CN104296733B - 掘进机激光定位装置及掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种掘进机激光定位装置及掘进机，该掘进机激光定位装置包激光发射器、激光定位传感器及安装在激光定位传感器上并与其信号连接的激光靶，激光靶通过移动机械臂与激光定位传感器连接，移动机械臂通过驱动机构带动所述激光靶在预定方向运动；激光定位传感器根据激光靶接收的激光束生成位置信号；所述控制器接收位置信号并根据其控制所述驱动机构带动所述激光靶运动到预定位置。实施本发明后，由于在激光定位传感器上设置带移动机械臂的激光靶，并通过控制器控制激光靶移动到预定位置，因此不需要将激光靶尺寸设计的过大或频繁移动设备来使激光束不脱靶，提高了掘进机工作效率，减少调整的复杂性。

Description

掘进机激光定位装置及掘进机

技术领域

本发明涉及矿用机械技术领域，特别涉及一种掘进机激光定位装置及掘进机。

背景技术

悬臂式掘进机等矿用工程机械工作环境粉尘大、噪声强烈、照明条件差，严重影响了操作手的身心健康与工作效率，为了解决上述问题，行业内一些企业提出了自动截割、模拟断面显示概念，以期望将操作手从恶劣的环境中解放出来，而实现上述概念的核心问题就是设备的井下准确定位。

现有技术中提供了了一种基于摄像头和航姿仪的掘进自动导向系统，它包括设置在掘进机机身上的掘进机控制模块、激光靶面、摄像头、航姿仪、数据采集模块和中央处理器，以及设置在掘进巷道上的激光指向仪，激光指向仪位于掘进机机身后方，通过调整掘进机身使激光指向仪的激光发射头对准激光靶面的中心，摄像头投射在激光靶面上，摄像头的信号输出经计算处理可得到设备的位置信息。

另外还有确定掘进机机身位姿的装置主要由线激光发射器、线激光发射器机架、激光标靶、可编程计算机控制器、A/D转换模块和两个倾角传感器等组成。线激光发射器由激光指向仪和线激光器机架定位，发出扇形激光束，在掘进机机身上形成线形光斑。激光靶上的光敏元件感应激光束并产生电流信号，通过计算可确定激光束在激光标靶上的位置，结合两个倾角传感器测量掘进机的俯仰角和滚动角，从而完成掘进机机身位姿参数测量。

上述现有技术中，主要是通过激光靶接收激光发射器发出的激光来确定设备的位置，激光靶及其辅助装置固定在设备上，为了使激光靶能顺利接收到激光信号，则需要激光靶尺寸足够大或频繁移动设备，从而导致掘进机工作效率低、速度慢、调整复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种掘进机激光定位装置及设置有该激光定位装置的掘进机。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种掘进机激光定位装置，包括：

安装在掘进机的行进巷道内的激光发射器；

安装在所述掘进机上的激光定位传感器；

安装在所述激光定位传感器上并与其信号连接的激光靶，所述激光靶通过移动机械臂与所述激光定位传感器连接，所述移动机械臂通过驱动机构带动所述激光靶在预定方向运动；所述激光靶用于接收所述激光发射器发射的激光束，所述激光定位传感器根据所述激光靶接收的所述激光束生成位置信号；

与所述驱动机构及所述激光定位传感器信号连接的控制器，所述控制器接收所述位置信号并根据所述位置信号控制所述驱动机构带动所述激光靶运动到预定位置。

进一步地，所述激光定位传感器顶部设置有铰接座；

所述移动机械臂一端铰接在所述铰接座上，另一端连接所述激光靶。

进一步地，所述移动机械臂的端部设置倾角传感器，所述倾角传感器用于测量所述移动机械臂的倾斜角度，并生成角度信号；

所述控制器与所述倾角传感器信号连接，并接收所述角度信号，所述控制器根据所述角度信号及所述位置信号计算所述掘进机的位移及姿态角。

进一步地，所述驱动机构为设置在所述激光定位传感器上用于驱动所述移动机械臂在预定方向运动的驱动油缸；或，

所述驱动机构为设置在所述激光定位传感器上用于驱动所述移动机械臂在预定方向运动的驱动电机。

进一步地，所述移动机械臂包括铰接在所述铰接座上的第一机械臂以及与所述第一机械臂铰接的第二机械臂；

所述激光靶安装在所述第二机械臂上；

所述驱动机构包括：

一端铰接在所述激光定位传感器上的第一驱动油缸，所述第一驱动油缸另一端铰接在所述第一机械臂上，用于驱动所述第一机械臂沿第一方向运动；以及，

一端铰接在所述第一机械臂上的第二驱动油缸，所述第二驱动油缸另一端铰接在所述第二机械臂上，用于驱动所述第二机械臂沿第二方向运动。

进一步地，所述激光发射器通过支架安装在所述巷道的顶部。

进一步地，所述驱动油缸通过液压油路连接油箱；

所述液压油路上设置有控制所述驱动油缸进回油状态的控制阀；

所述控制阀与所述控制器连接。

进一步地，所述驱动电机通过电路连接电源；

所述电路上设置有控制所述驱动电机转速的调速器；

所述调速器与所述控制器连接。

进一步地，所述激光靶为圆盘结构。

本发明还提供一种掘进机，所述掘进机设置有上述的掘进机激光定位装置。

本发明通过在激光定位传感器上设置带移动机械臂的激光靶，并通过控制器控制移动机械臂带动激光靶移动到预定位置，因此不需要将激光靶尺寸设计得过大或频繁移动设备来使激光束不脱靶，提高了掘进机工作效率，减少了调整的复杂性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例模型应用到掘进机工作环境上的结构示意图；

图2为本发明实施例一的具体结构示意图；

图3为本发明实施例二的具体结构示意图；

图4为本发明实施例二的控制原理示意图。

附图标记说明：

图中，1、掘进机；2、巷道；3、激光发射器；31、支架；32、激光束；4、激光定位传感器；41、铰接座；5、激光靶；6、移动机械臂；61、第一机械臂；62、第二机械臂；7、驱动机构；71、第一驱动油缸；72、第二驱动油缸；8、倾角传感器；81、第一倾角传感器；82、第二倾角传感器；9、控制器。

具体实施方式

应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本发明的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。

针对现有的掘进机在通过激光定位时，为了使激光靶能顺利接收到激光束信号，需要将激光靶尺寸设计得较大，或者频繁移动掘进机，以使激光束不会偏离激光靶；而设计尺寸较大的激光靶，既增加成本，也影响掘进机的行驶，而频繁移动掘进机，造成掘进机行进较慢，调整也复杂，工作效率低。本发明实施例提供一种掘进机激光定位装置，通过将激光定位传感器4上的激光靶5设置成通过移动机械臂6控制的可移动激光靶，并通过驱动机构7驱动移动机械臂6运动，以使激光靶5可以移动到预定方向，从而防止激光束32偏离激光靶5，有效减少激光靶的设计尺寸，而且也可以减少掘进机频繁调整位置。该掘进机定位装置在采集掘进机位置信息时，需要结合激光定位传感器采集的激光靶5上激光束32的位置生成位置信号，然后结合移动机械臂6上设置的角度传感器8采集的角度信号来生成掘进机的位移及姿态角。

实施例一

请参阅图1和图2，该掘进机激光定位装置包括激光发射器3、激光定位传感器4、激光靶5和控制器；其中，激光发射器3通过支架31安装在掘进机1的进巷道2顶部，并沿一定的方向发生激光束32；安装在掘进机1上的激光定位传感器4通过其上的激光靶5接收激光束32；激光束32照射在激光靶5上后，激光定位传感器4采集激光束32所在激光靶5上的位置，并生成位置信号，然后将位置信号传输给控制器，控制器可以根据该位置信号确定激光束32所照射在激光靶5的位置。

该激光靶5为圆盘结构，并通过移动机械臂6与激光定位传感器4连接，移动机械臂6通过驱动机构7带动所述激光靶5在预定方向运动；该驱动机构7也与控制器信号连接，控制器在确定的激光束32偏离激光靶5中心的情况下，控制驱动机构7带动激光靶5运动到预定位置，以使激光束32重新回到激光靶5的中央区域。

如图2所示，该激光定位传感器4顶部设置有铰接座41，移动机械臂6一端铰接在铰接座41上，另一端连接激光靶5。该移动机械臂6可以通过驱动机构7在一个自由度方向上运动，以使激光靶5在一个方向上自由运动，从而使激光束32照射在激光靶5的中央区域。为了更为精准地控制激光束32照射在激光靶的中央区域，可以设置两个自由度方向上运动的移动机械臂(在实施例二中将详细说明)，该两个自由度方向设置的移动机械臂可以成一定夹角设置，便于激光靶5活动区域更大；当然，也可以设置三个、四个或者更多个自由度方向上运动的移动机械臂，并对应有各自的驱动机构驱动，在此不再赘述。

由于激光靶5是通过移动机械臂6设置在激光定位传感器4上，所以激光靶5的位置是随移动机械臂6变化的，所以在通过该掘进机激光定位装置定位掘进机位置信息时，需要采集移动机械臂6的位置信息，本发明实施例一是通过在移动机械臂6的端部设置倾角传感器8，倾角传感器8用于测量移动机械臂6的倾斜角度，并生成角度信号；控制器与倾角传感器8信号连接，并接收所述角度信号，控制器中预存移动机械臂6的长度值，并根据采集移动机械臂6的角度信号，便可以计算出激光靶5相对于激光定位传感器4的位置信息，然后根据激光定位传感器4所采集的位置信号能计算出激光束32相对激光靶5的位置信息，进而计算出掘进机的位置信息(位移及姿态角)。

本发明实施例一中优选的倾角传感器8可以作为安装在移动机械臂6与铰接座41铰接部位的编码器，编码器用于测量移动机械臂6旋转的角度，并生成上述角度信号。

本发明实施例一中选择的驱动机构7可以为设置在所述激光定位传感器4上用于驱动移动机械臂6在预定方向运动的驱动油缸；当然，作为其他选择，也可以选择设置在激光定位传感器4上用于驱动移动机械臂6在预定方向运动的驱动电机。

在选择驱动油缸作为驱动移动机械臂6的驱动机构7时，该驱动油缸通过液压油路连接油箱，在液压油路上设置有控制控制驱动油缸进油和回油的控制阀；该控制阀与控制器连接。通过控制器可以控制控制阀的开度，以控制驱动油缸的进回油状态，进而控制移动机械臂6的移动速度，使激光靶5移动速度可控。

在选择驱动电机作为驱动移动机械臂6的驱动机构7时，该驱动电机通过电路连接电源，该电路上设置有控制所述驱动电机转速的调速器；该调速器与控制器连接。通过控制器控制调速器，可以控制驱动电机的转速，进而控制移动机械臂6的移动速度，使激光靶5移动速度可控。

实施例二

如图1、图3和图4所示，该实施例二与上述实施例一的主要区别在于：移动机械臂6包括铰接在铰接座41上的第一机械臂61以及与第一机械臂61铰接的第二机械臂62；激光靶5安装在第二机械臂62上。而驱动机构7包括第一驱动油缸71和第二驱动油缸72，第一驱动油缸71一端铰接在激光定位传感器4上，另一端铰接在第一机械臂61上，用于驱动第一机械臂61沿第一方向运动；第二驱动油缸72一端铰接在第一机械臂61上，另一端铰接在第二机械臂62上，用于驱动所述第二机械臂62沿第二方向运动。这样可以满足激光靶5在两个自由度方向上运动，进一步提高激光靶5运动的精准性，保证激光束32在激光靶5的中央区域。

由于移动机械臂6设置成包括第一机械臂61和第二机械臂62结构的两个机械臂，所以倾角传感器8也可以设置成两个，分别为第一倾角传感器81和第二倾角传感器82，第一倾角传感器81可以设置在第一机械臂61与铰接座41铰接的部位，优选为编码器；第二倾角传感器82可以设置在第二机械臂62与第一机械臂61铰接的部位，优选为编码器；第一倾角传感器81和第二倾角传感器82分别用于测量第一机械臂61与激光定位传感器4之间的角度以及第二机械臂62与第一机械臂61之间的角度，并分别生成第一角度信号和第二角度信号，传输给控制器9。

如图4所示，控制器9与激光定位传感器4信号连接，还与第一驱动油缸71、第二驱动油缸72、第一倾角传感器81和第二倾角传感器82连接，控制器9通过采集激光定位传感器4上激光束32的位置信号，控制第一驱动油缸71和第二驱动油缸72驱动第一机械臂61和第二机械臂62运动，使激光束32始终落在激光靶5的中央区域；而且控制器9还可以根据上述位置信号以及采集的第一倾角传感器81和第二倾角传感器82生成的第一角度信号和第二角度信号来确定掘进机1的位置信息，以确定掘进机1的位移以及姿态角。

以实施例二为例来说明本发明实施例的工作原理，如图1、图3和图4所示，该激光定位传感器4通过连杆安装在掘进机1上，激光定位传感器4上安装有激光靶5，激光靶5通过第一机械臂61和第二机械臂62铰接在激光定位传感器4上。激光发射器3通过支架31固定在巷道2顶部，用于指示巷道掘进的方向。激光发射器3发射的激光束32投射到激光定位传感器4的激光靶5上，其投射点位置(如图4所示激光束32在激光靶5上的点)即确定为激光发射器3与激光定位传感器4的相对位置。激光定位传感器6根据激光束32照射到激光靶5上的位置生成位置信号，控制器9采集激光定位传感器6所生成的位置信号。当该位置信号因掘进机1的运动而发生偏移时，则控制器9输出相应的控制指令，使驱动机构7(第一驱动油缸71和第二驱动油缸72)产生相应的动作，从而激光靶5在第一机械臂61和第二机械臂62的带动下，使激光束32在激光靶5上的投射点位置回到激光靶5的中央区域，避免因设备移动而使激光束32脱离激光靶5。

在第一机械臂61与铰接座41铰接的部位设置有第一倾角传感器81，在第二机械臂62与第一机械臂61铰接的部位设置第二倾角传感器82，分别用于测量第一机械臂61与激光定位传感器4之间的角度以及第二机械臂62与第一机械臂61之间的角度，并分别生成第一角度信号和第二角度信号，传输给控制器9；控制器9根据激光定位传感器4生成的位置信号及上述第一角度信号和第二角度信号可以确定掘进机的位置关系，进而确定掘进机的运动位移及姿态角。

本发明其他实施例还提供了一种掘进机，该掘进机设置有上述的掘进机激光定位装置。

由于上述的掘进机激光定位装置具有上述技术效果，因此，设置有该掘进机激光定位装置的掘进机也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种掘进机激光定位装置，其特征在于，包括：

安装在掘进机(1)的行进巷道(2)内的激光发射器(3)；

安装在所述掘进机(1)上的激光定位传感器(4)；

安装在所述激光定位传感器(4)上并与其信号连接的激光靶(5)，所述激光靶(5)通过移动机械臂(6)与所述激光定位传感器(4)连接，所述移动机械臂(6)通过驱动机构(7)带动所述激光靶(5)在预定方向运动；所述激光靶(5)用于接收所述激光发射器(3)发射的激光束(32)，所述激光定位传感器(4)根据所述激光靶(5)接收的所述激光束(32)生成位置信号；

与所述驱动机构(7)及所述激光定位传感器(4)信号连接的控制器(9)，所述控制器(9)接收所述位置信号并根据所述位置信号控制所述驱动机构(7)带动所述激光靶(5)运动到预定位置。

2.如权利要求1所述的掘进机激光定位装置，其特征在于：所述激光定位传感器(4)顶部设置有铰接座(41)；

所述移动机械臂(6)一端铰接在所述铰接座(41)上，另一端连接所述激光靶(5)。

3.如权利要求1所述的掘进机激光定位装置，其特征在于：所述移动机械臂(6)的端部设置倾角传感器(8)，所述倾角传感器(8)用于测量所述移动机械臂(6)的倾斜角度，并生成角度信号；

所述控制器(9)与所述倾角传感器(8)信号连接，并接收所述角度信号，所述控制器(9)根据所述角度信号及所述位置信号计算所述掘进机的位移及姿态角。

4.如权利要求2所述的掘进机激光定位装置，其特征在于：所述驱动机构(7)为设置在所述激光定位传感器(4)上用于驱动所述移动机械臂(6)在预定方向运动的驱动油缸；或，

所述驱动机构(7)为设置在所述激光定位传感器(4)上用于驱动所述移动机械臂(6)在预定方向运动的驱动电机。

5.如权利要求2所述的掘进机激光定位装置，其特征在于：所述移动机械臂(6)包括铰接在所述铰接座(41)上的第一机械臂(61)以及与所述第一机械臂(61)铰接的第二机械臂(62)；

所述激光靶(5)安装在所述第二机械臂(62)上；

所述驱动机构(7)包括：

一端铰接在所述激光定位传感器(4)上的第一驱动油缸(71)，所述第一驱动油缸(71)另一端铰接在所述第一机械臂(61)上，用于驱动所述第一机械臂(61)沿第一方向运动；以及，

一端铰接在所述第一机械臂(61)上的第二驱动油缸(72)，所述第二驱动油缸(72)另一端铰接在所述第二机械臂(62)上，用于驱动所述第二机械臂(62)沿第二方向运动。

6.如权利要求1所述的掘进机激光定位装置，其特征在于：所述激光发射器(3)通过支架(31)安装在所述巷道(2)的顶部。

7.如权利要求4所述的掘进机激光定位装置，其特征在于：所述驱动油缸通过液压油路连接油箱；

所述液压油路上设置有控制所述驱动油缸进回油状态的控制阀；

所述控制阀与所述控制器(9)连接。

8.如权利要求4所述的掘进机激光定位装置，其特征在于：所述驱动电机通过电路连接电源；

所述电路上设置有控制所述驱动电机转速的调速器；

所述调速器与所述控制器(9)连接。

9.如权利要求1所述的掘进机激光定位装置，其特征在于：所述激光靶(5)为圆盘结构。

10.一种掘进机，其特征在于：所述掘进机设置有权利要求1-9中任一项所述的掘进机激光定位装置。