均不同程度地存在自动化及智能化程度较低、不具备自主定位功能、劳动强度较高、使用效果较差等多种实际问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电路简单、接线方便、使用操作简便且智能化程度高、使用效果好的采煤机自主定位系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种采煤机自主定位系统，其特征在于：包括控制器、对采煤机的行走位置进行实时检测的行走位置检测单元、对采煤机左摇臂的采高进行实时检测的左采高检测单元、对采煤机右摇臂的采高进行实时检测的右采高检测单元以及分别与控制器相接的显示单元和参数输入单元，所述行走位置检测单元、左采高检测单元和右采高检测单元均与控制器相接。
上述一种采煤机自主定位系统，其特征是：所述行走位置检测单元、左采高检测单元和右采高检测单元与控制器之间均通过CANBUS现场总线进行连接。
上述一种采煤机自主定位系统，其特征是：所述行走位置检测单元为左行走位置检测单元和/或右行走位置检测单元；所述左行走位置检测单元为对牵引轴一的旋转量进行实时检测的编码器一，所述牵引轴一为对所述采煤机的左行走轮进行牵引驱动的牵引轴，且牵引轴一与所述左行走轮之间通过传动机构一进行传动连接；所述右行走位置检测单元为对牵引轴二的旋转量进行实时检测的编码器二，所述牵引轴二为对所述采煤机的右行走轮进行牵引驱动的牵引轴，且所述牵引轴二与所述右行走轮之间通过传动机构二进行传动连接；所述编码器一和编码器二均与控制器相接；所述左行走轮与所述右行走轮均为齿轨轮，且所述齿轨轮与供所述采煤机行走的运输机上所安装的销排相啮合；
所述左采高检测单元为对采煤机左摇臂的旋转角度θ1进行实时检测的旋转角度检测单元三，所述采煤机左摇臂通过摇臂铰轴一安装在所述采煤机的机身上；所述右采高检测单元为对采煤机右摇臂的旋转角度θ2进行实时检测的旋转角度检测单元四，所述采煤机右摇臂通过摇臂铰轴二安装在所述采煤机的机身上；所述旋转角度θ1为采煤机左摇臂与采煤工作面之间的夹角，所述采煤机右摇臂的旋转角度θ2为所述采煤机右摇臂与采煤工作面之间的夹角。
同时，本发明还公开了一种定位方法简单、实现方便且定位精度高的采煤机自主定位方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、初始参数输入：通过参数输入单元输入行走位置检测初始参数、左采高检测初始参数、右采高检测初始参数和所述运输机距采煤工作面的距离L0；
当所述行走位置检测单元为左行走位置检测单元或右行走位置检测单元时，所述行走位置检测初始参数为左行走位置检测初始参数或右行走位置检测初始参数；当所述行走位置检测单元为左行走位置检测单元和右行走位置检测单元时，所述行走位置检测初始参数包括左行走位置检测初始参数和右行走位置检测初始参数；
所述左行走位置检测初始参数包括编码器一的分辨率p1、减速比i1和所述齿轨轮的分度圆周长c，所述右行走位置检测初始参数包括编码器二的分辨率p2、减速比i2和所述齿轨轮的分度圆周长c，所述左采高检测初始参数包括采煤机左摇臂的长度l1、摇臂铰轴一中心轴线的高度h1和安装在采煤机左摇臂上的左滚筒的半径r1，所述右采高检测初始参数包括所述采煤机右摇臂的长度l2、所述摇臂铰轴二中心轴线的高度h2和安装在采煤机左摇臂上的右滚筒的半径r2；其中，减速比i1＝牵引轴一与所述左行走轮之间的转速比，减速比i2＝牵引轴二与所述右行走轮之间的转速比；
步骤二、同步进行采煤机行走位置及摇臂采高自主定位，其自主定位过程如下：
当采用左行走位置检测单元或右行走位置检测单元对采煤机行走位置进行自主定位时，其定位过程包括以下步骤：
2011、信号采集：同步启动分别对牵引轴一和牵引轴二进行驱动的左牵引电机和右牵引电机后，通过所述左牵引电机和右牵引电机带动所述采煤机在所述运输机上行走；且所述采煤机在所述运输机上行走过程中，所述编码器一对牵引轴一的旋转量进行实时检测或编码器二对所述牵引轴二的旋转量进行实时检测，且编码器一或编码器二将输出的旋转量信号同步发送至控制器；
2012、信号分析处理：控制器调用行走位移计算模块且根据公式S1＝n1÷(p1×i1)×c或S2＝n2÷(p2×i2)×c，计算得出所述采煤机在所述运输机上的行走位移S1或S2；式中，n1为编码器一实时输出的旋转量信号，n2为编码器二实时输出的旋转量信号；
2013、行走位置换算：控制器调用行走位置换算模块且根据公式L1＝L0-S1或L2＝L0-S2，计算得出所述采煤机距采煤工作面的距离L1或L2；
当采用左行走位置检测单元和右行走位置检测单元对采煤机行走位置进行自主定位时，步骤一中进行初始参数输入时还需输入位移差上限值ΔS，且其定位过程包括以下步骤：
2021、信号采集：同步启动分别对牵引轴一和牵引轴二进行驱动的左牵引电机和右牵引电机后，通过所述左牵引电机和右牵引电机带动所述采煤机在所述运输机上行走；且所述采煤机在所述运输机上行走过程中，所述编码器一和编码器二分别对牵引轴一和牵引轴二的旋转量进行实时检测，并将输出的旋转量信号同步发送至控制器；
2022、信号分析处理：控制器调用行走位移计算模块且分别根据公式S1＝n1÷(p1×i1)×c和S2＝n2÷(p2×i2)×c，计算得出所述采煤机在所述运输机上的行走位移S1和S2；式中，n1为编码器一实时输出的旋转量信号，n2为编码器二实时输出的旋转量信号；
2023、行走位置差值比较：控制器调用差值比较模块对|S1-S1|和ΔS进行差值比较，且当|S1-S1|≤ΔS时，进入步骤2024；否则，控制器发生报警提示；
2024、行走位置换算：控制器调用行走位置换算模块且分别根据公式L1＝L0-S1和L2＝L0-S2，计算得出所述采煤机距采煤工作面的距离L1和L2；
采用旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四进行摇臂采高定位时，其定位过程如下：
2031、信号采集：所述旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四分别对旋转角度θ1和旋转角度θ2进行实时检测，并将所检测信号同步发送至控制器；
2032、信号分析处理：控制器调用摇臂采高换算模块且分别根据公式H1＝l1×sinθ1+h1+r1和H2＝l2×sinθ2+h2+r2，计算得出采煤机左摇臂的采高H1和所述采煤机右摇臂的采高H2；
步骤三、结果输出：控制器将步骤2013中计算得出的所述采煤机距采煤工作面的距离L1或L2通过显示单元进行同步显示，或者将步骤2023中计算得出的所述采煤机距采煤工作面的距离L1和L2通过显示单元进行同步显示；同时，通过显示单元对步骤2032中计算得出的采煤机左摇臂的采高H1和所述采煤机右摇臂的采高H2进行同步显示。
上述一种采煤机自主定位方法，其特征是：步骤2031中所述的旋转角度检测单元三为编码器三，所述旋转角度检测单元四为编码器四。
上述一种采煤机自主定位方法，其特征是：步骤二中同步进行采煤机行走位置及摇臂采高自主定位之前，需先采用倾角仪对旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四分别进行标定，且旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四的标定方法相同；
对旋转角度检测单元三进行标定时，启动对采煤机左摇臂进行升降控制的左摇臂调高机构，且通过所述左摇臂调高机构将采煤机左摇臂调整至测试位置，再采用所述旋转角度检测单元三对当前状态下采煤机左摇臂的旋转角度θ10进行检测，同时采用倾角仪对此时采煤机左摇臂与采煤工作面之间的夹角θ01进行测量，之后计算得出修正值Δθ1＝θ01-θ10；
对旋转角度检测单元四进行标定时，启动对采煤机右摇臂进行升降控制的右摇臂调高机构，且通过所述右摇臂调高机构将所述采煤机右摇臂调整至测试位置，再采用所述旋转角度检测单元四对当前状态下所述采煤机右摇臂的旋转角度θ20进行检测，同时采用倾角仪对此时采煤机右摇臂与采煤工作面之间的夹角θ02进行测量，之后计算得出修正值Δ2＝θ02-θ20；
步骤2032中进行信号分析处理时，控制器调用摇臂采高换算模块且分别根据公式H1＝l1×sin(θ1+Δθ1)+h1+r1和H2＝×sin(θ2+Δθ2)+h2+r2，计算得出采煤机左摇臂的采高H1和所述采煤机右摇臂的采高H2。
上述一种采煤机自主定位方法，其特征是：所述编码器一安装在牵引轴一上且随牵引轴一同步转动，编码器二安装在所述牵引轴二且其随所述牵引轴二同步转动，编码器三为安装在摇臂铰轴一上且对摇臂铰轴一的旋转角度θ1进行实时检测的编码器，编码器四为安装在所述摇臂铰轴二上且对所述摇臂铰轴二的旋转角度θ2进行实时检测的编码器。
上述一种采煤机自主定位方法，其特征是：所述编码器一和编码器二均为多圈编码器，且所述编码器三和编码器四均为单圈编码器或多圈编码器。
上述一种采煤机自主定位方法，其特征是：所述编码器一与牵引轴一呈同轴布设，编码器二与所述牵引轴二呈同轴布设，编码器三与摇臂铰轴一呈同轴布设，且编码器四与所述摇臂铰轴二呈同轴布设。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、其自主定位系统电路简单、接线方便、使用操作简便且智能化程度高、使用效果好。
2、投入成本低且实现方便，只需采用四个编码器、两个计数器、一个控制器以及与该控制器配套使用的显示单元和参数输入单元即可实现。实际使用时，由于采煤机行走于运输机上且采煤机采用齿销轨方式和运输机进行刚性连接，而运输机相对工作面固定，则只需通过编码器与控制器配合使用准确计算出采煤机齿轨轮的转动圈数，就可得到采煤机相对工作面的准确位置；且实际计算时，将编码器与采煤机某一级牵引轴相连且编码器与控制器采用CANBUS通信后，根据一定的数学模型就能自动计算得到采煤机位移，进而对采煤机进行定位。而使用编码器与采煤机摇臂铰轴相连且编码器采用CANBUS与控制器进行通信后，控制器根据一定的数学模型便能对采煤机的摇臂采高进行定位。
3、实际安装布设方便且可操作性强，将编码器分别与牵引轴或摇臂铰轴同轴连接即可。
4、自主定位方法简单、实现方便且自动化及智能化程度高，能自动完成对采煤机的行走位置和摇臂采高进行定位和直观显示的过程，大大降低了劳动强度。
5、使用效果好且定位精度高，具有良好的经济效益和社会效益。
综上所述，本发明设计合理、使用操作简便、实现方便且使用效果好、定位精度高，能自动完成采煤机行走位置和摇臂采高的精准定位，在降低劳动强度、提高开采效率和开采量的同时，也能大幅度降低实际开采过程中存在的安全隐患，有效解决了现有采煤机存在的自动化及智能化程度较低、不具备自主定位功能、劳动强度较高、使用效果较差等多种实际问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明采煤机自主定位系统的电路原理框图。
图2为本发明采煤机自主定位系统的工作原理图。
图3为本发明对采煤机进行自主定位时的自主定位方法流程框图。
图4为本发明编码器一的安装位置示意图。
图5为本发明编码器三的安装位置示意图。
附图标记说明：
1-行走位置检测单元； 1-1-牵引轴一； 1-2-编码器一；
1-3-编码器二； 2-左采高检测单元； 2-2-编码器三；
3-右采高检测单元； 3-1-编码器四； 4-控制器；
5-显示单元； 6-参数输入单元； 7-采煤机牵引部外壳；
8-采煤机左摇臂； 9-摇臂铰轴一； 12-告警提示单元。
具体实施方式
如图1所示的一种采煤机自主定位系统，包括控制器4、对采煤机的行走位置进行实时检测的行走位置检测单元、对采煤机左摇臂8的采高进行实时检测的左采高检测单元2、对采煤机右摇臂的采高进行实时检测的右采高检测单元3以及分别与控制器4相接的显示单元5和参数输入单元6，所述行走位置检测单元、左采高检测单元2和右采高检测单元3均与控制器4相接。
本实施例中，实际使用时，所述行走位置检测单元1、左采高检测单元2和右采高检测单元3与控制器4之间均通过CANBUS现场总线进行连接。其中，CANBUS(英文ControLLer Area Net-work Bus的缩写)，是制造厂中连接现场设备(传感器、执行器、控制器等)、面向广播的串行总线系统。
本实施例中，所述行走位置检测单元为左行走位置检测单元和/或右行走位置检测单元。实际使用过程中，既可以采用单一的左行走位置检测单元或单一的右行走位置检测单元对采煤机行走位置进行检测，也可以采用左行走位置检测单元和右行走位置检测单元共同对采煤机行走位置进行检测。
根据综采工作面的具体情况，实际使用过程中，所述采煤机行走于运输机上，且采煤机与运输机之间采用齿销轨方式进行刚性连接，由于运输机相对采煤工作面固定，因此只要能够准确计算出采煤机齿轨轮的转动圈数，就可得到采煤机相对工作面的准确位置。
结合图2，所述左行走位置检测单元为对牵引轴一1-1的旋转量(或角位移)进行实时检测的编码器一1-2，所述牵引轴一1-1为对所述采煤机的左行走轮进行牵引驱动的牵引轴，且牵引轴一1-1与所述左行走轮之间通过传动机构一进行传动连接。所述右行走位置检测单元为对牵引轴二的旋转量(或角位移)进行实时检测的编码器二1-3，所述牵引轴二为对所述采煤机的右行走轮进行牵引驱动的牵引轴，且所述牵引轴二与所述右行走轮之间通过传动机构二进行传动连接。所述编码器一1-2和编码器二1-3均与控制器4相接。所述左行走轮与所述右行走轮均为齿轨轮，且所述齿轨轮与供所述采煤机行走的运输机上所安装的销排相啮合。实际安装时，所述牵引轴一1-1安装在采煤机牵引部外壳7内。
本实施例中，所述左采高检测单元2为对采煤机左摇臂8的旋转角度θ1进行实时检测的旋转角度检测单元三，所述采煤机左摇臂8通过摇臂铰轴一9安装在所述采煤机的机身上。所述右采高检测单元3为对采煤机右摇臂的旋转角度θ2进行实时检测的旋转角度检测单元四，所述采煤机右摇臂通过摇臂铰轴二安装在所述采煤机的机身上。所述旋转角度θ1为采煤机左摇臂8与采煤工作面之间的夹角，所述采煤机右摇臂的旋转角度θ2为所述采煤机右摇臂与采煤工作面之间的夹角。
如图3所示的一种采煤机自主定位方法，包括以下步骤：
步骤一、初始参数输入：通过参数输入单元6输入行走位置检测初始参数、左采高检测初始参数、右采高检测初始参数和所述运输机距采煤工作面的距离L0。
当所述行走位置检测单元为左行走位置检测单元或右行走位置检测单元时，所述行走位置检测初始参数为左行走位置检测初始参数或右行走位置检测初始参数。当所述行走位置检测单元为左行走位置检测单元和右行走位置检测单元时，所述行走位置检测初始参数包括左行走位置检测初始参数和右行走位置检测初始参数。
所述左行走位置检测初始参数包括编码器一1-2的分辨率p1、减速比i1和所述齿轨轮的分度圆周长c，所述右行走位置检测初始参数包括编码器二1-3的分辨率p2、减速比i2和所述齿轨轮的分度圆周长c，所述左采高检测初始参数包括采煤机左摇臂8的长度l1、摇臂铰轴一9中心轴线的高度h1和安装在采煤机左摇臂8上的左滚筒的半径r1，所述右采高检测初始参数包括所述采煤机右摇臂的长度l2、所述摇臂铰轴二中心轴线的高度h2和安装在采煤机左摇臂8上的右滚筒的半径r2；其中，减速比i1＝牵引轴一1-1与所述左行走轮之间的转速比，减速比i2＝牵引轴二与所述右行走轮之间的转速比。其中，分辨率p1和分辨率p2均为单圈分辨率。
步骤二、同步进行采煤机行走位置及摇臂采高自主定位，其自主定位过程如下：
当采用左行走位置检测单元或右行走位置检测单元对采煤机行走位置进行自主定位时，其定位过程包括以下步骤：
2011、信号采集：同步启动分别对牵引轴一1-1和牵引轴二进行驱动的左牵引电机和右牵引电机后，通过所述左牵引电机和右牵引电机带动所述采煤机在所述运输机上行走；且所述采煤机在所述运输机上行走过程中，所述编码器一1-2对牵引轴一1-1的旋转量进行实时检测或编码器二1-3对所述牵引轴二的旋转量进行实时检测，且编码器一1-2或编码器二1-3将输出的旋转量信号同步发送至控制器4。
2012、信号分析处理：控制器4调用行走位移计算模块且根据公式S1＝n1÷(p1×i1)×c或S2＝n2÷(p2×i2)×c，计算得出所述采煤机在所述运输机上的行走位移S1或S2；式中，n1为编码器一1-2实时输出的旋转量信号，且n1具体为统计得出得出的编码器一1-2自左牵引电机启动时起输出的脉冲信号总数量；n2为编码器二1-3实时输出的旋转量信号，且n2具体为自右牵引电机启动时输出的脉冲信号总数量。
2013、行走位置换算：控制器4调用行走位置换算模块且根据公式L1＝L0-S1或L2＝L0-S2，计算得出所述采煤机距采煤工作面的距离L1或L2。
当采用左行走位置检测单元和右行走位置检测单元对采煤机行走位置进行自主定位时，步骤一中进行初始参数输入时还需输入位移差上限值ΔS，且其定位过程包括以下步骤：
2021、信号采集：同步启动分别对牵引轴一1-1和牵引轴二进行驱动的左牵引电机和右牵引电机后，通过所述左牵引电机和右牵引电机带动所述采煤机在所述运输机上行走；且所述采煤机在所述运输机上行走过程中，所述编码器一1-2和编码器二1-3分别对牵引轴一1-1和牵引轴二的旋转量进行实时检测，并将输出的旋转量信号同步发送至控制器4。
2022、信号分析处理：控制器4调用行走位移计算模块且分别根据公式S1＝n1÷(p1×i1)×c和S2＝n2÷(p2×i2)×c，计算得出所述采煤机在所述运输机上的行走位移S1和S2；式中，式中，n1为编码器一1-2实时输出的旋转量信号，且n1具体为统计得出得出的编码器一1-2自左牵引电机启动时起输出的脉冲信号总数量；n2为编码器二1-3实时输出的旋转量信号，且n2具体为自右牵引电机启动时输出的脉冲信号总数量。
2023、行走位置差值比较：控制器4调用差值比较模块对|S1-S2|和ΔS进行差值比较，且当|S1-S2|≤ΔS时，进入步骤2024；否则，控制器4发生报警提示。因而，本发明所述的采煤机自主定位系统，还包括与控制器4相接且由控制器4进行控制的告警提示单元12。
2024、行走位置换算：控制器4调用行走位置换算模块且分别根据公式L1＝L0-S1和L2＝L0-S2，计算得出所述采煤机距采煤工作面的距离L1和L2。
实际使用过程中，为减轻控制器4的测量负担，并有效避免控制器4易丢失计数脉冲导致定位精度降低等实际问题，可以在所述编码器一1-2和编码器二1-3内部集成有计数器，实际使用过程中，通过计数器分别对编码器一1-2自左牵引电机启动时起输出的脉冲信号总数量n1进行统计并将统计结果n1同步传送至控制器4；同理，通过计数器对编码器二1-3自右牵引电机启动时输出的脉冲信号总数量n2进行统计并将统计结果n2同步传送至控制器4。
采用旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四进行摇臂采高定位时，其定位过程如下：
2031、信号采集：所述旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四分别对旋转角度θ1和旋转角度θ2进行实时检测，并将所检测信号同步发送至控制器4。
2032、信号分析处理：控制器4调用摇臂采高换算模块且分别根据公式H1＝l1×sinθ1+h1+r1和H2＝l2×sinθ2+h2+r2，计算得出采煤机左摇臂8的采高H1和所述采煤机右摇臂的采高H2。
步骤三、结果输出：控制器4将步骤2013中计算得出的所述采煤机距采煤工作面的距离L1或L2通过显示单元5进行同步显示，或者将步骤2023中计算得出的所述采煤机距采煤工作面的距离L1和L2通过显示单元5进行同步显示。同时，通过显示单元5对步骤2032中计算得出的采煤机左摇臂8的采高H1和所述采煤机右摇臂的采高H2进行同步显示。
综上，实际使用过程中，可以仅采用左行走位置检测单元或仅采用右行走位置检测单元对采煤机行走位置进行自主定位。其中，仅采用左行走位置检测单元进行自主定位时，只需在安装对牵引轴一1-1的旋转量进行实时检测的编码器一1-2，且实际检测过程中，编码器一1-2将检测得到的旋转量信号(即自左牵引电机启动时起编码器一1-2输出的脉冲信号总数量n1)同步传送至控制器4；且控制器4接收到统计结果n1后，调用行走位移计算模块且根据公式S1＝n1÷(p1×i1)×c，计算得出采煤机在运输机上的行走位移S1；之后，控制器4调用行走位置换算模块且根据公式L1＝L0-S1，计算得出采煤机距采煤工作面的距离L1，并通过显示单元5对计算得出的采煤机距采煤工作面的距离L1进行同步显示，从而完成仅用左行走位置检测单元(具体是编码器一1-2)对采煤机行走位置进行自主定位的目的。
而仅采用右行走位置检测单元进行自主定位时，只需在安装对所述牵引轴二的旋转量进行实时检测的编码器二1-3，且实际检测过程中，编码器二1-3将检测得到的旋转量信号(即自右牵引电机启动时起输出的脉冲信号总数量n2)同步传送至控制器4；且控制器4接收到统计结果n2后，调用行走位移计算模块且根据公式S2＝n2÷(p2×i2)×c，计算得出采煤机在运输机上的行走位移S2；之后，控制器4调用行走位置换算模块且根据公式L2＝L0-S2，计算得出采煤机距采煤工作面的距离L2，并通过显示单元5对计算得出的采煤机距采煤工作面的距离L2进行同步显示，从而完成仅用左行走位置检测单元(具体是编码器二1-3)对采煤机行走位置进行自主定位的目的。
同时，也可同时采用左行走位置检测单元和右行走位置检测单元对采煤机行走位置进行自主定位，此时需同时安装对牵引轴一1-1的旋转量进行实时检测的编码器一1-2和对所述牵引轴二的旋转量进行实时检测的编码器二1-3。实际检测过程中，编码器一1-2和编码器二1-3将旋转量信号(即脉冲信号总数量n1和n2)同步传送至控制器4，控制器4调用行走位移计算模块且分别根据公式S1＝n1÷(p1×i1)×c和S2＝n2÷(p2×i2)×c，计算得出所述采煤机距采煤工作面的距离L1和L2；之后，控制器4调用差值比较模块对|S1-S2|和ΔS进行差值比较，且当|S1-S2|≤ΔS时，说明左行走位置检测单元和右行走位置检测单元的检测结果偏差没有超过预先设定的位移差上限值ΔS；否则，说明左行走位置检测单元和右行走位置检测单元中任一个检测单元出现检测错误，需进行报警提示以及时进行检修。因而，只有当|S1-S2|≤ΔS时，控制器4才调用行走位置换算模块且分别根据公式L1＝L0-S1和L2＝L0-S2，计算得出采煤机距采煤工作面的距离L1和L2，并通过显示单元5对计算得出的采煤机距采煤工作面的距离L1和L2进行同步显示，此时对采煤机行走位置进行定位时，由于L1和L2之间的偏差较小，因而技术人员可以根据计算得出的L1或L2对采煤机进行自主定位。因而，通过左行走位置检测单元和右行走位置检测单元进行自主定位时，能有效避免采用单一一个行走位置检测单元进行自主定位时可能存在的无法及时发现检测单元检测错误、检修不及时、定位不准确等实际问题。
另外，采用旋转角度检测单元三对采煤机左摇臂8的采高进行自主定位时，需先安装对旋转角度θ1进行实时检测的旋转角度检测单元三，且实际检测时，旋转角度检测单元三将所检测得到的旋转角度θ1同步传送至控制器4，之后控制器4调用摇臂采高换算模块且根据公式H1＝l1×sinθ1+h1+r1，计算得出采煤机左摇臂8的采高H1，并通过显示单元5对计算得出的采煤机左摇臂8的采高H1进行同步显示，从而完成旋转角度检测单元三对采煤机左摇臂8的采高H1进行自主定位的目的。
在采用旋转角度检测单元三对采煤机左摇臂8的采高进行自主定位的同时，采用旋转角度检测单元四对所述采煤机右摇臂的采高进行自主定位。同样，需安装对旋转角度θ2进行实时检测的旋转角度检测单元四，且实际检测时，旋转角度检测单元四将所检测得到的旋转角度θ2同步传送至控制器4，之后控制器4调用摇臂采高换算模块且根据公式H2＝l2×sinθ2+h2+r2，计算得出采煤机右摇臂的采高H2，并通过显示单元5对计算得出的采煤机右摇臂的采高H2进行同步显示，从而完成旋转角度检测单元四对采煤机右摇臂的采高H2进行自主定位的目的。
本实施例中，步骤二中同步进行采煤机行走位置及摇臂采高自主定位之前，需先采用倾角仪对旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四分别进行标定，且旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四的标定方法相同。
对旋转角度检测单元三进行标定时，启动对采煤机左摇臂8进行升降控制的左摇臂调高机构，且通过所述左摇臂调高机构将采煤机左摇臂8调整至测试位置，再采用所述旋转角度检测单元三对当前状态下采煤机左摇臂8的旋转角度θ10进行检测，同时采用倾角仪对此时采煤机左摇臂8与采煤工作面之间的夹角θ01进行测量，之后计算得出修正值Δθ1＝θ01-θ10。实际使用时，所述左摇臂调高机构为左摇臂调高液压系统，所述左摇臂调高液压系统包括对所述采煤机左摇臂8进行升降控制的左调高油缸，所述左调高油缸通过液压管路与液压泵箱相接。
对旋转角度检测单元四进行标定时，启动对采煤机右摇臂进行升降控制的右摇臂调高机构，且通过所述右摇臂调高机构将所述采煤机右摇臂调整至测试位置，再采用所述旋转角度检测单元四对当前状态下所述采煤机右摇臂的旋转角度θ20进行检测，同时采用倾角仪对此时采煤机右摇臂与采煤工作面之间的夹角θ02进行测量，之后计算得出修正值Δθ2＝θ02-θ20。实际使用时，所述右摇臂调高机构为右摇臂调高液压系统，所述右摇臂调高液压系统包括对所述采煤机右摇臂的调高进行控制的右调高油缸，所述右调高油缸通过液压管路与液压泵箱相接。
相应地，步骤2032中进行信号分析处理时，控制器4调用摇臂采高换算模块且分别根据公式H1＝l1×sin(θ1+Δθ1)+h1+r1和H2＝l2×sin(θ1+Δθ2)+h2+r2，计算得出采煤机左摇臂8的采高H1和所述采煤机右摇臂的采高H2。
本实施例中，步骤2031中所述的旋转角度检测单元三为编码器三2-2，且编码器三2-2与控制器4相接；所述旋转角度检测单元四为编码器四3-1，且编码器3-1与控制器4相接。
结合图4和图5，实际进行安装时，所述编码器一1-2安装在牵引轴一1-1上且随牵引轴一1-1同步转动，编码器二1-3安装在所述牵引轴二且其随所述牵引轴二同步转动，编码器三2-2为安装在摇臂铰轴一9上且对摇臂铰轴一9的旋转角度θ1进行实时检测的编码器，编码器3-1为安装在所述摇臂铰轴二上且对所述摇臂铰轴二的旋转角度θ2进行实时检测的编码器。由于摇臂铰轴一9的旋转角度θ1与采煤机左摇臂8的旋转角度θ1一致，因而编码器三2-2检测得出的摇臂铰轴一9的旋转角度θ1便为采煤机左摇臂8的旋转角度θ1；同样，编码器3-1检测得出的所述摇臂铰轴二的旋转角度θ2便为所述采煤机右摇臂的旋转角度θ2。
本实施例中，所述编码器一1-2和编码器二1-3均为多圈编码器，且所述编码器三2-2和编码器3-1均为单圈编码器。实际使用过程中，所述编码器三2-2和编码器3-1也可以均为多圈编码器。其中，单圈编码器和多圈编码器都是指绝对式旋转编码器，绝对式旋转编码器可以在任何时刻，尤其是在刚上电的时刻，就能感知当前的绝对角位置。单圈编码器只可以感知单圈之内的绝对角位置；多圈编码器不仅可以感知单圈之内的绝对角位置，而且可以感知旋转编码器自启动使用时起已经转过了多少圈。
实际布设时，所述编码器一1-2与牵引轴一1-1呈同轴布设，编码器二1-3与所述牵引轴二呈同轴布设，编码器三2-2与摇臂铰轴一9呈同轴布设，且编码器3-1与所述摇臂铰轴二呈同轴布设。所述编码器一1-2、编码器二1-3、编码器三2-2和编码器3-1均为轴编码器。
实际进行安装时，所述编码器一1-2与牵引轴一1-1之间通过联轴器进行同轴连接，所述编码器二1-3与所述牵引轴二之间通过联轴器进行同轴连接，编码器三2-2与摇臂铰轴一9之间通过联轴器进行同轴连接，编码器四3-1与所述摇臂铰轴二之间通过联轴器进行同轴连接。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种采煤机自主定位系统，其特征在于：包括控制器(4)、对采煤机的行走位置进行实时检测的行走位置检测单元、对采煤机左摇臂(8)的采高进行实时检测的左采高检测单元(2)、对采煤机右摇臂的采高进行实时检测的右采高检测单元(3)以及分别与控制器(4)相接的显示单元(5)和参数输入单元(6)，所述行走位置检测单元、左采高检测单元(2)和右采高检测单元(3)均与控制器(4)相接。
2.按照权利要求1所述的一种采煤机自主定位系统，其特征在于：所述行走位置检测单元(1)、左采高检测单元(2)和右采高检测单元(3)与控制器(4)之间均通过CANBUS现场总线进行连接。
3.按照权利要求1或2所述的一种采煤机自主定位系统，其特征在于：所述行走位置检测单元为左行走位置检测单元和/或右行走位置检测单元；所述左行走位置检测单元为对牵引轴一(1-1)的旋转量进行实时检测的编码器一(1-2)，所述牵引轴一(1-1)为对所述采煤机的左行走轮进行牵引驱动的牵引轴，且牵引轴一(1-1)与所述左行走轮之间通过传动机构一进行传动连接；所述右行走位置检测单元为对牵引轴二的旋转量进行实时检测的编码器二(1-3)，所述牵引轴二为对所述采煤机的右行走轮进行牵引驱动的牵引轴，且所述牵引轴二与所述右行走轮之间通过传动机构二进行传动连接；所述编码器一(1-2)和编码器二(1-3)均与控制器(4)相接；所述左行走轮与所述右行走轮均为齿轨轮，且所述齿轨轮与供所述采煤机行走的运输机上所安装的销排相啮合；
所述左采高检测单元(2)为对采煤机左摇臂(8)的旋转角度θ1进行实时检测的旋转角度检测单元三，所述采煤机左摇臂(8)通过摇臂铰轴一(9)安装在所述采煤机的机身上；所述右采高检测单元(3)为对采煤机右摇臂的旋转角度θ2进行实时检测的旋转角度检测单元四，所述采煤机右摇臂通过摇臂铰轴二安装在所述采煤机的机身上；所述旋转角度θ1为采煤机左摇臂(8)与采煤工作面之间的夹角，所述采煤机右摇臂的旋转角度θ2为所述采煤机右摇臂与采煤工作面之间的夹角。
4.一种利用如权利要求3所述系统进行自主定位的采煤机自主定位方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、初始参数输入：通过参数输入单元(6)输入行走位置检测初始参数、左采高检测初始参数、右采高检测初始参数和所述运输机距采煤工作面的距离L0；
当所述行走位置检测单元为左行走位置检测单元或右行走位置检测单元时，所述行走位置检测初始参数为左行走位置检测初始参数或右行走位置检测初始参数；当所述行走位置检测单元为左行走位置检测单元和右行走位置检测单元时，所述行走位置检测初始参数包括左行走位置检测初始参数和右行走位置检测初始参数；
所述左行走位置检测初始参数包括编码器一(1-2)的分辨率p1、减速比i1和所述齿轨轮的分度圆周长c，所述右行走位置检测初始参数包括编码器二(1-3)的分辨率p2、减速比i2和所述齿轨轮的分度圆周长c，所述左采高检测初始参数包括采煤机左摇臂(8)的长度l1、摇臂铰轴一(9)中心轴线的高度h1和安装在采煤机左摇臂(8)上的左滚筒的半径r1，所述右采高检测初始参数包括所述采煤机右摇臂的长度l2、所述摇臂铰轴二中心轴线的高度h2和安装在采煤机左摇臂(8)上的右滚筒的半径r2；其中，减速比i1＝牵引轴一(1-1)与所述左行走轮之间的转速比，减速比i2＝牵引轴二与所述右行走轮之间的转速比；
步骤二、同步进行采煤机行走位置及摇臂采高自主定位，其自主定位过程如下：
当采用左行走位置检测单元或右行走位置检测单元对采煤机行走位置进行自主定位时，其定位过程包括以下步骤：
2011、信号采集：同步启动分别对牵引轴一(1-1)和牵引轴二进行驱动的左牵引电机和右牵引电机后，通过所述左牵引电机和右牵引电机带动所述采煤机在所述运输机上行走；且所述采煤机在所述运输机上行走过程中，所述编码器一(1-2)对牵引轴一(1-1)的旋转量进行实时检测或编码器二(1-3)对所述牵引轴二的旋转量进行实时检测，且编码器一(1-2)或编码器二(1-3)将输出的旋转量信号同步发送至控制器(4)；
2012、信号分析处理：控制器(4)调用行走位移计算模块且根据公式S1＝n1÷(p1×i1)×c或S2＝n2÷(p2×i2)×c，计算得出所述采煤机在所述运输机上的行走位移S1或S2；式中，n1为编码器一(1-2)实时输出的旋转量信号，n2为编码器二(1-3)实时输出的旋转量信号；
2013、行走位置换算：控制器(4)调用行走位置换算模块且根据公式L1＝L0-S1或L2＝L0-S2，计算得出所述采煤机距采煤工作面的距离L1或L2；
当采用左行走位置检测单元和右行走位置检测单元对采煤机行走位置进行自主定位时，步骤一中进行初始参数输入时还需输入位移差上限值ΔS，且其定位过程包括以下步骤：
2021、信号采集：同步启动分别对牵引轴一(1-1)和牵引轴二进行驱动的左牵引电机和右牵引电机后，通过所述左牵引电机和右牵引电机带动所述采煤机在所述运输机上行走；且所述采煤机在所述运输机上行走过程中，所述编码器一(1-2)和编码器二(1-3)分别对牵引轴一(1-1)和牵引轴二的旋转量进行实时检测，并将输出的旋转量信号同步发送至控制器(4)；
2022、信号分析处理：控制器(4)调用行走位移计算模块且分别根据公式S1＝n1÷(p1×i1)×c和S2＝n2÷(p2×i2)×c，计算得出所述采煤机在所述运输机上的行走位移S1和S2；式中，n1为编码器一(1-2)实时输出的旋转量信号，n2为编码器二(1-3)实时输出的旋转量信号；
2023、行走位置差值比较：控制器(4)调用差值比较模块对|S1-S2|和ΔS进行差值比较，且当|S1-S2|≤ΔS时，进入步骤2024；否则，控制器(4)发生报警提示；
2024、行走位置换算：控制器(4)调用行走位置换算模块且分别根据公式L1＝L0-S1和L2＝L0-S2，计算得出所述采煤机距采煤工作面的距离L1和L2；
采用旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四进行摇臂采高定位时，其定位过程如下：
2031、信号采集：所述旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四分别对旋转角度θ1和旋转角度θ2进行实时检测，并将所检测信号同步发送至控制器(4)；
2032、信号分析处理：控制器(4)调用摇臂采高换算模块且分别根据公式H1＝l1×sinθ1+h1+r1和H2＝l2×sinθ2+h2+r2，计算得出采煤机左摇臂(8)的采高H1和所述采煤机右摇臂的采高H2；
步骤三、结果输出：控制器(4)将步骤2013中计算得出的所述采煤机距采煤工作面的距离L1或L2通过显示单元(5)进行同步显示，或者将步骤2023中计算得出的所述采煤机距采煤工作面的距离L1和L2通过显示单元(5)进行同步显示；同时，通过显示单元(5)对步骤2032中计算得出的采煤机左摇臂(8)的采高H1和所述采煤机右摇臂的采高H2进行同步显示。
5.按照权利要求4所述的一种采煤机自主定位方法，其特征在于：步骤2031中所述的旋转角度检测单元三为编码器三(2-2)，所述旋转角度检测单元四为编码器四(3-1)。
6.按照权利要求4或5所述的一种采煤机自主定位方法，其特征在于：步骤二中同步进行采煤机行走位置及摇臂采高自主定位之前，需先采用倾角仪对旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四分别进行标定，且旋转角度检测单元三和旋转角度检测单元四的标定方法相同；
对旋转角度检测单元三进行标定时，启动对采煤机左摇臂(8)进行升降控制的左摇臂调高机构，且通过所述左摇臂调高机构将采煤机左摇臂(8)调整至测试位置，再采用所述旋转角度检测单元三对当前状态下采煤机左摇臂(8)的旋转角度θ10进行检测，同时采用倾角仪对此时采煤机左摇臂(8)与采煤工作面之间的夹角θ01进行测量，之后计算得出修正值Δθ1＝θ01-θ10；
对旋转角度检测单元四进行标定时，启动对采煤机右摇臂进行升降控制的右摇臂调高机构，且通过所述右摇臂调高机构将所述采煤机右摇臂调整至测试位置，再采用所述旋转角度检测单元四对当前状态下所述采煤机右摇臂的旋转角度θ20进行检测，同时采用倾角仪对此时采煤机右摇臂与采煤工作面之间的夹角θ02进行测量，之后计算得出修正值Δθ2＝θ02-θ20；
步骤2032中进行信号分析处理时，控制器(4)调用摇臂采高换算模块且分别根据公式H1＝l1×sin(θ1+Δθ1)+h1+r1和H2＝l2×sin(θ2+Δθ2)+h2+r2，计算得出采煤机左摇臂(8)的采高H1和所述采煤机右摇臂的采高H2。
7.按照权利要求5所述的一种采煤机自主定位方法，其特征在于：所述编码器一(1-2)安装在牵引轴一(1-1)上且随牵引轴一(1-1)同步转动，编码器二(1-3)安装在所述牵引轴二且其随所述牵引轴二同步转动，编码器三(2-2)为安装在摇臂铰轴一(9)上且对摇臂铰轴一(9)的旋转角度θ1进行实时检测的编码器，编码器四(3-1)为安装在所述摇臂铰轴二上且对所述摇臂铰轴二的旋转角度θ2进行实时检测的编码器。
8.按照权利要求5所述的一种采煤机自主定位方法，其特征在于：所述编码器一(1-2)和编码器二(1-3)均为多圈编码器，且所述编码器三(2-2)和编码器四(3-1)均为单圈编码器或多圈编码器。
9.按照权利要求7所述的一种采煤机自主定位方法，其特征在于：所述编码器一(1-2)与牵引轴一(1-1)呈同轴布设，编码器二(1-3)与所述牵引轴二呈同轴布设，编码器三(2-2)与摇臂铰轴一(9)呈同轴布设，且编码器四(3-1)与所述摇臂铰轴二呈同轴布设。
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