CN113931649B - 一种巷道掘进机位姿调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巷道掘进机位姿调控方法；本发明以巷道掘进机位姿偏差补偿界限为依据，结合巷道掘进机目标轨迹与实际位姿，提出掘进机位姿调控过程中大位姿偏差状况下通过控制掘进机行走机构实现机体纠偏以及小位姿偏差状况下通过控制截割臂液压系统实现截割臂补偿的方法实现巷道掘进机的自动位姿调控；本发明能够安全高效地实现巷道掘进机位姿的自动实时检测与纠偏，有效地解决传统手动纠偏方式带来的效率低下，极易造成巷道超挖或欠挖的问题。

Description

一种巷道掘进机位姿调控方法

技术领域

本发明属于巷道掘进自动化控制技术领域，特别是涉及一种巷道掘进机位姿调控方法。

背景技术

巷道掘进机主要用于煤矿巷道的开挖，受恶劣的工作环境的影响，掘进机的位姿处于不断变化的状态，其运行轨迹也总是会与巷道轴线发生偏移。若不对其做出及时调整，会严重影响工程质量。然而，目前针对巷道掘进机的此类问题仍采用手动纠偏的方式，主要依靠巷道掘进机司机根据掘进机的机体位姿以及巷道信息来操作手动阀，控制掘进机的左右行走液压马达，从而调整掘进机使其处于巷道设计中心线上。这种手动纠偏方式存在很多弊端，它极大依赖于工作人员的技术水平，不仅容易造成巷道欠挖或超挖，加大了工作人员的劳动强度，而且效率低下，影响施工进程。因此需要一种高效稳定的自动纠偏控制技术将掘进机司机从恶劣的巷道环境中解放出来并提高施工效率。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对目前巷道掘进工作中存在的技术问题，提供一种安全可靠、稳定高效的巷道掘进机位姿调控方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种巷道掘进机位姿调控方法，将巷道掘进机位姿调控过程分为大偏差位姿和小偏差位姿两种工况，在大偏差位姿工况下通过控制掘进机行走机构实现机体纠偏，在小偏差位姿工况下通过控制截割臂液压系统实现巷道掘进机的自动位姿调控；所述大偏差位姿工况和小偏差位姿工况采用以下公式判断：

式中α为航向角；β为俯仰角；ΔY为航向偏距；ΔZ别为俯仰偏距；b为设计巷道宽度；h ₂为截割臂回转中心所在平面距离设计巷道底板距离；以巷道轴线方向为x轴，以巷道水平方向为y轴，以巷道高度方向为z轴建立坐标系，定义A点为设计巷道顶板沿水平方向在掘进机极限截割断面上投影点，定义C点为掘进机可截割极限巷道底板中心，x_A，y_A，z_A为A点在坐标系中的坐标值；x_C，y_C，z_C为C点在坐标系中的坐标值；

满足上述公式的巷道掘进机位姿为小偏差位姿工况，不满足公式的巷道掘进机位姿为大偏差位姿工况。

优选地，在大偏差位姿工况下，通过大位姿偏差俯仰位姿纠偏系统、大位姿偏差航向位姿纠偏系统来控制掘进机行走机构实现机体纠偏；在小偏差位姿工况下通过小位姿偏差俯仰位姿补偿系统、小位姿偏差航向位姿补偿系统控制截割臂液压系统实现巷道掘进机的自动位姿调控。

优选地，所述大位姿偏差俯仰位姿纠偏系统通过控制巷道掘进机前铲板油缸、后支撑油缸的伸长量来实现对巷道掘进机俯仰位姿的纠偏；具体包括以下步骤:

（1）巷道掘进机的伺服控制中心接收基于激光标靶位姿检测技术获得的巷道掘进机实际俯仰位姿，依据巷道掘进机的目标俯仰位姿，进一步结合巷道掘进机俯仰位姿与支撑机构撑起量之间的数学关系模型计算出此时巷道掘进机前铲板油缸及后支撑油缸的伸长量；巷道掘进机俯仰位姿与支撑机构撑起量之间的数学关系模型如下：

式中，β为俯仰角；l ₁为前铲板油缸机体铰接点与前铲板机体铰接点间的距离；l ₂为前铲板机体铰接点与前铲板油缸前支撑铰接点间的距离；l ₃为前铲板机体铰接点与前铲板接地点间的距离；s ₁为前铲板撑起量；θ ₁为前铲板油缸机体铰接点、前铲板机体铰接点的连线与水平方向的夹角；θ ₂为前铲板油缸与前铲板铰接点、前铲板油缸机体铰接点的连线与前铲板油缸机体铰接点、前铲板接地点的连线之间的夹角；e ₁为后支撑油缸机体铰接点与后支撑机体铰接点间的距离；e ₂为后支撑机体铰接点与后支撑油缸与后支撑铰接点间的距离，e ₃为后支撑机体铰接点与后支撑接地点间的距离，s ₂为后支撑撑起量，θ ₃为后支撑油缸机体铰接点、后支撑机体铰接点的连线与水平方向的夹角，θ ₄为后支撑油缸与后支撑铰接点、后支撑油缸机体铰接点的连线与后支撑油缸机体铰接点、后支撑接地点的连线之间的夹角；z_l为前铲板机身铰接点与机身重心间的垂直距离；z_e后支撑机身铰接点与机身重心间的垂直距离；x_l前铲板机身铰接点与机身重心间的水平距离；x_e后支撑机身铰接点与机身重心间的水平距离；

（2）巷道掘进机的伺服控制中心基于步骤（1）计算得到的油缸伸长量向前铲板油缸位置控制器以及后支撑油缸位置控制器下达工作指令，前铲板油缸位置控制器以及后支撑油缸位置控制器接收到工作指令后，控制前铲板阀控油缸系统以及后支撑阀控油缸系统动作，开始对巷道掘进机进行俯仰位姿纠偏，安装在前铲板油缸和后支撑油缸内部的磁致伸缩位移传感器，利用磁致伸缩原理，通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地检测前铲板油缸以及后支撑油缸的伸长量，确保前铲板油缸以及后支撑油缸伸缩到指定位置；与此同时，巷道掘进机自带的激光标靶位姿检测技术会继续将调控后巷道掘进机的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机俯仰位姿纠偏。

优选地，所述大位姿偏差航向位姿纠偏系统通过控制巷道掘进机左、右履带液压马达的转速来实现巷道掘进机航向位姿的纠偏；具体包括以下步骤：

（1a）巷道掘进机的伺服控制中心接收激光标靶位姿检测技术获得的巷道掘进机实际航向位姿，依据巷道掘进机的目标航向位姿，将所得位姿误差传输给航行轨迹控制器模块，航行轨迹控制器模块计算出此时进行航向纠偏应该改变的航向速度和角速度，计算公式如下：

式中，v为行走线速度；ω为角速度；v _r 为参考行走线速度；ω _r 为参考角速度；e _x ，e _y 为航向位置误差；e _θ 为航向姿态误差；K ₁，K ₂为控制参数；

（2a）进一步结合履带行走逆运动学公式：

式中，ω ₁ 为巷道掘进机行走机构中左履带的转速；ω ₂ 巷道掘进机行走机构中右履带的转速；B为左右两履带中心之间的距离；r为履带半径；v为行走线速度；ω为角速度；伺服控制中心根据履带行走逆运动学公式计算出此时巷道掘进机行走机构中左、右履带的转速，并向左履带速度控制器模块以及右履带速度控制器模块下达工作指令，左履带速度控制器以及右履带速度控制器接收到工作指令后，控制左履带阀控液压马达系统和右履带阀控液压马达系统动作，开始对巷道掘进机进行航向位姿纠偏；

（3a）安装在履带驱动轮旁的角编码器将马达转角转换成周期性的电信号，再将电信号转换成计数脉冲，进而检测左、右履带的转速，确保左、右履带达到指定速度；与此同时，巷道掘进机自带的激光标靶位姿检测技术会继续将调控后巷道掘进机的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机航向位姿纠偏。

优选地，所述小位姿偏差俯仰位姿补偿系统通过控制巷道掘进机截割臂升降油缸的伸长量来实现巷道掘进机俯仰位姿的补偿；具体包括以下步骤：

（1b）由红外运动捕捉系统基于被动式光学原理，通过摄像头捕捉标记点发射的红外光，获得截割头实际位置，其中红外运动捕捉系统4个摄像头布置于机体外，覆盖住标记点安装位置，标记点安装于截割头与截割臂连接处；

（2b）伺服控制中心将目标截割头位置与接收到的实际位置进行比较，获得截割升降角误差，截割升降角与升降缸几何关系如下：

式中Δm ₁为升降油缸伸长量；m ₁为升降油缸机体铰接点与截割臂机体铰接点间距离；m ₂为截割臂机体铰接点与升降油缸截割臂铰接点间距离；δ ₁为升降角；η为升降油缸机体铰接点、截割臂机体铰接点连线与截割臂机体铰接点、升降油缸截割臂铰接点连线之间夹角；计算出此时补偿截割臂升降角的升降油缸一与升降油缸二的伸长量，并向升降油缸同步位置控制器一与升降油缸同步位置控制器二下达工作指令，升降油缸同步位置控制器一与升降油缸同步位置控制器二接收到工作指令后，控制升降缸一液压系统与升降缸二液压系统动作，开始对巷道掘进机截割头进行俯仰位姿补偿；

（3b）安装在升降油缸一、升降油缸二内部的本领域技术人员所熟知的磁致伸缩位移传感器，利用磁致伸缩原理，通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量升降油缸一与升降油缸二的伸长量，确保升降油缸一与升降油缸二伸缩到指定位置；与此同时，红外运动捕捉系统会继续将调控后巷道掘进机截割头的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机截割头俯仰位姿补偿。

优选地，所述小位姿偏差航向位姿补偿系统通过控制巷道掘进机截割臂横摆缸的伸长量来实现巷道掘进机航向位姿的补偿；具体包括以下步骤：

（1c）由红外运动捕捉系统基于被动式光学原理，通过摄像头捕捉标记点发射的红外光，获得截割头实际位置，其中红外运动捕捉系统4个摄像头布置于机体外，覆盖住标记点安装位置，标记点安装于截割头与截割臂连接处；

（2c）伺服控制中心将目标截割头位置与接收到的实际位置进行比较，获得结合横摆角误差，结合截割横摆角与横摆缸几何关系，几何关系如下：

式中Δr ₁和Δr ₂为横摆油缸一和横摆油缸二的伸长量；r ₁为截割臂转动中心与横摆油缸机体铰接点间距离；r ₂为截割臂转动中心与横摆油缸回转台铰接点间距离；δ ₂为横摆角；γ为截割臂转动中心、横摆油缸机体铰接点连线与截割臂转动中心、横摆油缸回转台铰接点连线之间夹角；计算此时横摆油缸一与横摆油缸二的伸长量，并向横摆油缸协同位置控制器一与横摆油缸协同位置控制器二下达工作指令，横摆油缸协同位置控制器一与横摆油缸协同位置控制器二接收到工作指令后，控制横摆油缸一与横摆油缸二动作，开始对巷道掘进机截割头进行航向位姿补偿；

（3c）安装在横摆油缸一，横摆油缸二内部的磁致伸缩位移传感器，利用磁致伸缩原理，通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量横摆油缸一与横摆油缸二的伸长量，确保横摆油缸一与横摆油缸二伸缩到指定位置；与此同时，红外运动捕捉系统会继续将调控后巷道掘进机截割头的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机截割头航向位姿补偿。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

本发明以巷道掘进机位姿偏差补偿界限为依据，结合巷道掘进机目标轨迹与实际位姿，提出将巷道掘进机位姿调控过程分为大偏差位姿和小偏差位姿两种工况，并进一步提出在大位姿偏差状况下通过控制掘进机行走机构实现机体纠偏以及小位姿偏差状况下通过控制截割臂液压系统实现截割臂补偿的方法实现巷道掘进机的自动位姿调控，解决了传统巷道掘进机手动纠偏方式造成的安全隐患高、效率低下以及容易导致巷道超挖或者欠挖的问题；增强了施工安全性、降低了安全事故的发生、减轻了掘进机施工操作人员劳动强度，提高了巷道掘进施工设备运行的自动化水平、进一步提升了巷道掘进的施工效率。

附图说明

图1是本发明的巷道掘进机位姿调控方法示意图；

图2是本发明的巷道掘进机大位姿偏差工况下俯仰位姿纠偏方法示意图；

图3是本发明的巷道掘进机大位姿偏差工况下航向位姿纠偏方法示意图；

图4是本发明的巷道掘进机小位姿偏差工况下位姿补偿控制方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1-4所示，本实施例提供一种巷道掘进机位姿调控方法，以巷道掘进机位姿偏差补偿界限为依据，结合巷道掘进机目标轨迹与实际位姿，提出将巷道掘进机位姿调控过程分为大偏差位姿和小偏差位姿两种工况，基于巷道设计断面以及巷道掘进机截割极限断面，可获得巷道掘进机大、小位姿偏差界限：

式中α为航向角；β为俯仰角；ΔY为航向偏距；ΔZ别为俯仰偏距；b为设计巷道宽度；h ₂为截割臂回转中心所在平面距离设计巷道底板距离；本实例以巷道轴线方向为x轴，以巷道水平方向为y轴，以巷道高度方向为z轴建立坐标系；定义A点为设计巷道顶板沿水平方向在掘进机极限截割断面上投影点，定义C点为掘进机可截割极限巷道底板中心，x_A，y_A，z_A为A点在坐标系中的坐标值；x_C，y_C，z_C为C点在坐标系中的坐标值。

本实例基于本领域技术人员所熟知的巷道掘进机结构及其控制系统。

基于巷道掘进机大、小位姿偏差界限，满足上述不等式关系的巷道掘进机位姿为小位姿偏差位姿，不满足上述不等式关系的巷道掘进机位姿为大偏差位姿。在大位姿偏差状况下通过控制掘进机行走机构实现机体纠偏以及小位姿偏差状况下通过控制截割臂液压系统实现截割臂补偿的方法实现巷道掘进机的自动位姿调控。

在大偏差位姿工况下，通过大位姿偏差俯仰位姿纠偏系统、大位姿偏差航向位姿纠偏系统来控制掘进机行走机构实现机体纠偏；在小偏差位姿工况下通过小位姿偏差俯仰位姿补偿系统、小位姿偏差航向位姿补偿系统控制截割臂液压系统实现巷道掘进机的自动位姿调控。

大位姿偏差俯仰位姿纠偏系统通过控制巷道掘进机前铲板油缸、后支撑油缸伸长量来实现对巷道掘进机俯仰位姿的纠偏；大位姿偏差航向位姿纠偏系统通过控制巷道掘进机左、右履带液压马达的转速来实现巷道掘进机航向位姿的纠偏；小位姿偏差俯仰位姿补偿系统通过控制巷道掘进机截割臂升降油缸的伸长量来实现巷道掘进机俯仰位姿的补偿；小位姿偏差航向位姿补偿系统通过控制巷道掘进机截割臂横摆缸的伸长量来实现巷道掘进机航向位姿的补偿。

所述巷道掘进机位姿调控方法具体工作流程如下：

在进行巷道掘进机大位姿偏差工况下俯仰位姿纠偏时，巷道掘进机的伺服控制中心接收基于本领域技术人员所熟知的现有的激光标靶位姿检测技术获得的巷道掘进机实际俯仰位姿，依据巷道掘进机的目标俯仰位姿，进一步结合巷道掘进机俯仰位姿与支撑机构撑起量之间的数学关系模型计算出此时巷道掘进机前铲板油缸及后支撑油缸的伸长量。巷道掘进机俯仰位姿与支撑机构撑起量之间的数学关系模型如下：

式中，β为俯仰角；l ₁为前铲板油缸机体铰接点与前铲板机体铰接点间的距离；l ₂为前铲板机体铰接点与前铲板油缸前支撑铰接点间的距离；l ₃为前铲板机体铰接点与前铲板接地点间的距离；s ₁为前铲板撑起量；θ ₁为前铲板油缸机体铰接点、前铲板机体铰接点的连线与水平方向的夹角；θ ₂为前铲板油缸与前铲板铰接点、前铲板油缸机体铰接点的连线与前铲板油缸机体铰接点、前铲板接地点的连线之间的夹角；e ₁为后支撑油缸机体铰接点与后支撑机体铰接点间的距离；e ₂为后支撑机体铰接点与后支撑油缸与后支撑铰接点间的距离，e ₃为后支撑机体铰接点与后支撑接地点间的距离，s ₂为后支撑撑起量，θ ₃为后支撑油缸机体铰接点、后支撑机体铰接点的连线与水平方向的夹角，θ ₄为后支撑油缸与后支撑铰接点、后支撑油缸机体铰接点的连线与后支撑油缸机体铰接点、后支撑接地点的连线之间的夹角；z_l为前铲板机身铰接点与机身重心间的垂直距离；z_e后支撑机身铰接点与机身重心间的垂直距离；x_l前铲板机身铰接点与机身重心间的水平距离；x_e后支撑机身铰接点与机身重心间的水平距离。巷道掘进机的伺服控制中心基于计算得到的油缸伸长量向前铲板油缸位置控制器以及后支撑油缸位置控制器下达工作指令，前铲板油缸位置控制器以及后支撑油缸位置控制器接收到工作指令后，控制前铲板阀控油缸系统以及后支撑阀控油缸系统动作，开始对巷道掘进机进行俯仰位姿纠偏，本实例的伺服控制中心、前铲板油缸位置控制器、后支撑油缸位置控制器、前铲板阀控油缸系统、后支撑阀控油缸系统为本领域所述熟知的现有产品或结构，其各自之间的控制连接方式采用本领域技术人员所熟知的现有连接方式，在此不作详细介绍，安装在前铲板油缸和后支撑油缸内部的磁致伸缩位移传感器，磁致伸缩位移传感器为本领域所熟知的现有产品，利用磁致伸缩原理，通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地检测前铲板油缸以及后支撑油缸的伸长量，确保前铲板油缸以及后支撑油缸伸缩到指定位置；与此同时，巷道掘进机自带的本领域所熟知的现有的激光标靶位姿检测技术会继续将调控后巷道掘进机的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机俯仰位姿纠偏。

在进行巷道掘进机大位姿偏差工况下航向位姿纠偏时，巷道掘进机的伺服控制中心接收基于本领域技术人员所熟知的现有的激光标靶位姿检测技术获得的巷道掘进机实际航向位姿，依据巷道掘进机的目标航向位姿，将所得位姿误差传输给航行轨迹控制器模块，航行轨迹控制器模块计算出此时进行航向纠偏应该改变的航向速度和角速度，计算公式如下：

式中，v为行走线速度；ω为角速度；v _r 为参考行走线速度；ω _r 为参考角速度；e _x ，e _y 为航向位置误差；e _θ 为航向姿态误差；K ₁，K ₂为控制参数。进一步结合履带行走逆运动学公式：

式中，ω ₁ 为巷道掘进机行走机构中左履带的转速；ω ₂ 为巷道掘进机行走机构中右履带的转速；B为左右两履带中心之间的距离；r为履带半径；v为行走线速度；ω为角速度；伺服控制中心根据履带行走逆运动学公式计算出此时巷道掘进机行走机构中左、右履带的转速，并向左履带速度控制器模块以及右履带速度控制器模块下达工作指令，左履带速度控制器以及右履带速度控制器接收到工作指令后，控制左履带阀控液压马达系统和右履带阀控液压马达系统动作，开始对巷道掘进机进行航向位姿纠偏。安装在履带驱动轮旁的角编码器将马达转角转换成周期性的电信号，再将电信号转换成计数脉冲，进而检测左、右履带的转速，确保左、右履带达到指定速度，角编码器为本领域技术人员所熟知的传感器。与此同时，巷道掘进机自带的本领域所熟知的现有的激光标靶位姿检测技术会继续将调控后巷道掘进机的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机航向位姿纠偏。

在进行巷道掘进机小位姿偏差工况下俯仰位姿补偿时，由本领域所现有的红外运动捕捉系统基于被动式光学原理，通过摄像头捕捉标记点发射的红外光，获得截割头实际位置，其中红外运动捕捉系统4个摄像头布置于机体外，覆盖住标记点安装位置，标记点安装于截割头与截割臂连接处。伺服控制中心将目标截割头位置与接收到的实际位置进行比较，获得截割升降角误差，截割升降角与升降缸几何关系式如下：

式中Δm ₁为升降油缸伸长量；m ₁为升降油缸机体铰接点与截割臂机体铰接点间距离；m ₂为截割臂机体铰接点与升降油缸截割臂铰接点间距离；δ ₁为升降角；η为升降油缸机体铰接点、截割臂机体铰接点连线与截割臂机体铰接点、升降油缸截割臂铰接点连线之间夹角。

计算出此时补偿截割臂升降角的升降油缸一与升降油缸二的伸长量，并向升降油缸同步位置控制器一与升降油缸同步位置控制器二下达工作指令，升降油缸同步位置控制器一与升降油缸同步位置控制器二接收到工作指令后，控制升降缸一液压系统与升降缸二液压系统动作，开始对巷道掘进机截割头进行俯仰位姿补偿。安装在升降油缸一、升降油缸二内部的本领域技术人员所熟知的磁致伸缩位移传感器，利用磁致伸缩原理，通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量升降油缸一与升降油缸二的伸长量，确保升降油缸一与升降油缸二伸缩到指定位置；与此同时，本领域所现有的红外运动捕捉系统会继续将调控后巷道掘进机截割头的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机截割头俯仰位姿补偿。

在进行巷道掘进机小位姿偏差工况下航向位姿补偿时，由本领域所现有的红外运动捕捉系统基于被动式光学原理，通过摄像头捕捉标记点发射的红外光，获得截割头实际位置，其中红外运动捕捉系统4个摄像头布置于机体外，覆盖住标记点安装位置，标记点安装于截割头与截割臂连接处。伺服控制中心将目标截割头位置与接收到的实际位置进行比较，获得截割横摆角误差，截割横摆角与横摆缸几何关系如下：

式中Δr ₁为横摆油缸一的伸长量；Δr ₂为横摆油缸二的伸长量；r ₁为截割臂转动中心与横摆油缸机体铰接点间距离；r ₂为截割臂转动中心与横摆油缸回转台铰接点间距离；δ ₂为横摆角；γ为截割臂转动中心、横摆油缸机体铰接点连线与截割臂转动中心、横摆油缸回转台铰接点连线之间夹角。

计算此时横摆油缸一与横摆油缸二的伸长量，并向横摆油缸协同位置控制器一与横摆油缸协同位置控制器二下达工作指令，横摆油缸协同位置控制器一与横摆油缸协同位置控制器二接收到工作指令后，控制横摆油缸一与横摆油缸二动作，开始对巷道掘进机截割头进行航向位姿补偿。安装在横摆油缸一，横摆油缸二内部的本领域技术人员所熟知的磁致伸缩位移传感器，利用磁致伸缩原理，通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量横摆油缸一与横摆油缸二的伸长量，确保横摆油缸与横摆油缸伸缩到指定位置；与此同时，本领域现有的红外运动捕捉系统会继续将调控后巷道掘进机截割头的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机截割头航向位姿补偿。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种巷道掘进机位姿调控方法，其特征在于，将巷道掘进机位姿调控过程分为大偏差位姿和小偏差位姿两种工况，在大偏差位姿工况下通过控制掘进机行走机构实现机体纠偏，在小偏差位姿工况下通过控制截割臂液压系统实现巷道掘进机的自动位姿调控；所述大偏差位姿工况和小偏差位姿工况采用以下公式判断：

式中α为航向角；β为俯仰角；ΔY为航向偏距；ΔZ为俯仰偏距；b为设计巷道宽度；h ₂为截割臂回转中心所在平面距离设计巷道底板距离；以巷道轴线方向为x轴，以巷道水平方向为y轴，以巷道高度方向为z轴建立坐标系，定义A点为设计巷道顶板沿水平方向在掘进机极限截割断面上投影点，定义C点为掘进机可截割极限巷道底板中心，x _A ，y _A ，z _A 为A点在坐标系中的坐标值；x _C ，y _C ，z _C 为C点在坐标系中的坐标值；

满足上述公式的巷道掘进机位姿为小偏差位姿工况，不满足上述公式的巷道掘进机位姿为大偏差位姿工况。

2.根据权利要求1所述的一种巷道掘进机位姿调控方法，其特征在于，在大偏差位姿工况下，通过大位姿偏差俯仰位姿纠偏系统、大位姿偏差航向位姿纠偏系统来控制掘进机行走机构实现机体纠偏；在小偏差位姿工况下通过小位姿偏差俯仰位姿补偿系统、小位姿偏差航向位姿补偿系统控制截割臂液压系统实现巷道掘进机的自动位姿调控。

3.根据权利要求2所述的一种巷道掘进机位姿调控方法，其特征在于，所述大位姿偏差俯仰位姿纠偏系统通过控制巷道掘进机前铲板油缸、后支撑油缸的伸长量来实现对巷道掘进机俯仰位姿的纠偏，具体包括以下步骤:

（1）巷道掘进机的伺服控制中心接收基于激光标靶位姿检测技术获得的巷道掘进机实际俯仰位姿，依据巷道掘进机的目标俯仰位姿，进一步结合巷道掘进机俯仰位姿与支撑机构撑起量之间的数学关系模型计算出此时巷道掘进机前铲板油缸及后支撑油缸的伸长量；巷道掘进机俯仰位姿与支撑机构撑起量之间的数学关系模型如下：

式中，β为俯仰角；l ₁为前铲板油缸机体铰接点与前铲板机体铰接点间的距离；l ₂为前铲板机体铰接点与前铲板油缸前支撑铰接点间的距离；l ₃为前铲板机体铰接点与前铲板接地点间的距离；s ₁为前铲板撑起量；θ ₁为前铲板油缸机体铰接点、前铲板机体铰接点的连线与水平方向的夹角；θ ₂为前铲板油缸与前铲板铰接点、前铲板油缸机体铰接点的连线与前铲板油缸机体铰接点、前铲板接地点的连线之间的夹角；e ₁为后支撑油缸机体铰接点与后支撑机体铰接点间的距离；e ₂为后支撑机体铰接点与后支撑油缸与后支撑铰接点间的距离，e ₃为后支撑机体铰接点与后支撑接地点间的距离，s ₂为后支撑撑起量，θ ₃为后支撑油缸机体铰接点、后支撑机体铰接点的连线与水平方向的夹角，θ ₄为后支撑油缸与后支撑铰接点、后支撑油缸机体铰接点的连线与后支撑油缸机体铰接点、后支撑接地点的连线之间的夹角；z_l为前铲板机身铰接点与机身重心间的垂直距离；z_e后支撑机身铰接点与机身重心间的垂直距离；x_l前铲板机身铰接点与机身重心间的水平距离；x_e后支撑机身铰接点与机身重心间的水平距离；

（2）巷道掘进机的伺服控制中心基于步骤（1）计算得到的油缸伸长量向前铲板油缸位置控制器以及后支撑油缸位置控制器下达工作指令，前铲板油缸位置控制器以及后支撑油缸位置控制器接收到工作指令后，控制前铲板阀控油缸系统以及后支撑阀控油缸系统动作，开始对巷道掘进机进行俯仰位姿纠偏，安装在前铲板油缸和后支撑油缸内部的磁致伸缩位移传感器，利用磁致伸缩原理，通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地检测前铲板油缸以及后支撑油缸的伸长量，确保前铲板油缸以及后支撑油缸伸缩到指定位置；与此同时，巷道掘进机自带的激光标靶位姿检测技术会继续将调控后巷道掘进机的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机俯仰位姿纠偏。

4.根据权利要求2所述的一种巷道掘进机位姿调控方法，其特征在于，所述大位姿偏差航向位姿纠偏系统通过控制巷道掘进机左、右履带液压马达的转速来实现巷道掘进机航向位姿的纠偏，具体包括以下步骤：

（1a）巷道掘进机的伺服控制中心接收激光标靶位姿检测技术获得的巷道掘进机实际航向位姿，依据巷道掘进机的目标航向位姿，将所得位姿误差传输给航行轨迹控制器模块，航行轨迹控制器模块计算出此时进行航向纠偏应该改变的航向速度和角速度，计算公式如下：

式中，v为行走线速度；ω为角速度；v _r 为参考行走线速度；ω _r 为参考角速度；e _x ，e _y 为航向位置误差；e _θ 为航向姿态误差；K ₁，K ₂为控制参数；

（2a）进一步结合履带行走逆运动学公式：

式中，ω ₁ 为巷道掘进机行走机构中左的转速；ω ₂ 为巷道掘进机行走机构中右履带的转速；B为左右两履带中心之间的距离；r为履带半径；v为行走线速度；ω为角速度；伺服控制中心根据履带行走逆运动学公式计算出此时巷道掘进机行走机构中左、右履带的转速，并向左履带速度控制器模块以及右履带速度控制器模块下达工作指令，左履带速度控制器以及右履带速度控制器接收到工作指令后，控制左履带阀控液压马达系统和右履带阀控液压马达系统动作，开始对巷道掘进机进行航向位姿纠偏；

（3a）安装在履带驱动轮旁的角编码器将马达转角转换成周期性的电信号，再将电信号转换成计数脉冲，进而检测左、右履带的转速，确保左、右履带达到指定速度；与此同时，巷道掘进机自带的激光标靶位姿检测技术会继续将调控后巷道掘进机的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机航向位姿纠偏。

5.根据权利要求2所述的一种巷道掘进机位姿调控方法，其特征在于，所述小位姿偏差俯仰位姿补偿系统通过控制巷道掘进机截割臂升降油缸的伸长量来实现巷道掘进机俯仰位姿的补偿，具体包括以下步骤：

（1b）由红外运动捕捉系统基于被动式光学原理，通过摄像头捕捉标记点发射的红外光，获得截割头实际位置，其中红外运动捕捉系统4个摄像头布置于机体外，覆盖住标记点安装位置，标记点安装于截割头与截割臂连接处；

（2b）伺服控制中心将目标截割头位置与接收到的实际位置进行比较，获得截割升降角误差，截割升降角与升降油缸几何关系如下：

式中Δm ₁为升降油缸伸长量；m ₁为升降油缸机体铰接点与截割臂机体铰接点间距离；m ₂为截割臂机体铰接点与升降油缸截割臂铰接点间距离；δ ₁为升降角；η为升降油缸机体铰接点、截割臂机体铰接点连线与截割臂机体铰接点、升降油缸截割臂铰接点连线之间夹角；计算出此时补偿截割臂升降角的升降油缸一与升降油缸二的伸长量，并向升降油缸同步位置控制器一与升降油缸同步位置控制器二下达工作指令，升降油缸同步位置控制器一与升降油缸同步位置控制器二接收到工作指令后，控制升降缸一液压系统与升降缸二液压系统动作，开始对巷道掘进机截割头进行俯仰位姿补偿；

（3b）安装在升降油缸一、升降油缸二内部的磁致伸缩位移传感器，利用磁致伸缩原理，通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量升降油缸一与升降油缸二的伸长量，确保升降油缸一与升降油缸二伸缩到指定位置；与此同时，红外运动捕捉系统会继续将调控后巷道掘进机截割头的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机截割头俯仰位姿补偿。

6.根据权利要求2所述的一种巷道掘进机位姿调控方法，其特征在于，所述小位姿偏差航向位姿补偿系统通过控制巷道掘进机截割臂横摆缸的伸长量来实现巷道掘进机航向位姿的补偿；具体包括以下步骤：

（1c）由红外运动捕捉系统基于被动式光学原理，通过摄像头捕捉标记点发射的红外光，获得截割头实际位置，其中红外运动捕捉系统4个摄像头布置于机体外，覆盖住标记点安装位置，标记点安装于截割头与截割臂连接处；

（2c）伺服控制中心将目标截割头位置与接收到的实际位置进行比较，获得截割横摆角误差，截割横摆角与横摆缸几何关系如下：

式中Δr ₁为横摆油缸一的伸长量；Δr ₂为横摆油缸二的伸长量；r ₁为截割臂转动中心与横摆油缸机体铰接点间距离；r ₂为截割臂转动中心与横摆油缸回转台铰接点间距离；δ ₂为横摆角；γ为截割臂转动中心、横摆油缸机体铰接点连线与截割臂转动中心、横摆油缸回转台铰接点连线之间夹角；计算此时横摆油缸一与横摆油缸二的伸长量，并向横摆油缸协同位置控制器一与横摆油缸协同位置控制器二下达工作指令，横摆油缸协同位置控制器一与横摆油缸协同位置控制器二接收到工作指令后，控制横摆油缸一与横摆油缸二动作，开始对巷道掘进机截割头进行航向位姿补偿；

（3c）安装在横摆油缸一，横摆油缸二内部的磁致伸缩位移传感器，利用磁致伸缩原理，通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量横摆油缸一与横摆油缸二的伸长量，确保横摆油缸一与横摆油缸二伸缩到指定位置；与此同时，红外运动捕捉系统会继续将调控后巷道掘进机截割头的实际位置传输到伺服控制中心，供伺服控制中心判选是否继续进行巷道掘进机截割头航向位姿补偿。