CN109631890A - 提高掘进机姿态定位精度的方法、系统及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高掘进机姿态定位精度的方法、系统及电子设备，所述方法包括如下步骤：获取检测时段内惯性导航部件测量的掘进机里程数据作为第一数据；获取检测时段内辅助部件测量的掘进机的行进信息，根据所述行进信息得到所述掘进机的里程数据作为第二数据；若所述第一数据与所述第二数据之间的偏差超过设定阈值，则校准所述惯性导航部件。本发明提供的以上技术方案，如果惯性导航部件的误差积累已经超过了允许范围则校准惯性导航部件，由此能够将惯性导航部件的累积误差清零，从而能够保证惯性导航部件对于掘进机姿态定位结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采设备姿态测量的技术领域，具体涉及一种提高掘进机姿态定位精度的方法、存储介质、电子设备和系统。
背景技术
在煤矿生产过程中，掘进巷道是必不可少的一道工序，在生产工作面成型之前，都是通过掘进机进行巷道掘进，常规掘进采用激光引导方式实现掘进方向的指引，确保掘进机按照预定的方向进行掘进，在掘进生产过程中，每前进一段距离，都需要人工进行移动激光引导仪，移动过程中，需要多人进行配合，保证人工移动后能与指引方向保持一致，该方式效率不高，而且容易产生误差。
针对掘进机姿态定位方法，现有技术中提供的方案是在掘进机的特定位置上安装惯性导航装置等对掘进机的姿态位置进行检测，惯性导航装置采用三轴定位，可实现三维空间定位，把惯性导航装置安装在掘进机机身上，实现对掘进机的三维定位，常规应用中，惯性导航仪是与GPS结合，实现在地面空间场的绝对定位，通过GPS定位与惯性导航仪的结合，达到空间绝对定位的目的，而在井下没有GPS信号，无法给出绝对定位度坐标，当由于惯性导航传感器由于长时间的运行后，累计误差得不到校正，随着时间的推移，检测到的掘进机轨迹误差会越来越大，最终会超出偏移允许范围。
发明内容
本发明旨在提供一种提高掘进机姿态定位精度的方法、存储介质、电子设备和系统，能够及时对惯性导航装置的误差进行调整从而提高掘进机姿态定位结果的准确性。
为解决上述问题，本发明提供一种提高掘进机姿态定位精度的方法，所述方法包括如下步骤：
获取检测时段内惯性导航部件测量的掘进机里程数据作为第一数据；
获取检测时段内辅助部件测量的掘进机的行进信息，根据所述行进信息得到所述掘进机的里程数据作为第二数据；
若所述第一数据与所述第二数据之间的偏差超过设定阈值，则校准所述惯性导航部件。
可选地，上述的提高掘进机姿态定位精度的方法，所述辅助部件为微波测量部件时，获取检测时段内辅助部件测量的掘进机的行进信息，根据所述行进信息得到所述掘进机的里程数据作为第二数据的步骤中，具体包括：
根据所述微波测量部件发出的微波信号频率和所述微波信号在所述掘进机和所述微波测量部件之间的往返时间，得到所述微波测量部件与所述掘进机之间的距离作为总里程；
所述微波测量部件与测量起点的距离为基准里程，所述测量起点为所述惯性导航部件校准时所述掘进机所在位置；
根据所述总里程与所述基准里程之差得到所述第二数据。
可选地，上述的提高掘进机姿态定位精度的方法，所述辅助部件为编码器时，获取检测时段内辅助部件测量的掘进机的行进信息，根据所述行进信息得到所述掘进机的里程数据作为第二数据的步骤中，具体包括：
根据编码器得到掘进机轮轴的转动圈数，根据所述转动圈数和机轮的直径得到所述第二数据。
本发明还提供一种提高掘进机姿态定位精度的系统，包括：
惯性导航部件，设置于掘进机上，检测所述掘进机的三维姿态定位信息，根据所述三维姿态定位信息获取所述掘进机的行驶里程；
辅助部件，获取所述掘进机行驶过程中的行进信息；
校准控制部件，获取检测时段内惯性导航部件测量的掘进机里程数据作为第一数据；其一个输入端与所述辅助部件的输出端连接，获取检测时段内辅助部件获取的掘进机行进数据，根据所述行进数据得到所述掘进机的行进里程作为第二数据；若所述第一数据与所述第二数据之间的偏差超过设定阈值，则校准所述惯性导航部件。
可选地，上述的提高掘进机姿态定位精度的系统，所述辅助部件为微波测量部件，所述微波测量部件设置于掘进机所在巷道的起始位置；
所述微波测量部件包括信号发射器和信号接收器；所述信号发射器发射特定频率的微波信号；所述信号接收器接收由所述掘进机反射回来的所述微波信号；
所述校准控制部件，根据所述微波测量部件发出的微波信号频率和所述微波信号在所述掘进机和所述微波测量部件之间的往返时间，得到所述微波测量部件与所述掘进机之间的距离作为总里程；所述微波测量部件与测量起点的距离为基准里程，所述测量起点为所述惯性导航部件校准时所述掘进机所在位置；根据所述总里程与所述基准里程之差得到所述第二数据。
可选地，上述的提高掘进机姿态定位精度的系统，所述辅助部件为编码器，所述编码器设置于所述掘进机的机轮驱动轴上以得到掘进机轮轴的转动圈数；
所述校准控制部件接收所述编码器输出的转动圈数，根据所述转动圈数和机轮的直径得到所述第二数据。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有程序指令，计算机读取所述程序指令后执行以上任一项所述的提高掘进机姿态定位精度的方法。
本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个所述存储器中存储有程序指令，至少一个所述处理器读取所述程序指令后执行以上任一项所述的提高掘进机姿态定位精度的方法。
本发明提供的上述技术方案与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
本发明提供的提高掘进机姿态定位精度的方法、系统及电子设备，通过辅助部件与惯性导航部件两者测量的掘进机行进里程的比对结果，判断惯性导航部件的误差积累是否还在允许的范围内，如果惯性导航部件的误差积累已经超过了允许范围则校准惯性导航部件，由此能够将惯性导航部件的累积误差清零，从而能够保证惯性导航部件对于掘进机姿态定位结果的准确性。
附图说明
图1为本发明一个实施例所述提高掘进机姿态定位精度的方法的流程图；
图2为本发明一个实施例所述提高掘进机姿态定位精度的系统的原理框图；
图3为本发明一个实施例所述惯性导航部件的设置方式示意图；
图4为本发明一个实施例所述微波测量部件的设置方式示意图。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例提供一种提高掘进机姿态定位精度的方法，可用于具有处理器的芯片中或者直接用于煤矿井下的控制系统中，也可以直接用于惯性导航部件本身，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
S100:获取检测时段内惯性导航部件测量的掘进机里程数据作为第一数据；其中检测时段即为起始时刻到当前时刻之间的时间段，起始时刻可以为掘进机刚开始移动的时刻，也可以使惯性导航部件刚刚校准之后的时刻。
S200:获取检测时段内辅助部件测量的掘进机的行进信息，根据所述行进信息得到所述掘进机的里程数据作为第二数据；本步骤中，检测时段与步骤S100中的检测时段为相同的时间段。而辅助部件为设置于掘进机上或者设置于煤矿井下的部件，其采用绝对定位的方式获得掘进机的行进信息。
S300:若所述第一数据与所述第二数据之间的偏差超过设定阈值，则校准所述惯性导航部件。设定阈值可以根据经验值进行设定，显然设定阈值越小得到的姿态定位结果会越准确，校准惯性导航部件的次数增加，可能会影响到定位效率，可以优选为0.2米左右。
以上技术方案，如果惯性导航部件的误差积累已经超过了允许范围则校准惯性导航部件，由此能够将惯性导航部件的累积误差清零，从而能够保证惯性导航部件对于掘进机姿态定位结果的准确性。
以上步骤中，校准的过程可以通过如下方式实现：惯性导航部件中预存有计算掘进机里程的算法，该算法涉及到惯性导航部件检测到的偏航角；如果掘进机里程偏差较大则说明偏航角的误差较大，此时采用辅助部件测量到的掘进机里程作为标准里程，对惯性导航部件的偏航角进行校准，保证惯性导航部件得到的掘进机里程与辅助部件得到的里程相一致。
以上方案中，所述辅助部件可以选择为微波测量部件。此时，上述步骤S200可以包括如下步骤：
S201：根据所述微波测量部件发出的微波信号频率和所述微波信号在所述掘进机和所述微波测量部件之间的往返时间，得到所述微波测量部件与所述掘进机之间的距离作为总里程。
S202：所述微波测量部件与测量起点的距离为基准里程，所述测量起点为所述惯性导航部件校准时所述掘进机所在位置。
S203：根据所述总里程与所述基准里程之差得到所述第二数据。
微波测量部件可以设置于掘进机行进方向的后方的某一固定位置处，微波信号能够沿着直线传播，微波信号传播过程中遇到掘进机被反射，根据微波的频率即可得到微波传输速度，根据微波的往返时间结合速度即可得到掘进机与微波测量部件之间的距离。微波测距具有测量精度高、反应速度快、定向性好、非接触的优点，这使其应用领域非常广泛，比如军事上微波雷达测距，交通上微波雷达测速、测距，航海定位、地形测量等等。在掘进机开始掘进时，可以规定该起始点坐标为(x,y,z)为(0，0，0)，即定为零点，掘进机向前推进过程中，设推进方向为x轴，推进的距离为d，根据微波测量的结果能够保证精度达到毫米级。
作为另一种实现方式，所述辅助部件为编码器时，以上步骤S200中，具体包括：根据编码器得到掘进机轮轴的转动圈数，根据所述转动圈数和机轮的直径得到所述第二数据。对于掘进机来说，其机轮在行进过程中被轮轴所带动，掘进机轮轴的转动圈数就是机轮旋转的圈数，因此机轮旋转过程中其周长乘以圈数即可得到掘进机的行进里程。
本实施例提供的上述方案能够在保持惯导部件自主性的同时，利用高精度距离测量辅助部件测量掘进机的轴向(正常情况下的挖掘机运行方向)距离测量信息，对惯导部件的误差进行抑制和修正，实现惯导部件与辅助部件协同测量信息的最优融合，使协同测量之后的挖掘机姿态定位方式减少受工作时间的影响，保证检测到的掘进机轨迹满足自动控制精度，为实现掘进机自主定位及推进作好支撑。
实施例2
本实施例提供一种提高掘进机姿态定位精度的系统，如图2所示，包括：
惯性导航部件11，设置于掘进机上，检测所述掘进机的三维姿态定位信息，根据所述三维姿态定位信息获取所述掘进机的行驶里程；辅助部件13，获取所述掘进机行驶过程中的行进信息；校准控制部件12，获取检测时段内惯性导航部件11测量的掘进机里程数据作为第一数据；其一个输入端与所述辅助部件13的输出端连接，获取检测时段内辅助部件13获取的掘进机行进数据，根据所述行进数据得到所述掘进机的行进里程作为第二数据；若所述第一数据与所述第二数据之间的偏差超过设定阈值，则校准所述惯性导航部件11。如图所示，校准控制部件12可以设置于惯性导航部件11内部，作为惯性导航部件11的一部分，校准控制部件12也可以使单独的一个控制芯片或处理器等。校准控制部件12可以设置于掘进机上，其与辅助部件13之间通过无线通信方式实现数据的传输。具体地，如图3所示，掘进机上设置有惯性导航部件11，同时还设置有无线通信模块33，以及为惯性导航部件11和无线通信模块33供电的电源模块32。
以上技术方案，如果惯性导航部件的误差积累已经超过了允许范围则校准惯性导航部件，由此能够将惯性导航部件的累积误差清零，从而能够保证惯性导航部件对于掘进机姿态定位结果的准确性。
如图4所示，所述辅助部件13可以为微波测量部件22，所述微波测量部件22设置于掘进机21所在巷道的起始位置，在设置所述微波测量部件22的位置还设置有无线收发模块23，其与设置于掘进机21上的无线通信模块33进行通信；作为一种可以实现的方案，所述微波测量部件22包括信号发射器和信号接收器；所述信号发射器发射特定频率的微波信号；所述信号接收器接收由所述掘进机21反射回来的所述微波信号；所述校准控制部件12，根据所述微波测量部件22发出的微波信号频率和所述微波信号在所述掘进机21和所述微波测量部件22之间的往返时间，得到所述微波测量部件22与所述掘进机21之间的距离作为总里程；所述微波测量部件22与测量起点的距离为基准里程，所述测量起点为所述惯性导航部件11校准时所述掘进机21所在位置；根据所述总里程与所述基准里程之差得到所述第二数据。
如图4所示，在掘进机21开始掘进时，可以规定该起始点坐标为(x,y,z)为(0，0，0)，即定为零点，掘进机21向前推进过程中，设推进方向为x轴，推进的距离为d，校准控制部件12能够通过上述微波信号的传输数据得到掘进机的行进里程，惯性导航部件可以结合微波测量部件测到结果来修正自身所测到的推进距离，从而达到精确描绘出掘进机轨迹目标。可以理解，其中所述零点的位置可以随着掘进机的行进过程进行改变，例如以每一次校准惯性导航部件时掘进机所在位置作为其零点位置，根据微波测量的结果能够保证测量精度达到毫米级。
作为另一种可实现的方案，所述辅助部件13为编码器，所述编码器设置于所述掘进机21的机轮驱动轴上以得到掘进机轮轴的转动圈数；所述校准控制部件12接收所述编码器输出的转动圈数，根据所述转动圈数和机轮的直径得到所述第二数据。对于掘进机来说，其机轮在行进过程中被轮轴所带动，掘进机轮轴的转动圈数就是机轮旋转的圈数，因此机轮旋转过程中其周长乘以圈数即可得到掘进机的行进里程。
实施例3
本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有程序指令，计算机读取所述程序指令后执行实施例1中任一方案所述的提高掘进机姿态定位精度的方法。
实施例4
本实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个所述存储器中存储有程序指令，至少一个所述处理器读取所述程序指令后执行实施例1中任一方案所述的提高掘进机姿态定位精度的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种提高掘进机姿态定位精度的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
获取检测时段内惯性导航部件测量的掘进机里程数据作为第一数据；
获取检测时段内辅助部件测量的掘进机的行进信息，根据所述行进信息得到所述掘进机的里程数据作为第二数据；
若所述第一数据与所述第二数据之间的偏差超过设定阈值，则校准所述惯性导航部件。
2.根据权利要求1所述的提高掘进机姿态定位精度的方法，其特征在于，所述辅助部件为微波测量部件时，获取检测时段内辅助部件测量的掘进机的行进信息，根据所述行进信息得到所述掘进机的里程数据作为第二数据的步骤中，具体包括：
根据所述微波测量部件发出的微波信号频率和所述微波信号在所述掘进机和所述微波测量部件之间的往返时间，得到所述微波测量部件与所述掘进机之间的距离作为总里程；
所述微波测量部件与测量起点的距离为基准里程，所述测量起点为所述惯性导航部件校准时所述掘进机所在位置；
根据所述总里程与所述基准里程之差得到所述第二数据。
3.根据权利要求1所述的提高掘进机姿态定位精度的方法，其特征在于，所述辅助部件为编码器时，获取检测时段内辅助部件测量的掘进机的行进信息，根据所述行进信息得到所述掘进机的里程数据作为第二数据的步骤中，具体包括：
根据编码器得到掘进机轮轴的转动圈数，根据所述转动圈数和机轮的直径得到所述第二数据。
4.一种提高掘进机姿态定位精度的系统，其特征在于，包括：
惯性导航部件，设置于掘进机上，检测所述掘进机的三维姿态定位信息，根据所述三维姿态定位信息获取所述掘进机的行驶里程；
辅助部件，获取所述掘进机行驶过程中的行进信息；
校准控制部件，获取检测时段内惯性导航部件测量的掘进机里程数据作为第一数据；其一个输入端与所述辅助部件的输出端连接，获取检测时段内辅助部件获取的掘进机行进数据，根据所述行进数据得到所述掘进机的行进里程作为第二数据；若所述第一数据与所述第二数据之间的偏差超过设定阈值，则校准所述惯性导航部件。
5.根据权利要求4所述的提高掘进机姿态定位精度的系统，其特征在于：
所述辅助部件为微波测量部件，所述微波测量部件设置于掘进机所在巷道的起始位置；
所述微波测量部件包括信号发射器和信号接收器；所述信号发射器发射特定频率的微波信号；所述信号接收器接收由所述掘进机反射回来的所述微波信号；
所述校准控制部件，根据所述微波测量部件发出的微波信号频率和所述微波信号在所述掘进机和所述微波测量部件之间的往返时间，得到所述微波测量部件与所述掘进机之间的距离作为总里程；所述微波测量部件与测量起点的距离为基准里程，所述测量起点为所述惯性导航部件校准时所述掘进机所在位置；根据所述总里程与所述基准里程之差得到所述第二数据。
6.根据权利要求4所述的提高掘进机姿态定位精度的系统，其特征在于：
所述辅助部件为编码器，所述编码器设置于所述掘进机的机轮驱动轴上以得到掘进机轮轴的转动圈数；
所述校准控制部件接收所述编码器输出的转动圈数，根据所述转动圈数和机轮的直径得到所述第二数据。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有程序指令，计算机读取所述程序指令后执行权利要求1-3任一项所述的提高掘进机姿态定位精度的方法。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个所述存储器中存储有程序指令，至少一个所述处理器读取所述程序指令后执行权利要求1-3任一项所述的提高掘进机姿态定位精度的方法。
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