CN112377204A - 掘进机的控制方法、掘进机和可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种掘进机的控制方法、掘进机和可读存储介质。其中，掘进机的控制方法包括：根据巷道类型及对应的巷道边界的边界参数建立截割模型；获取截割部的当前位置及当前位置与巷道边界的距离；根据截割模型、截割部的当前位置及掘进机的截割参数，确定截割边界阈值；根据截割边界阈值和距离，对掘进机进行控制。通过本发明提供的掘进机的控制方法，能够实时动态求解截割部当前位置与巷道设计边界的距离，实时动态求解四个方向上的截割边界阈值，以求解出的截割边界阈值作为判断依据，作为掘进机的执行条件，实现自动截割边界的平整化，减少超挖与欠挖现象，实现掘进机自动截割的精准成型，有效减小截割到位的判断误差。

Description

掘进机的控制方法、掘进机和可读存储介质

技术领域

本发明涉及掘进机技术领域，具体而言，涉及一种掘进机的控制方法，一种掘进机，一种可读存储介质。

背景技术

为响应国家发展号召，实现井下掘进工作面少人化、无人化的目标，势必要对截割面的成型质量做严格把控。目前，一些智能化掘进机装载了油缸行程传感器、车身姿态传感器等，已经具备远程启动、并按照设定的截割区域进行自动截割作业的功能。但由于掘进机与巷道的相对位置不方便测定且作业过程中易发生改变、加之不同矿井截割工艺存在差异。在不同巷道尺寸下，截割部摆动到边界时，截割部的有效的截割范围与侧壁的切点不是固定位置，工作面成型质量不易控制，导致掘进工作面侧壁成型效果较差，存在大量的超挖与欠挖现象，不便于煤矿工人进行侧壁的锚护。

目前，在自动截割过程中，通常设置一个固定的边界预警值。当通过传感器数据计算出截割头中心与侧壁距离小于或等于设定的边界预警值时，则认为达到了截割边界，截割头停止摆动或向其余方向运动。

采用边界预警的方法可有效限定截割区域，但边界预警值设置为固定常量，则会存在以下问题：

1)截割头旋转过程中的包络轮廓为有效截割区域，但不同型号的悬臂式掘进机截割头尺寸参数不尽相同，边界预警值设置为常量不能满足所有型号掘进机自动截割的工艺需求；

2)由于截割头包络旋转起来后的有效截割区域为不规则锥形，截割过程中与巷道四个边界的切点不固定，以固定的边界预警值作为截割到位的判断依据存在较大误差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个方面在于提出了一种掘进机的控制方法。

本发明的另一个方面在于提出了一种掘进机。

本发明的再一个方面在于提出了一种可读存储介质。

有鉴于此，根据本发明的一个方面，提出了一种掘进机的控制方法，掘进机包括截割部，掘进机的控制方法包括：根据巷道类型及对应的巷道边界的边界参数建立截割模型；获取截割部的当前位置及当前位置与巷道边界的距离；根据截割模型、截割部的当前位置及掘进机的截割参数，确定截割边界阈值；根据截割边界阈值和距离，对掘进机进行控制。

本发明提供的掘进机的控制方法，用于(智能化)掘进机，掘进机包括截割部。首先，对不同类型巷道进行截割边界范围建模，对与巷道类型对应的巷道边界的边界参数建模分析，如对等腰梯形(含矩形)巷道的边界参数建模分析，得到对应的截割模型。之后，获取截割部处于巷道的当前位置，根据截割模型、截割部的当前位置及掘进机的截割参数，可动态求解出截割头处于巷道任意位置处，其采用自动截割工艺时在水平与竖直方向上的截割边界阈值。考虑到不同型号的悬臂式掘进机截割头尺寸参数不尽相同，将掘进机的截割参数参与到截割边界阈值计算当中，从而能够满足所有型号掘进机自动截割的工艺需求。最后，以截割边界阈值为判断依据，通过实时计算出的截割部到巷道边界的距离与截割边界阈值的大小关系，作为截割部升降油缸与回转油缸动作的执行条件，以期实现自动截割边界的平整化，减少超挖与欠挖现象。通过本发明提供的掘进机的控制方法，能够实时动态求解截割部当前位置与巷道设计边界的距离，实时动态求解四个方向上的截割边界阈值，以求解出的截割边界阈值作为判断依据，作为掘进机的执行条件，实现自动截割边界的平整化，减少超挖与欠挖现象，实现掘进机自动截割的精准成型，有效减小截割到位的判断误差。

智能化掘进机的自动截割方式为在巷道工作面(巷道尺寸断面)内逐层截割，但由于不同巷道工作面参数不同，且截割头在不同位置时水平摆动与竖直摆动的距离也不同。因此，需根据不同的巷道类型做具体分析。

本发明提供的掘进机的控制方法适用于所有类型的井工矿巷道。

根据本发明的上述掘进机的控制方法，还可以具有以下技术特征：

在上述技术方案中，根据截割模型、当前位置及掘进机的截割参数，确定截割边界阈值的步骤，具体包括：根据截割模型和当前位置，确定当前时刻截割部所需的截割尺寸；根据截割尺寸和截割参数，确定截割部摆动到与巷道边界相切时的摆动角度；根据截割尺寸、摆动角度及截割参数，确定截割边界阈值。

在该技术方案中，对根据截割模型、当前位置及掘进机的截割参数确定截割边界阈值进行了限定。具体而言，根据截割模型、截割部的当前位置，可以获取当前时刻截割头在水平方向与竖直方向所需的截割尺寸。然后，根据截割尺寸及掘进机的截割参数，计算出截割部摆动到与巷道边界相切时截割部的摆动角度，包括水平摆动角度及竖直摆动角度。再后，根据截割尺寸、摆动角度及截割参数，计算出截割边界阈值。通过本发明的技术方案，通过对巷道的边界参数及截割头实时坐标的建模计算，可以获取当前时刻截割部基于自动截割工艺所需的摆动距离；并且，根据此距离及截割参数，准确给出掘进机在巷道不同位置，截割头摆动与巷道边界极限位置相切时的摆动角度；并且，根据此距离、摆动角度及截割参数，动态求解截割边界阈值，从而满足所有型号掘进机自动截割的工艺需求，实现掘进机自动截割的精准成型，有效减小截割到位的判断误差。

目前智能化系列掘进机的截割头包络的有效切割区域形状，主要由三部分组成，最前端的圆弧、中间部分的斜截齿以及根部的底座截齿。在实际使用时，掘进机一般均处于巷道较为中心的位置，当截割头摆动到巷道边界时，掘进机的回转角度均处于较大值，其与巷道四个边界的切点均在截割头包络最前端的圆弧上。针对以上特点，本发明以截割头包络最前端，即圆弧顶点为截割边界阈值计算参考点，当此点与巷道边界距离等于截割边界阈值时，即截割部与巷道边界相切。

在上述任一技术方案中，截割部包括截割臂和截割头，截割参数包括：基于截割部处于无伸缩状态的情况下，截割臂的长度；基于截割臂的升降角度为零的情况下，截割头的离地高度；截割头包络的前端圆弧的半径；掘进机的机身中心在初始时刻偏离巷道中心线的距离。

在该技术方案中，智能化掘进机其截割部包括截割臂和截割头。由于智能化掘进机均具备截割部的伸缩功能，在截割不同位置时截割部会自动进行伸缩调整，使工作面最终成型为一个平面。并且矿山会根据巷道尺寸选择型号匹配掘进机。因此，在巷道边界位置时，为截割头包络的前端圆弧与巷道四个侧壁相切。基于此，确定本发明所需的截割参数。截割参数包括截割部无伸缩时截割臂的长度，截割臂的升降角度为零时截割头离地的高度，截割头包络的前端圆弧的半径，掘进机的机身中心在初始时刻偏离巷道中心线的距离，但不限于此。通过本发明的技术方案，获得的截割边界阈值更为准确，以此截割边界阈值作为截割到位的判断依据误差小，能够更好地实现智能化掘进机自动截割的精准成型。

在上述任一技术方案中，截割尺寸包括水平方向的摆动距离与竖直方向的摆动距离；以机身中心垂直于巷道工作面的线条为基线，回转角度包括左摆动的第一回转角度和右摆动的第二回转角度，以及上摆动的第一升降角度和下摆动的第二升降角度，截割边界阈值包括左侧截割边界阈值、右侧截割边界阈值、上侧截割边界阈值和下侧截割边界阈值。

在该技术方案中，掘进机处于巷道任意位置处，其采用自动截割工艺时所需的截割尺寸包括水平方向上的摆动距离和竖直方向上的摆动距离。回转角度包括以掘进机的机身中心垂直于巷道工作面的线条为基线，左摆动的第一回转角度、右摆动的第二回转角度、上摆动的第一升降角度及下摆动的第二升降角度。截割边界阈值包括以掘进机的机身中心垂直于巷道工作面的线条为基线，左侧截割边界阈值、右侧截割边界阈值、上侧截割边界阈值和下侧截割边界阈值。通过本发明的实施例限定的截割尺寸、回转角度及截割边界阈值，一方面可满足智能化掘进机自动截割工艺需求，另一方面提高截割到位的判断精度，从而更好地实现智能化掘进机自动截割的精准成型的目的。

在上述任一技术方案中，基于巷道工作面为矩形或等腰梯形的情况下，边界参数包括矩形或等腰梯形的底宽、顶宽及高；基于巷道工作面为直角梯形的情况下，边界参数包括直角梯形的底宽、高及斜顶角度；基于巷道工作面为拱形的情况下，边界参数包括拱形的拱宽、拱高、角度及半径。

在该技术方案中，当巷道工作面为矩形或等腰梯形时，巷道边界的边界参数一般包括三个：底宽、顶宽及高；当巷道工作面为直角梯形时，边界参数一般包括三个：底宽、高及斜顶角度；当巷道工作面为拱形时，拱形巷道为三心拱，边界参数一般包括四个：拱宽、拱高、角度及半径，其中，角度和半径为三心拱的大拱的顶部圆弧之角度和半径。

在上述任一技术方案中，根据巷道类型及对应的巷道边界的边界参数建立截割模型的步骤，具体包括：根据巷道类型确定巷道边界的边界参数，以巷道工作面的底部中心为坐标原点，根据坐标原点及边界参数建立巷道边界对应的边界方程。

在该技术方案中，对根据巷道类型及对应的巷道边界的边界参数建立截割模型的步骤进行了限定。具体地，根据巷道类型可确定巷道边界的边界参数，以巷道工作面的底部中心为坐标原点，对巷道边界的边界参数建模，从而得到巷道的四个边界方程，包括巷道的左右侧梆、顶板、底板分别对应的边界方程。通过巷道的四个边界方程及截割部实时坐标，可以获取当前时刻截割部上、下、左、右摆动需要的距离(截割尺寸)。并且根据此距离值及截割参数，可以计算得到截割部处于巷道边界极限位置时，也就是截割部摆动到与巷道边界相切时，掘进机的回转角度。并基于此，可进一步实时动态求解出四个方向上的截割边界阈值。通过本发明的技术方案，以实时动态求解巷道边界四个方向上的截割边界阈值代替了现有技术中边界预警值为固定值，从而能够满足不同型号掘进机自动截割的工艺需求，并有效减少截割到位的判断误差。同时以边界方程的形式求解截割边界阈值，可有效减少掘进机自动截割时的计算量，从而提高计算速度，为实现智能化掘进机自动截割的精准成型提供了保证。

在上述任一技术方案中，获取截割部的当前位置的步骤，具体包括：获取截割头中心的当前位置。

在该技术方案中，对获取截割部的当前位置进行了限定。具体为，通过获取截割头中心的实时坐标，来定位掘进机处于巷道的位置。其中，截割头中心即截割头包络的前端圆弧的顶点。

在上述任一技术方案中，根据截割边界阈值和距离，对掘进机进行控制的步骤，具体包括：判断距离是否小于或等于截割边界阈值；基于距离小于或等于截割边界阈值的情况下，则截割头摆动到位；基于距离大于截割边界阈值的情况下，则控制截割头继续摆动。

在该技术方案中，对根据截割边界阈值和距离对掘进机进行控制的方法进行了限定。具体地：

当截割头左摆时，判断截割头的当前位置与巷道边界的距离是否小于或等于左侧截割边界阈值，得到判断结果。当判断结果为是时，则判定左摆到位，当判断结果为否时，则左摆继续。

当截割头右摆时，判断截割头的当前位置与巷道边界的距离是否小于或等于右侧截割边界阈值，得到判断结果。当判断结果为是时，则判定右摆到位，当判断结果为否时，则右摆继续。

当截割头上摆时，判断截割头的当前位置与巷道边界的距离是否小于或等于上侧截割边界阈值，得到判断结果。当判断结果为是时，则判定上摆到位，当判断结果为否时，则上摆继续。

当截割头下摆时，判断截割头的当前位置与巷道边界的距离是否小于或等于下侧截割边界阈值，得到判断结果。当判断结果为是时，则判定下摆到位，当判断结果为否时，则下摆继续。

根据本发明的另一个方面，提出了一种掘进机，掘进机包括截割部，还包括：存储器，存储器存储有程序；处理器，处理器执行程序时实现如上述任一技术方案的掘进机的控制方法。

本发明提供的掘进机，处理器执行程序时实现如上述任一技术方案的掘进机的控制方法的步骤，因此该掘进机包括上述任一技术方案的掘进机的控制方法的全部有益效果。

根据本发明的再一个方面，提出了一种可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案的掘进机的控制方法。

本发明提供的可读存储介质，程序被处理器执行时实现如上述任一技术方案的掘进机的控制方法的步骤，因此该可读存储介质包括上述任一技术方案的掘进机的控制方法的全部有益效果。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了本发明的第一个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图；

图2示出了本发明的第二个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图；

图3示出了本发明的第三个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图；

图4示出了本发明的第四个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图；

图5示出了本发明的第八个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图；

图6示出了本发明的第九个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图；

图7示出了本发明的实施例的截割头包络的有效截割区域的剖面示意图；

图8示出了本发明的一个实施例的掘进机的示意框图。

其中，图7中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

702圆弧区域，704斜截齿区域，706底座截齿区域。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

本发明第一方面的实施例，提出一种掘进机的控制方法，通过以下实施例对该掘进机的控制方法进行详细说明。

实施例一，图1示出了本发明的第一个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图。其中，该掘进机的控制方法包括：

步骤102，根据巷道类型及对应的巷道边界的边界参数建立截割模型；

步骤104，获取截割部的当前位置及当前位置与巷道边界的距离；

步骤106，根据截割模型、截割部的当前位置及掘进机的截割参数，确定截割边界阈值；

步骤108，根据截割边界阈值和距离，对掘进机进行控制。

本实施例提供的掘进机的控制方法，用于(智能化)掘进机，掘进机包括截割部，截割部包括截割头。掘进机的自动截割方式为在巷道工作面(巷道尺寸断面)内逐层截割，但由于不同巷道工作面参数不同，且截割头在不同位置时水平摆动与竖直摆动的距离也不同。因此，需根据不同的巷道类型做具体分析。

首先，对不同类型巷道进行截割边界范围建模，对与巷道类型对应的巷道边界的边界参数建模分析，如对等腰梯形(含矩形)巷道、直角梯形巷道、拱形巷道的边界参数建模分析，得到对应的截割模型。之后，获取截割部处于巷道的当前位置，根据截割模型、截割部的当前位置及掘进机的截割参数，可动态求解出截割头处于巷道任意位置处，其采用自动截割工艺时在水平与竖直方向上的截割边界阈值。考虑到不同型号的悬臂式掘进机截割头尺寸参数不尽相同，将掘进机的截割参数参与到截割边界阈值计算当中，从而能够满足所有型号掘进机自动截割的工艺需求。最后，以截割边界阈值为判断依据，通过实时计算出的截割部到巷道边界的距离与截割边界阈值的大小关系，作为截割部升降油缸与回转油缸动作的执行条件，以期实现自动截割边界的平整化，减少超挖与欠挖现象。通过本发明提供的掘进机的控制方法，能够实时动态求解截割部当前位置与巷道设计边界的距离，实时动态求解四个方向上的截割边界阈值，以求解出的截割边界阈值作为判断依据，作为掘进机的执行条件，实现自动截割边界的平整化，减少超挖与欠挖现象，实现掘进机自动截割的精准成型，有效减小截割到位的判断误差。

实施例二，图2示出了本发明的第二个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图。其中，该掘进机的控制方法包括：

步骤202，根据巷道类型及对应的巷道边界的边界参数建立截割模型；

步骤204，获取截割部的当前位置及当前位置与巷道边界的距离；

步骤206，根据截割模型和当前位置，确定当前时刻截割部所需的截割尺寸；

步骤208，根据截割尺寸和截割参数，确定截割部摆动到与巷道边界相切时的摆动角度；

步骤210，根据截割尺寸、摆动角度及截割参数，确定截割边界阈值；

步骤212，根据截割边界阈值和距离，对掘进机进行控制。

在该实施例中，根据截割模型、截割部的当前位置，可以获取当前时刻截割头在水平方向与竖直方向所需的截割尺寸。然后，根据截割尺寸及掘进机的截割参数，可计算出截割部摆动到与巷道边界相切时的回转角度。再后，根据截割尺寸、摆动角度及截割参数，计算出截割边界阈值。通过本发明的实施例，通过对巷道的边界参数及截割头实时坐标的建模计算，可以获取当前时刻截割部基于自动截割工艺所需的摆动距离；并且，根据此距离及截割参数，准确给出掘进机在巷道不同位置，截割头摆动与巷道边界极限位置相切时的摆动角度；并且，根据此距离、摆动角度及截割参数，动态求解截割边界阈值，从而满足所有型号掘进机自动截割的工艺需求，实现掘进机自动截割的精准成型，有效减小截割到位的判断误差。

实施例三，图3示出了本发明的第三个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图。其中，该掘进机的控制方法包括：

步骤302，根据巷道类型确定巷道边界的边界参数，以巷道工作面的底部中心为坐标原点，根据坐标原点及边界参数建立巷道边界对应的边界方程；

步骤304，获取截割部的当前位置及当前位置与巷道边界的距离；

步骤306，根据截割模型和当前位置，确定当前时刻截割部所需的截割尺寸；

步骤308，根据截割尺寸和截割参数，确定截割部摆动到与巷道边界相切时的摆动角度；

步骤310，根据截割尺寸、摆动角度及截割参数，确定截割边界阈值；

步骤312，根据截割边界阈值和距离，对掘进机进行控制。

在该实施例中，根据巷道类型可确定巷道边界的边界参数，以巷道工作面的底部中心为坐标原点，对边界参数建模分析，从而得到巷道的四个边界方程，包括巷道的左右侧梆、顶板、底板分别对应的边界方程。通过巷道的四个边界方程及截割部实时坐标，可以获取当前时刻截割部上、下、左、右摆动需要的距离(截割尺寸)。并且根据此距离值及截割参数，可以计算得到截割部处于巷道边界极限位置时，也就是截割部摆动到与巷道边界相切时，掘进机截割部的摆动角度。并基于此，可进一步实时动态求解出四个方向上的截割边界阈值。通过本发明的实施例，以实时动态求解巷道边界四个方向上的截割边界阈值代替了现有技术中边界预警值为固定值，从而能够满足不同型号掘进机自动截割的工艺需求，并有效减少截割到位的判断误差。同时以边界方程的形式求解截割边界阈值，可有效减少掘进机自动截割时的计算量，从而提高计算速度，为实现智能化掘进机自动截割的精准成型提供了保证。

实施例四，图4示出了本发明的第四个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图。其中，该掘进机的控制方法包括：

步骤402，根据巷道类型确定巷道边界的边界参数，以巷道工作面的底部中心为坐标原点，根据坐标原点及边界参数建立巷道边界对应的边界方程；

步骤404，获取截割头中心的当前位置及当前位置与巷道边界的距离；

步骤406，根据截割模型和当前位置，确定当前时刻截割部所需的截割尺寸；

步骤408，根据截割尺寸和截割参数，确定截割部摆动到与巷道边界相切时的摆动角度；

步骤410，根据截割尺寸、摆动角度及截割参数，确定截割边界阈值；

步骤412，根据截割边界阈值和距离，对掘进机进行控制。

在该实施例中，(智能化)掘进机的截割头包络的有效切割区域形状，如图7所示，截割头包络的有效切割区域主要由3部分组成，截割头最前端的圆弧区域702、中间部分的斜截齿区域704以及根部的底座截齿区域706。在实际使用时，掘进机一般均处于巷道较为中心的位置，当截割头摆动到左右侧梆、顶板、底板极限位置处时，掘进机的摆动角度与升降角度均处于较大值，其与巷道四个边界的切点均在截割头最前端的圆弧上。针对以上特点，本实施例以截割头包络最前端，即圆弧顶点，如图7中所示的A点(也就是截割头中心)为截割边界阈值计算参考点，当此点与巷道边界距离等于截割边界阈值时，即截割头与巷道边界相切。因此，本实施通过获取截割头中心的实时坐标，来定位掘进机处于巷道的位置。

实施例五，包括上述任一实施例限定的特征，以及进一步地对截割参数进行了限定。具体地，由于智能化掘进机均具备截割部的伸缩功能，在截割不同位置时截割部会自动进行伸缩调整，使工作面最终成型为一个平面。并且矿山会根据巷道尺寸选择型号匹配掘进机。因此，在巷道边界位置时，为截割头包络的前端圆弧与巷道四个侧壁相切。基于此，确定本实施例的截割参数。截割参数包括截割部无伸缩时截割臂的长度，截割臂的升降角度为零时截割头离地的高度，截割头包络的前端圆弧的半径，掘进机的机身中心在初始时刻偏离巷道中心线的距离，但不限于此。通过本发明的实施例，获得的截割边界阈值更为准确，以此截割边界阈值作为截割到位的判断依据误差小，能够更好地实现智能化掘进机自动截割的精准成型。

实施例六，包括上述任一实施例限定的特征，以及进一步地对截割尺寸、回转角度及截割边界阈值进行了限定。具体地，截割尺寸为掘进机处于巷道任意位置处，其采用自动截割工艺时水平方向摆动所需的距离。回转角度包括以机身中心垂直于巷道工作面的线条为基线，左摆动的第一回转角度、右摆动的第二回转角度、上摆动的第一升降角度和下摆动的第二升降角度。截割边界阈值包括以掘进机的机身中心垂直于巷道工作面的线条为基线，左摆预警值即左侧截割边界阈值、右摆预警值即右侧截割边界阈值、上摆预警值即上侧截割边界阈值和下摆预警值即下侧截割边界阈值。通过本发明的实施例限定的截割尺寸、回转角度及截割边界阈值，一方面可满足智能化掘进机自动截割工艺需求，另一方面提高截割到位的判断精度，从而更好地实现智能化掘进机自动截割的精准成型的目的。

实施例七，包括上述任一实施例限定的特征，以及进一步地对巷道类型及其对应的边界参数进行了限定。具体地，当巷道工作面为矩形或等腰梯形时，巷道边界的边界参数一般包括三个：底宽、顶宽及高；当巷道工作面为直角梯形时，边界参数一般包括三个：底宽、高及斜顶角度；当巷道工作面为拱形时，拱形巷道为三心拱，边界参数一般包括四个：拱宽、拱高、角度及半径，其中，角度和半径为三心拱的中间顶部圆弧之角度和半径。可以理解地，巷道类型不局限于以上类型。

实施例八，图5示出了本发明的第八个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图。其中，该掘进机的控制方法包括：

步骤502，根据巷道类型及对应的巷道边界的边界参数建立截割模型；

步骤504，获取截割部的当前位置及当前位置与巷道边界的距离；

步骤506，根据截割模型、截割部的当前位置及掘进机的截割参数，确定截割边界阈值；

步骤508，判断距离是否小于或等于截割边界阈值；判断结果为小于或等于时，执行步骤510，判断结果为大于时，执行步骤512；

步骤510，截割头摆动到位，停止摆动或向其余方向摆动；

步骤512，控制截割头继续摆动。

实施例九，图6示出了本发明的第九个实施例的掘进机的控制方法的流程示意图。其中，该掘进机的控制方法包括：

步骤602，根据巷道类型及对应的巷道边界的边界参数建立截割模型；

步骤604，获取截割部的当前位置及当前位置与巷道边界的距离；

步骤606，根据截割模型、截割部的当前位置及掘进机的截割参数，确定四个方向截割边界阈值；截割头左摆时，执行步骤608；截割头右摆时，执行步骤610；截割头上摆时，执行步骤612；截割头下摆时，执行步骤614；

步骤608，判断距离是否小于或等于左侧截割边界阈值；判断结果为小于或等于时，执行步骤616，判断结果为大于时，执行步骤618；

步骤616，截割头左摆到位；

步骤618，控制截割头继续左摆；

步骤610，判断距离是否小于或等于右侧截割边界阈值；判断结果为小于或等于时，执行步骤620，判断结果为大于时，执行步骤622；

步骤620，截割头右摆到位；

步骤622，控制截割头继续右摆；

步骤612，判断距离是否小于或等于上侧截割边界阈值；判断结果为小于或等于时，执行步骤624，判断结果为大于时，执行步骤626；

步骤624，截割头上摆到位；

步骤626，控制截割头继续上摆；

步骤614，判断距离是否小于或等于下侧截割边界阈值；判断结果为小于或等于时，执行步骤628，判断结果为大于时，执行步骤630；

步骤628，截割头下摆到位；

步骤630，控制截割头继续下摆。

实施例十，智能化系列掘进机的截割头包络的有效切割区域形状，主要由三部分组成，最前端的圆弧、中间部分的斜截齿以及根部的底座截齿。在实际使用时，掘进机一般均处于巷道较为中心的位置，当截割头摆动到巷道边界时，掘进机的回转角度均处于较大值，其与巷道四个边界的切点均在截割头包络最前端的圆弧上。针对以上特点，本实施例以截割头包络最前端，即圆弧顶点为边界预警值计算参考点，当此点与巷道边界距离等于截割边界阈值时，即截割部与巷道边界相切。

智能化掘进机的自动截割方式为在巷道工作面(巷道尺寸断面)内逐层截割，但由于不同巷道工作面参数不同，且截割头在不同位置时水平摆动与竖直摆动的距离也不同。因此，需根据不同的巷道类型做具体分析。

1、基于巷道工作面为矩形或等腰梯形的情况下，边界参数包括矩形或等腰梯形的底宽a₁、顶宽a₂及高a₃。对边界参数建模，以巷道工作面的底部中心为原点，可获得巷道的四个边界方程，如公式(1-1)所示：

其中，x代表截割头的横坐标，y代表截割头的纵坐标。

然后，根据智能化掘进机传感器获取的截割头最前端(圆弧顶点)的实时坐标(x,y)，带入边界方程(1-1)中，计算截割头当前所处位置的水平摆动距离w与竖直摆动距离h，如公式(1-2)所示：

2、基于巷道工作面为直角梯形的情况下，边界参数包括直角梯形的底宽a₁、高a₂及斜顶角度a₃。其中，定义左高右低角度为正，右高左低角度为负。对边界参数建模，以巷道工作面的底部中心为原点，可获得巷道的四个边界方程，如公式(2-1)所示：

然后，根据智能化掘进机传感器获取的截割头最前端(圆弧顶点)的实时坐标(x,y)，带入边界方程(2-1)中，计算截割头当前所处位置的水平摆动距离w与竖直摆动距离h，如公式(2-2)所示：

3、基于巷道工作面为拱形的情况下，边界参数包括拱形的拱宽a₁、拱高a₂、角度a₃及半径a₄。对边界参数建模，以巷道工作面的底部中心为原点，可获得巷道的四个边界方程，其中上侧包括三段顶部圆弧侧边方程，如公式(3-1)所示：

其中，三心拱左侧圆弧部分的圆心O₂的横坐标为O_2x，纵坐标为O_2y；中间部分圆弧的圆心O₁的横坐标为O_1x，纵坐标为O_1y；右侧圆弧部分的圆心O₃的横坐标为O_3x，纵坐标为O_3y；左右两侧圆弧半径为r₂₃。对应计算关系如公式(3-2)所示：

然后，根据智能化掘进机传感器获取的截割头最前端(圆弧顶点)的实时坐标(x,y)，带入边界方程(3-1)中，计算截割头当前所处位置的水平摆动距离w与竖直摆动距离h，如公式(3-3)所示：

其中，将(x,y)代入三段顶部圆弧对应的圆方程中，O₁(y)在求解过程中会产生两组解O₁(y)'和O₁(y)”，作差取其最大s值。

利用上述公式，通过对巷道参数及截割头实时坐标的建模计算，可以获取当前时刻截割头上、下摆动需要的距离h以及左、右摆动需要的距离w。并且根据此距离值及截割参数，可以计算得到以回转中心垂直于截割面的线条为基线，左右摆动的回转角度

(第一回转角度)和

(第二回转角度)；上下摆动的升降角度θ₁(第一升降角度)和θ₂(第二升降角度)；左侧边界预警值J₁(左侧截割边界阈值)；右侧边界预警值J₂(右侧截割边界阈值)；上侧边界预警值J₃(上侧截割边界阈值)；下侧边界预警值J₄(下侧截割边界阈值)。由于智能化掘进机均具备截割部的伸缩功能，在截割不同位置时截割部会自动进行伸缩调整，使工作面最终成型为一个平面。并且矿山会根据巷道尺寸选择型号匹配掘进机，因此，在巷道边界位置时，为截割头包络的前端圆弧与巷道四个侧壁相切。

其中截割参数包括：截割部无伸缩时截割臂长度R；截割头包络前端圆弧半径r，如图7所示；截割臂的升降角度为零时截割头的离地高度c；掘进机的机身中心在初始时刻偏离巷道中心线的距离b(可设定偏左为负，偏右为正)。

左摆回转角度

左侧边界预警值J₁，可由公式(4-1)所示：

右摆回转角度

右侧边界预警值J₂，可由公式(4-2)所示：

上摆升降角度θ₁，上侧边界预警值J₃，可由公式(4-3)所示：

下摆升降角度θ₂，下侧边界预警值J₄，可由公式(4-4)所示：

在计算出截割头所在位置上下左右摆动的边界预警值后，根据边界预警值及截割头与巷道边界距离值的大小关系，对掘进机的回转油缸与升降油缸进行控制。

具体地，当截割头左摆时，判断截割头的当前位置与巷道边界的距离是否小于或等于左侧截割边界阈值，得到判断结果。当判断结果为是时，则判定左摆到位，当判断结果为否时，则左摆继续。

当截割头右摆时，判断截割头的当前位置与巷道边界的距离是否小于或等于右侧截割边界阈值，得到判断结果。当判断结果为是时，则判定右摆到位，当判断结果为否时，则右摆继续。

当截割头上摆时，判断截割头的当前位置与巷道边界的距离是否小于或等于上侧截割边界阈值，得到判断结果。当判断结果为是时，则判定上摆到位，当判断结果为否时，则上摆继续。

当截割头下摆时，判断截割头的当前位置与巷道边界的距离是否小于或等于下侧截割边界阈值，得到判断结果。当判断结果为是时，则判定下摆到位，当判断结果为否时，则下摆继续。

本发明上述各实施例提供的掘进机的控制方法适用于所有类型的井工矿巷道。

根据本发明的另一个方面的实施例，提出了一种掘进机，图8示出了本发明的一个实施例的掘进机800的示意框图。其中，掘进机800包括截割部，还包括：存储器802，存储器802存储有程序；处理器804，处理器804执行程序时实现如上述任一实施例的掘进机的控制方法。

本实施例提供的掘进机800，处理器804执行程序时实现如上述任一实施例的掘进机的控制方法的步骤，因此该掘进机800包括上述任一实施例的掘进机的控制方法的全部有益效果。

根据本发明的再一个方面的实施例，提出了一种可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的掘进机的控制方法。

本实施例提供的可读存储介质，程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的掘进机的控制方法的步骤，因此该可读存储介质包括上述任一实施例的掘进机的控制方法的全部有益效果。

在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，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“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种掘进机的控制方法，所述掘进机包括截割部，其特征在于，所述掘进机的控制方法包括：

根据巷道类型及对应的巷道边界的边界参数建立截割模型；

获取所述截割部的当前位置及所述当前位置与所述巷道边界的距离；

根据所述截割模型、所述当前位置及所述掘进机的截割参数，确定截割边界阈值；

根据所述截割边界阈值和所述距离，对所述掘进机进行控制。

2.根据权利要求1所述的掘进机的控制方法，其特征在于，所述根据所述截割模型、所述当前位置及所述掘进机的截割参数，确定截割边界阈值的步骤，具体包括：

根据所述截割模型和所述当前位置，确定当前时刻所述截割部所需的截割尺寸；

根据所述截割尺寸和所述截割参数，确定所述截割部摆动到与所述巷道边界相切时的摆动角度；

根据所述截割尺寸、所述摆动角度及所述截割参数，确定所述截割边界阈值。

3.根据权利要求2所述的掘进机的控制方法，其特征在于，所述截割部包括截割臂和截割头，所述截割参数包括：

基于截割部处于无伸缩状态的情况下，截割臂的长度；

基于所述截割臂的升降角度为零的情况下，所述截割头的离地高度；

所述截割头包络的前端圆弧的半径；

所述掘进机的机身中心在初始时刻偏离巷道中心线的距离。

4.根据权利要求3所述的掘进机的控制方法，其特征在于，

所述截割尺寸包括水平方向的摆动距离与竖直方向的摆动距离；

以所述机身中心垂直于巷道工作面的线条为基线，所述摆动角度包括左摆动的第一回转角度和右摆动的第二回转角度，以及上摆动的第一升降角度和下摆动的第二升降角度，

所述截割边界阈值包括左侧截割边界阈值、右侧截割边界阈值、上侧截割边界阈值和下侧截割边界阈值。

5.根据权利要求4所述的掘进机的控制方法，其特征在于，

基于所述巷道工作面为矩形或等腰梯形的情况下，所述边界参数包括所述矩形或所述等腰梯形的底宽、顶宽及高；

基于所述巷道工作面为直角梯形的情况下，所述边界参数包括所述直角梯形的底宽、高及斜顶角度；

基于所述巷道工作面为拱形的情况下，所述边界参数包括所述拱形的拱宽、拱高、角度及半径。

6.根据权利要求5所述的掘进机的控制方法，其特征在于，所述根据巷道类型及对应的巷道边界的边界参数建立截割模型的步骤，具体包括：

根据巷道类型确定巷道边界的边界参数，以所述巷道工作面的底部中心为坐标原点，根据所述坐标原点及所述边界参数建立所述巷道边界对应的边界方程。

7.根据权利要求2所述的掘进机的控制方法，其特征在于，所述获取所述截割部的当前位置的步骤，具体包括：

获取所述截割头中心的当前位置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的掘进机的控制方法，其特征在于，所述根据所述截割边界阈值和所述距离，对所述掘进机进行控制的步骤，具体包括：

判断所述距离是否小于或等于所述截割边界阈值；

基于所述距离小于或等于所述截割边界阈值的情况下，则所述截割头摆动到位；

基于所述距离大于所述截割边界阈值的情况下，则控制所述截割头继续摆动。

9.一种掘进机，所述掘进机包括截割部，其特征在于，还包括：

存储器，所述存储器存储有程序；

处理器，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8中任一项所述的掘进机的控制方法。

10.一种可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的掘进机的控制方法。

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