CN112557072B - 采掘设备悬臂空间自由度的标定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种采掘设备悬臂空间自由度的标定方法及装置，其中，方法包括：获取采掘设备的标定指令；根据标定指令获取采掘设备在悬臂中心与井下待截割巷道中心重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂俯仰和偏航初始位置；根据标定指令获取采掘设备在悬臂俯仰和横滚与井下待截割巷道极限位置重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂摆动极限位置；采集运行轨迹的至少一个运动特征，并根据至少一个运动特征识别悬臂运动轨迹。本申请实施例的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法，实现了智能采掘设备悬臂空间自由度初始位置、极限位置、悬臂空间运动轨迹自动标定；智能采掘设备悬臂与采掘设备机身空间自由度发生变化的自我校准与补偿系统。

Description

采掘设备悬臂空间自由度的标定方法及装置

技术领域

本申请涉及采掘装备自动化控制技术领域，特别涉及一种采掘设备悬臂空间自由度的标定方法及装置。

背景技术

采掘设备自动化控制技术成为当前热点话题，国家政策、地方政策都在极力支持各大矿务局使用具有自动化控制功能的采掘设备。各大煤机厂家针对市场需求，都投入大量人力、物力进行相关技术的研究。但是在基础元件方面投入相对较少，关注度也不够高。恰恰基础元件是实现采掘装备自动化控制技术的关键。在惯性导航系统未成熟之前，悬臂相对机身的位姿检测和机身的位姿检测更多依赖角度类传感器。在角度类传感器未有大的突破，如何保证角度传感器采集的数据准确、可信成为关键。

目前，国内对适应恶劣井下工况、高振动的角度传感器并未有太多研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一目的在于提出一种采掘设备悬臂空间自由度的标定方法，解决了智能采掘设备机身空间自由度(俯仰、偏航、横滚)由于空间位置、设备使用条件、地质构造、设备振动等客观存在的因素导致悬臂相对机身空间自由度发生变化，使得成形巷道与理论值偏差较大的问题，实现了智能采掘设备悬臂空间自由度初始位置、极限位置、悬臂空间运动轨迹自动标定；智能采掘设备悬臂与采掘设备机身空间自由度发生变化的自我校准与补偿系统。

本发明的第二个目的在于提出一种采掘设备悬臂空间自由度的标定装置。

本发明的第三个目的在于提出一种电子设备。

本发明的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

为达到上述目的，本申请第一方面实施例提供一种采掘设备悬臂空间自由度的标定方法，包括以下步骤：

获取采掘设备的标定指令；

根据所述标定指令获取所述采掘设备在悬臂中心与井下待截割巷道中心重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂俯仰和偏航初始位置；

根据所述标定指令获取所述采掘设备在悬臂俯仰和横滚与所述井下待截割巷道极限位置重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂摆动极限位置；

采集运行轨迹的至少一个运动特征，并根据所述至少一个运动特征识别悬臂运动轨迹。

另外，根据本发明上述实施例的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法还可以具有以下附加的技术特征：

可选地，所述获取采掘设备的标定指令，包括：

接收遥控设备发送的使能指令，其中，所述使能指令包括标定开始指令和记录位置指令；

根据所述使能指令生成对应的标定指令。

可选地，还包括：

调整所述采掘设备的机身相对巷道的位置，使机身俯仰和横滚位置满足趋零条件；

通过所述采掘设备机身上测距传感器调整所述机身处于巷道中心位置，且利用井下激光指向仪通过平面定位策略标定待截割工作面中心位置；

调整所述采掘设备悬臂空间位置，使悬臂上截割头与所述待截割工作面中线重合；

触发所述标定指令，存储当前所有悬臂初始姿态数据，其中，所述初始姿态数据包括悬臂俯仰初始位置数据、悬臂横滚初始位置数据、悬臂偏航初始位置数据，以生成悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据；

基于所述悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据根据所述机身的相对位姿变化进行校准与补偿，获取悬臂相对机身的零点位置。

可选地，还包括：

根据巷道轮廓尺寸计算悬臂俯仰和偏航最大理论角度；

根据所述标定指令控制所述悬臂开始自动左摆，并根据第一实际压力和第一实际电流确定悬臂摆到偏航左侧实际最大位置，且记录当前偏航左侧数据；

停止左侧摆动，开始右侧摆动，并根据第二实时压力和第二电流反馈确定悬臂摆到偏航右侧实际最大位置，记录当前偏航右侧数据；

停止右侧摆动，且回到所述初始位置后，开始俯仰方向摆动，控制悬臂开始自动上升，根据第三实时压力和第三电流反馈确定悬臂摆到俯仰实际最高位置，记录当前俯仰最高位置数据，

停止上升摆动，开始下降摆动，控制悬臂开始自动下降，根据第四实时压力和第四实时电流确定悬臂摆到俯仰实际最低位置，记录当前俯仰最低位置数据，

停止下降摆动，回到所述初始位置，且在悬臂自由度记录之后，获取实际悬臂最大摆动轨迹，与理论值进行比较，验证自动标定数据的可信度；

基于所述当前偏航左侧数据、所述当前偏航右侧数据、所述当前俯仰最高位置数据和所述当前俯仰最低位置数据及所述机身的相对位姿变化进行校准与补偿，以得出所述悬臂摆动极限位置。

可选地，所述基于所述悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据根据所述机身的相对位姿变化进行校准与补偿，包括：

建立悬臂姿态与机身姿态的空间数学模型；

在所述机身姿态发生变化后，通过所述空间数学模型对悬臂姿态数据进行补偿；

补偿悬臂极限值数据，同时与理论极限值进行比较，校准所标定的数据是否满足预设条件；

在记录所述悬臂运动轨迹后，通过相似点进行记录数据比较，对所述记录数据进行校准及预警。

为达到上述目的，本申请第二方面实施例提供一种采掘设备悬臂空间自由度的标定装置，包括：

获取模块，用于获取采掘设备的标定指令；

第一识别模块，用于根据所述标定指令获取所述采掘设备在悬臂中心与井下待截割巷道中心重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂俯仰和偏航初始位置；

第二识别模块，用于根据所述标定指令获取所述采掘设备在悬臂俯仰和横滚与所述井下待截割巷道极限位置重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂摆动极限位置；

第三识别模块，用于采集运行轨迹的至少一个运动特征，并根据所述至少一个运动特征识别悬臂运动轨迹。

可选地，所述获取模块，包括：

接收单元，用于接收遥控设备发送的使能指令，其中，所述使能指令包括标定开始指令和记录位置指令；

生成单元，用于根据所述使能指令生成对应的标定指令。

还包括：

第一调整单元，用于调整所述采掘设备的机身相对巷道的位置，使机身俯仰和横滚位置满足趋零条件；

标定单元，用于通过所述采掘设备机身上测距传感器调整所述机身处于巷道中心位置，且利用井下激光指向仪通过平面定位策略标定待截割工作面中心位置；

第二调整单元，用于调整所述采掘设备悬臂空间位置，使悬臂上截割头与所述待截割工作面中线重合；

触发单元，用于触发所述标定指令，存储当前所有悬臂初始姿态数据，其中，所述初始姿态数据包括悬臂俯仰初始位置数据、悬臂横滚初始位置数据、悬臂偏航初始位置数据，以生成悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据；

基于所述悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据根据所述机身的相对位姿变化进行校准与补偿，获取悬臂相对机身的零点位置。

为达到上述目的，本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行如上述实施例所述的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法。

为达到上述目的，本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法。

由此，通过遥控系统发出指令信息实现智能采掘设备机身及悬臂空间姿态信息采集与记录，建立悬臂相对机身的数学模型，将记录信息与模型计算数据在PLC程序内进行比对，结合悬臂位置偏移补偿算法，实现智能采掘设备悬臂姿态的初始位置、相对机身极限位置、悬臂运动轨迹的精确采集与存储，将悬臂姿态信息与控制参数进行最优匹配，为掘进机断面自动成形提供精确的姿态信息，解决了智能采掘设备机身空间自由度(俯仰、偏航、横滚)由于空间位置、设备使用条件、地质构造、设备振动等客观存在的因素导致悬臂相对机身空间自由度发生变化，使得成形巷道与理论值偏差较大的问题，实现了智能采掘设备悬臂空间自由度初始位置、极限位置、悬臂空间运动轨迹自动标定；智能采掘设备悬臂与采掘设备机身空间自由度发生变化的自我校准与补偿系统，相比于相关技术而言，在基础采集元件有局限的情况下，更多的从软件上解决悬臂空间自由度标定困难、姿态采集不准确、采集元件漂移等问题，对采掘设备实现自动化、智能化控制有重大意义。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种采掘设备悬臂空间自由度的标定方法的流程示意图；

图2为根据本申请一个实施例的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法的方框示例图；

图3为根据本申请实施例的采掘设备悬臂空间自由度的标定装置的方框示意图；

图4为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种采掘设备悬臂空间自由度的标定方法的流程示意图。

如图1所示，该采掘设备悬臂空间自由度的标定方法包括以下步骤：

在步骤S101中，获取采掘设备的标定指令。

可选地，获取采掘设备的标定指令，包括：接收遥控设备发送的使能指令，其中，使能指令包括标定开始指令和记录位置指令；根据使能指令生成对应的标定指令。

在步骤S102中，根据标定指令获取采掘设备在悬臂中心与井下待截割巷道中心重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂俯仰和偏航初始位置。

其中，悬臂空间自由度指悬臂在井下巷道空间坐标下，俯仰、横滚、偏航位置，是实现采集设备智能化、自动化控制的关键。在步骤S103中，根据标定指令获取采掘设备在悬臂俯仰和横滚与井下待截割巷道极限位置重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂摆动极限位置。

其中，悬臂俯仰和横滚位置检测采用倾角传感器，悬臂偏航位置采用旋转变压器。在步骤S104中，采集运行轨迹的至少一个运动特征，并根据至少一个运动特征识别悬臂运动轨迹。其中，悬臂的特征点包括人工示教开始点、悬臂运动方向、悬臂运动方向变化、人工示教结束；其参考记录特征点的参考依据是遥控器手柄状态。

可以理解的是，结合图1和图2所示，本申请实施例可以通过使悬臂中心与井下待截割巷道中心重合，获取智能采掘设备悬臂空间自由度位置，此位置是悬臂俯仰和偏航初始位置；通过摆动使悬臂俯仰和横滚与井下待截割巷道极限位置重合，获取智能采掘设备悬臂空间自由度位置，此位置是悬臂摆动极限位置；获取悬臂空间自由度位置靠遥控器实现，通过遥控器发出使能指令，其中使能命令分两种：一种是标定开始命令，另一种是记录相应位置命令。开始命令包含悬臂初始位置、极限位置开始记录使能，悬臂运动轨迹开始记录使能；记录相应位置命令包含悬臂初始位置(包含俯仰、偏航)、悬臂左摆极限位置、悬臂右摆极限位置、悬臂上摆极限位置、悬臂下摆极限位置，这些特殊位置通过遥控器命令，自动记录当前位置；悬臂运动轨迹通过运行轨迹的某些特征自动记录。

其中，悬臂运动轨迹通过运行轨迹的某些特征自动记录具体包括：操作人员通过遥控器操作示教悬臂运动轨迹，采掘设备的控制器自动记录悬臂特征点：运动起始俯仰和偏航位置；当悬臂运动方向发生变化时，采掘设备的控制器自动记录悬臂特征点：运动方向；变化时的俯仰和偏航位置；操作人员结束示教，主控器自动记录悬臂特征点：运动结束俯仰和偏航位置。

可选地，还包括：调整采掘设备的机身相对巷道的位置，使机身俯仰和横滚位置满足趋零条件；通过采掘设备机身上测距传感器调整机身处于巷道中心位置，且利用井下激光指向仪通过平面定位策略标定待截割工作面中心位置；调整采掘设备悬臂空间位置，使悬臂上截割头与待截割工作面中线重合；触发标定指令，存储当前所有悬臂初始姿态数据，其中，初始姿态数据包括悬臂俯仰初始位置数据、悬臂横滚初始位置数据、悬臂偏航初始位置数据，以生成悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据；基于悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据根据机身的相对位姿变化进行校准与补偿，获取悬臂相对机身的零点位置。

也就是说，通过使悬臂中心与井下待截割巷道中心重合，获取智能采掘设备悬臂空间自由度位置，具体包括：调整智能采掘设备机身相对巷道位置，使机身俯仰和横滚位置趋于零位，所用检测元件为倾角传感，通过遥控器设定机身相对巷道环境下的相对零点位置；通过智能采掘设备机身上测距传感器，调整机身处于巷道中心位置；通过井下激光指向仪和平面定位方法，标定出待截割工作面中心位置；调整智能采掘设备悬臂空间位置，使悬臂上截割头与待截割工作面中线重合；悬臂偏航位置检测采用旋转变压测量元件；通过遥控器触发初始位置使能命令，采掘设备的控制器收到该指令，执行预存储指令；触发初始位置存储命令，采掘设备的控制器收到该指令，立即存储当前所有悬臂初始姿态数据，包括悬臂俯仰初始位置数据、悬臂横滚初始位置数据、悬臂偏航初始位置数据，存储的数据作为悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据；标定的悬臂初始位置数据根据机身的相对位姿变化自动校准与补偿，得出准确的悬臂相对机身的零点位置。

可选地，还包括：根据巷道轮廓尺寸计算悬臂俯仰和偏航最大理论角度；根据标定指令控制悬臂开始自动左摆，并根据第一实际压力和第一实际电流确定悬臂摆到偏航左侧实际最大位置，且记录当前偏航左侧数据；停止左侧摆动，开始右侧摆动，并根据第二实时压力和第二电流反馈确定悬臂摆到偏航右侧实际最大位置，记录当前偏航右侧数据；停止右侧摆动，且回到初始位置后，开始俯仰方向摆动，控制悬臂开始自动上升，根据第三实时压力和第三电流反馈确定悬臂摆到俯仰实际最高位置，记录当前俯仰最高位置数据，停止上升摆动，开始下降摆动，控制悬臂开始自动下降，根据第四实时压力和第四实时电流确定悬臂摆到俯仰实际最低位置，记录当前俯仰最低位置数据，停止下降摆动，回到初始位置，且在悬臂自由度记录之后，获取实际悬臂最大摆动轨迹，与理论值进行比较，验证自动标定数据的可信度；基于当前偏航左侧数据、当前偏航右侧数据、当前俯仰最高位置数据和当前俯仰最低位置数据及机身的相对位姿变化进行校准与补偿，以得出悬臂摆动极限位置。

可以理解的是，悬臂俯仰和横滚与井下待截割巷道极限位置重合，获取智能采掘设备悬臂空间自由度位置，包括：上位机输入巷道轮廓尺寸，主控器根据实际尺寸计算悬臂俯仰和偏航最大理论角度，并在上位机呈现巷道轮廓；通过遥控器给出开始标定极限值命令，悬臂开始自动左摆，根据实时压力、电流反馈检测，当悬臂摆到偏航左侧实际最大位置，记录此时偏航左侧数据，同时停止左侧摆动，开始右侧摆动；悬臂开始自动右摆，根据实时压力、电流反馈检测，当悬臂摆到偏航右侧实际最大位置，记录此时偏航右侧数据，同时停止右侧摆动，回到初始位置，回到初始位置后开始俯仰方向摆动；悬臂开始自动上升，根据实时压力、电流反馈检测，当悬臂摆到俯仰实际最高位置，记录数据，同时停止上升摆动，开始下降摆动；悬臂开始自动下降，根据实时压力、电流反馈检测，当悬臂摆到俯仰实际最低位置，记录数据，同时停止下降摆动，回到初始位置；四组悬臂自由度记录之后，上位机自动连线，记录实际悬臂最大摆动轨迹，与理论值进行比较，验证自动标定数据的可信度；标定的四组数据根据机身的相对位姿变化自动校准与补偿，其中偏航角度的补偿考虑机身发生横滚时俯仰方向的欧拉角分量，得出准确的悬臂极限位置。

可选地，基于悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据根据机身的相对位姿变化进行校准与补偿，包括：建立悬臂姿态与机身姿态的空间数学模型；在机身姿态发生变化后，通过空间数学模型对悬臂姿态数据进行补偿；补偿悬臂极限值数据，同时与理论极限值进行比较，校准所标定的数据是否满足预设条件；在记录悬臂运动轨迹后，通过相似点进行记录数据比较，对记录数据进行校准及预警。

可以理解的是，本申请实施例包括智能采掘设备悬臂与采掘设备机身空间自由度发生变化的自我校准与补偿系统；建立悬臂姿态与机身姿态的空间数学模型；智能采掘设备机身姿态发生变化，悬臂姿态跟随改变，悬臂初始位置发生改变，根据悬臂姿态与机身姿态的数学模型，对悬臂姿态数据进行补偿；智能采掘设备机身姿态发生变化，补偿悬臂极限值数据，同时与理论极限值进行比较，校准所标定的数据是否准确；智能采掘设备机身姿态发生变化，悬臂运动轨迹标定，通过悬臂运行的一些特征点记录运行轨迹，通过相似点进行记录数据比较，对记录数据进行校准及预警。

其中，建立悬臂姿态与机身姿态的空间数学模型，包括：建立掘进机相对巷道空间坐标系及悬臂相对机身转轴位置空间坐标系；偏航角：机身中线与巷道设计中线在巷道底板平面ZOY上投影的夹角；俯仰角：掘进机机身中线与巷道设计中线在XOZ面上投影的夹角；横滚角：掘进机机身横轴与巷道底板平面XOY的夹角；机身相对巷道俯仰角为α；机身相对巷道横滚角为γ，横滚初始角向量为X1(已知)；悬臂相对机身的空间姿态：悬臂俯仰角为α₁，俯仰初始角α_i；悬臂偏航角β₁，偏航初始角β_i，俯仰位移X0。

对悬臂姿态数据进行补偿，包括：机身俯仰和横滚姿态对悬臂相对机身的俯仰角度会产生影响，其中机身俯仰角直接影响悬臂相对机身的俯仰角，机身横滚角会间接导致悬臂相对机身的俯仰角发生变化；测试获得悬臂上升或者下降一度对应位移为Δ₀，单位为度/毫米；根据欧拉公式，计算机身横滚角的偏移向量为X2；通过机身横滚偏移量向量计算横滚发生时，悬臂在俯仰方向发生的位移变化；通过采掘设备的控制器内逻辑运算，考虑机身横滚和机身俯仰对悬臂俯仰数据的影响，得出悬臂真实的俯仰位置。

智能采掘设备机身姿态发生变化，补偿悬臂极限值数据，同时与理论极限值进行比较，包括：根据巷道轮廓，计算出理论悬臂摆动极限值；根据上述机身俯仰和横滚姿态角度，在计算传感器检测的悬臂极限值时，考虑机身的影响因素，得出实际悬臂极限值；采掘设备的控制器记录的极限值与理论值比较，误差在0.2度以内，认为存储的极限值真实有效，否则给出报警提示，重新标定极限值。

悬臂运行特征点包括：悬臂运动方向由上到下、下到上、左到右、右到左；悬臂运动开始位置；悬臂运动结束位置。

通过相似点进行记录数据比较，对记录录数据进行校准及预警包括：悬臂进行偏航运动时，俯仰角度保持不变(变化在0.2度以内)；悬臂进行俯仰运动时，偏航角度保持不变(变化在0.2度以内)；结合悬臂运动特征点，每次记录数据与上组相似数据进行对比，发现偏差较大进行报警提示。

根据本申请实施例提出的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法，通过遥控系统发出指令信息实现智能采掘设备机身及悬臂空间姿态信息采集与记录，建立悬臂相对机身的数学模型，将记录信息与模型计算数据在采掘设备的控制器内进行比对，结合悬臂位置偏移补偿算法，实现智能采掘设备悬臂姿态的初始位置、相对机身极限位置、悬臂运动轨迹的精确采集与存储，将悬臂姿态信息与控制参数进行最优匹配，为掘进机断面自动成形提供精确的姿态信息，解决了智能采掘设备机身空间自由度(俯仰、偏航、横滚)由于空间位置、设备使用条件、地质构造、设备振动等客观存在的因素导致悬臂相对机身空间自由度发生变化，使得成形巷道与理论值偏差较大的问题，实现了智能采掘设备悬臂空间自由度初始位置、极限位置、悬臂空间运动轨迹自动标定；智能采掘设备悬臂与采掘设备机身空间自由度发生变化的自我校准与补偿系统，相比于相关技术而言，在基础采集元件有局限的情况下，更多的从软件上解决悬臂空间自由度标定困难、姿态采集不准确、采集元件漂移等问题，对采掘设备实现自动化、智能化控制有重大意义。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的采掘设备悬臂空间自由度的标定装置。

图3是本申请实施例的采掘设备悬臂空间自由度的标定装置的方框示意图。

如图3所示，该采掘设备悬臂空间自由度的标定装置10包括：获取模块100、第一识别模块200、第二识别模块300和第三识别模块400。

其中，获取模块100用于获取采掘设备的标定指令；

第一识别模块200用于根据标定指令获取采掘设备在悬臂中心与井下待截割巷道中心重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂俯仰和偏航初始位置；

第二识别模块300用于根据标定指令获取采掘设备在悬臂俯仰和横滚与井下待截割巷道极限位置重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂摆动极限位置；

第三识别模块400用于采集运行轨迹的至少一个运动特征，并根据至少一个运动特征识别悬臂运动轨迹。

可选地，获取模块，包括：

接收单元，用于接收遥控设备发送的使能指令，其中，使能指令包括标定开始指令和记录位置指令；

生成单元，用于根据使能指令生成对应的标定指令。

需要说明的是，前述对采掘设备悬臂空间自由度的标定方法实施例的解释说明也适用于该实施例的采掘设备悬臂空间自由度的标定装置，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的采掘设备悬臂空间自由度的标定装置，通过遥控系统发出指令信息实现智能采掘设备机身及悬臂空间姿态信息采集与记录，建立悬臂相对机身的数学模型，将记录信息与模型计算数据在采掘设备的控制器进行比对，结合悬臂位置偏移补偿算法，实现智能采掘设备悬臂姿态的初始位置、相对机身极限位置、悬臂运动轨迹的精确采集与存储，将悬臂姿态信息与控制参数进行最优匹配，为掘进机断面自动成形提供精确的姿态信息，解决了智能采掘设备机身空间自由度(俯仰、偏航、横滚)由于空间位置、设备使用条件、地质构造、设备振动等客观存在的因素导致悬臂相对机身空间自由度发生变化，使得成形巷道与理论值偏差较大的问题，实现了智能采掘设备悬臂空间自由度初始位置、极限位置、悬臂空间运动轨迹自动标定；智能采掘设备悬臂与采掘设备机身空间自由度发生变化的自我校准与补偿系统，相比于相关技术而言，在基础采集元件有局限的情况下，更多的从软件上解决悬臂空间自由度标定困难、姿态采集不准确、采集元件漂移等问题，对采掘设备实现自动化、智能化控制有重大意义。

图4为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：

存储器1201、处理器1202及存储在存储器1201上并可在处理器1202上运行的计算机程序。

处理器1202执行程序时实现上述实施例中提供的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法。

进一步地，电子设备还包括：

通信接口1203，用于存储器1201和处理器1202之间的通信。

存储器1201，用于存放可在处理器1202上运行的计算机程序。

存储器1201可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

如果存储器1201、处理器1202和通信接口1203独立实现，则通信接口1203、存储器1201和处理器1202可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

可选的，在具体实现上，如果存储器1201、处理器1202及通信接口1203，集成在一块芯片上实现，则存储器1201、处理器1202及通信接口1203可以通过内部接口完成相互间的通信。

处理器1202可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种采掘设备悬臂空间自由度的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取采掘设备的标定指令；

根据所述标定指令获取所述采掘设备在悬臂中心与井下待截割巷道中心重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂俯仰和偏航初始位置；

根据所述标定指令获取所述采掘设备在悬臂俯仰和横滚与所述井下待截割巷道极限位置重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂摆动极限位置；

采集运行轨迹的至少一个运动特征，并根据所述至少一个运动特征识别悬臂运动轨迹；调整所述采掘设备的机身相对巷道的位置，使机身俯仰和横滚位置满足趋零条件；

通过所述采掘设备机身上测距传感器调整所述机身处于巷道中心位置，且利用井下激光指向仪通过平面定位策略标定待截割工作面中心位置；

调整所述采掘设备悬臂空间位置，使悬臂上截割头与所述待截割工作面中线重合；

触发所述标定指令，存储当前所有悬臂初始姿态数据，其中，所述初始姿态数据包括悬臂俯仰初始位置数据、悬臂横滚初始位置数据、悬臂偏航初始位置数据，以生成悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据；

基于所述悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据根据机身的相对位姿变化进行校准与补偿，获取悬臂相对机身的零点位置；

根据巷道轮廓尺寸计算悬臂俯仰和偏航最大理论角度；

根据所述标定指令控制所述悬臂开始自动左摆，并根据第一实际压力和第一实际电流确定悬臂摆到偏航左侧实际最大位置，且记录当前偏航左侧数据；

停止左侧摆动，开始右侧摆动，并根据第二实时压力和第二电流反馈确定悬臂摆到偏航右侧实际最大位置，记录当前偏航右侧数据；

停止右侧摆动，且回到所述初始位置后，开始俯仰方向摆动，控制悬臂开始自动上升，根据第三实时压力和第三电流反馈确定悬臂摆到俯仰实际最高位置，记录当前俯仰最高位置数据，

停止上升摆动，开始下降摆动，控制悬臂开始自动下降，根据第四实时压力和第四实时电流确定悬臂摆到俯仰实际最低位置，记录当前俯仰最低位置数据，

停止下降摆动，回到所述初始位置，且在悬臂自由度记录之后，获取实际悬臂最大摆动轨迹，与理论值进行比较，验证自动标定数据的可信度；

基于所述当前偏航左侧数据、所述当前偏航右侧数据、所述当前俯仰最高位置数据和所述当前俯仰最低位置数据及所述机身的相对位姿变化进行校准与补偿，以得出所述悬臂摆动极限位置；

基于所述悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据根据所述机身的相对位姿变化进行校准与补偿，包括：

建立悬臂姿态与机身姿态的空间数学模型，其中，所述空间数学模型包括：建立掘进机相对巷道空间坐标系及悬臂相对机身转轴位置空间坐标系；偏航角:机身中线与巷道设计中线在巷道底板平面ZOY上投影的夹角；俯仰角:掘进机机身中线与巷道设计中线在XOZ面上投影的夹角；横滚角:掘进机机身横轴与巷道底板平面XOY的夹角；

在所述机身姿态发生变化后，通过所述空间数学模型对悬臂姿态数据进行补偿，其中通过所述空间数学模型对悬臂姿态数据进行补偿，包括：测试获得悬臂上升或者下降一度对应位移，计算机身横滚角的偏移向量；通过机身横滚偏移量向量计算横滚发生时，悬臂在俯仰方向发生的位移变化；通过采掘设备的控制器内逻辑运算，根据机身横滚和机身俯仰对悬臂俯仰数据的影响，得出悬臂真实的俯仰位置；

根据机身俯仰和横滚姿态角度，在计算传感器检测的悬臂极限值时，考虑机身的影响因素，得出实际悬臂极限值，根据补偿悬臂极限值数据，同时与理论极限值进行比较，校准所标定的数据是否满足预设条件；

在记录所述悬臂运动轨迹后，结合悬臂运动特征点，通过相似点进行记录数据比较，对所述记录数据进行校准及预警。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取采掘设备的标定指令，包括：

接收遥控设备发送的使能指令，其中，所述使能指令包括标定开始指令和记录位置指令；

根据所述使能指令生成对应的标定指令。

3.一种采掘设备悬臂空间自由度的标定装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取采掘设备的标定指令；

第一识别模块，用于根据所述标定指令获取所述采掘设备在悬臂中心与井下待截割巷道中心重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂俯仰和偏航初始位置；

第二识别模块，用于根据所述标定指令获取所述采掘设备在悬臂俯仰和横滚与所述井下待截割巷道极限位置重合时的悬臂空间自由度位置，以识别悬臂摆动极限位置；其中，所述识别悬臂摆动极限位置，包括：根据巷道轮廓尺寸计算悬臂俯仰和偏航最大理论角度；

根据所述标定指令控制所述悬臂开始自动左摆，并根据第一实际压力和第一实际电流确定悬臂摆到偏航左侧实际最大位置，且记录当前偏航左侧数据；

停止左侧摆动，开始右侧摆动，并根据第二实时压力和第二电流反馈确定悬臂摆到偏航右侧实际最大位置，记录当前偏航右侧数据；

停止右侧摆动，且回到所述初始位置后，开始俯仰方向摆动，控制悬臂开始自动上升，根据第三实时压力和第三电流反馈确定悬臂摆到俯仰实际最高位置，记录当前俯仰最高位置数据，

停止上升摆动，开始下降摆动，控制悬臂开始自动下降，根据第四实时压力和第四实时电流确定悬臂摆到俯仰实际最低位置，记录当前俯仰最低位置数据，

停止下降摆动，回到所述初始位置，且在悬臂自由度记录之后，获取实际悬臂最大摆动轨迹，与理论值进行比较，验证自动标定数据的可信度；

基于所述当前偏航左侧数据、所述当前偏航右侧数据、所述当前俯仰最高位置数据和所述当前俯仰最低位置数据及机身的相对位姿变化进行校准与补偿，以得出所述悬臂摆动极限位置；

第三识别模块，用于采集运行轨迹的至少一个运动特征，并根据所述至少一个运动特征识别悬臂运动轨迹；还包括：

第一调整单元，用于调整所述采掘设备的机身相对巷道的位置，使机身俯仰和横滚位置满足趋零条件；

标定单元，用于通过所述采掘设备机身上测距传感器调整所述机身处于巷道中心位置，且利用井下激光指向仪通过平面定位策略标定待截割工作面中心位置；

第二调整单元，用于调整所述采掘设备悬臂空间位置，使悬臂上截割头与所述待截割工作面中线重合；

触发单元，用于触发所述标定指令，存储当前所有悬臂初始姿态数据，其中，所述初始姿态数据包括悬臂俯仰初始位置数据、悬臂横滚初始位置数据、悬臂偏航初始位置数据，以生成悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据；

基于所述悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据根据所述机身的相对位姿变化进行校准与补偿，获取悬臂相对机身的零点位置；

基于所述悬臂空间自由度的校准与补偿参考基准数据根据所述机身的相对位姿变化进行校准与补偿，包括：

建立悬臂姿态与机身姿态的空间数学模型，其中，所述空间数学模型模型包括：建立掘进机相对巷道空间坐标系及悬臂相对机身转轴位置空间坐标系；偏航角:机身中线与巷道设计中线在巷道底板平面ZOY上投影的夹角；俯仰角:掘进机机身中线与巷道设计中线在XOZ面上投影的夹角；横滚角:掘进机机身横轴与巷道底板平面XOY的夹角；

在所述机身姿态发生变化后，通过所述空间数学模型对悬臂姿态数据进行补偿，其中通过所述空间数学模型对悬臂姿态数据进行补偿，包括：测试获得悬臂上升或者下降一度对应位移，计算机身横滚角的偏移向量；通过机身横滚偏移量向量计算横滚发生时，悬臂在俯仰方向发生的位移变化；通过采掘设备的控制器内逻辑运算，根据机身横滚和机身俯仰对悬臂俯仰数据的影响，得出悬臂真实的俯仰位置；

根据机身俯仰和横滚姿态角度，在计算传感器检测的悬臂极限值时，考虑机身的影响因素，得出实际悬臂极限值，根据补偿悬臂极限值数据，同时与理论极限值进行比较，校准所标定的数据是否满足预设条件；

在记录所述悬臂运动轨迹后，结合悬臂运动特征点，通过相似点进行记录数据比较，对所述记录数据进行校准及预警。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述获取模块，包括：

接收单元，用于接收遥控设备发送的使能指令，其中，所述使能指令包括标定开始指令和记录位置指令；

生成单元，用于根据所述使能指令生成对应的标定指令。

5.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-2任一项所述的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-2任一项所述的采掘设备悬臂空间自由度的标定方法。

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