CN114199225A - 矿井定位机器人及定位方法 - Google Patents

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CN114199225A CN202111301811.1A CN202111301811A CN114199225A CN 114199225 A CN114199225 A CN 114199225A CN 202111301811 A CN202111301811 A CN 202111301811A CN 114199225 A CN114199225 A CN 114199225A
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张婷
田原
陈宁
索艳春
董孟阳
李涛
贾曲
郭皇煌
李小燕
马亚丽
邢晨
李瑞媛
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Shanxi Tiandi Coal Mining Machinery Co Ltd
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    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
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Abstract

本申请提出了一种矿井定位机器人及定位方法，其中，矿井定位机器人包括：机器人本体和设置在机器人本体上的自动全站仪，矿井定位机器人可随被测目标移动而沿巷道顶部轨道自由移动，自动全站仪用于：根据自动全站仪的位置确定被测目标的位置。本申请能够在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。

Description

矿井定位机器人及定位方法
技术领域
本申请涉及矿井定位技术领域，尤其涉及一种矿井定位机器人及定位方法。
背景技术
目前，煤矿智能化建设是煤矿长期发展的趋势和目标，实现煤矿生产的自动操作、远程控制、智能开采离不开多种技术手段的融合和支撑。矿井定位技术，作为一项基础共性技术，对煤矿智能化建设至关重要。有精确的位置信息作为基础，才能对井下装备、车辆和人员等进行定位和控制，实现井下位置信息的整合，实现地理信息的数字化。
因此，在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位成为煤矿智能化建设亟待解决的问题。
发明内容
本申请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，本申请的第一个目的在于提出一种矿井定位机器人，在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。
本申请的第二个目的在于提出一种定位方法。
为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种矿井定位机器人，包括：机器人本体和设置在所述机器人本体上的自动全站仪，所述矿井定位机器人可随被测目标移动而沿巷道顶部轨道自由移动；所述自动全站仪用于：根据所述自动全站仪的位置确定所述被测目标的位置。
本申请实施例提出的矿井定位机器人，包括：机器人本体和设置在机器人本体上的自动全站仪，矿井定位机器人可随被测目标移动而沿巷道顶部轨道自由移动，自动全站仪用于：根据自动全站仪的位置确定被测目标的位置。本申请能够在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。
根据本申请的一个实施例，所述矿井定位机器人后方的矿壁上设置有多个位置已知的后视圆棱镜，所述后视圆棱镜可随所述矿井定位机器人移动而移动；所述自动全站仪具体用于：在所述自动全站仪照准所述后视圆棱镜的情况下，测量所述后视圆棱镜与所述自动全站仪之间的第一距离；根据多个所述后视圆棱镜的位置和多个所述第一距离，确定所述自动全站仪的位置。
根据本申请的一个实施例，所述被测目标上设置有多个360度目标棱镜；所述自动全站仪具体用于：在所述目标棱镜与所述自动全站仪保持通视的情况下，测量所述目标棱镜与所述自动全站仪之间的第二距离；根据所述自动全站仪的位置和多个所述第二距离确定所述被测目标的位置。
根据本申请的一个实施例，所述矿井定位机器人还包括：设置在所述机器人本体上且位于所述自动全站仪下方的安平机构；所述安平机构用于：当所述自动全站仪的姿态变化超过自身补偿范围时，对所述自动全站仪的姿态进行调整，以使所述自动全站仪调平至相对平面状态。
根据本申请的一个实施例，所述矿井定位机器人还包括：设置在所述机器人本体上的惯性导航单元；所述惯性导航单元用于：检测所述自动全站仪的姿态，并在所述自动全站仪的姿态变化超过自身补偿范围时，触发所述安平机构动作。
根据本申请的一个实施例，还包括：设置在所述机器人本体上的动力机构；所述动力机构用于：为所述矿井定位机器人的移动提供动力。
根据本申请的一个实施例，还包括：设置在所述机器人本体上的防爆摄像仪；所述防爆摄像仪用于：采集所述矿井定位机器人周围的环境信息，并输出所述矿井定位机器人周围的环境视频图像。
根据本申请的一个实施例，还包括：设置在所述机器人本体上且位于所述安平机构下方的折板。
为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种定位方法，包括：获取矿井定位机器人中自动全站仪的位置，其中，所述矿井定位机器人包括机器人本体和设置在所述机器人本体上的所述自动全站仪，所述矿井定位机器人可随被测目标移动而沿巷道顶部轨道自由移动；根据所述自动全站仪的位置确定所述被测目标的位置。
本申请实施例提出的定位方法，获取矿井定位机器人中自动全站仪的位置，其中，矿井定位机器人包括机器人本体和设置在机器人本体上的自动全站仪，矿井定位机器人可随被测目标移动而沿巷道顶部轨道自由移动，根据自动全站仪的位置确定被测目标的位置。本申请能够在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。
根据本申请的一个实施例，所述矿井定位机器人后方的矿壁上设置有多个位置已知的后视圆棱镜，所述后视圆棱镜可随所述矿井定位机器人移动而移动；所述获取矿井定位机器人中自动全站仪的位置，包括：在所述自动全站仪照准所述后视圆棱镜的情况下，测量所述后视圆棱镜与所述自动全站仪之间的第一距离；根据多个所述后视圆棱镜的位置和多个所述第一距离，确定所述自动全站仪的位置。
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是根据本申请一个实施例的矿井定位机器人的结构示意图；
图2是本申请一个实施例的矿井定位机器人在巷道的布置示意图；
图3是本申请一个实施例的矿井定位机器人中自动全站仪自身定位算法原理图；
图4是根据本申请一个实施例的定位方法的流程示意图；
图5是根据本申请另一个实施例的定位方法的流程示意图；
图6是根据本申请另一个实施例的定位方法的流程示意图；
图7是根据本申请一个实施例的定位方法的整体流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，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。
下面结合附图来描述本申请实施例的矿井定位机器人及定位方法。
图1是根据本申请一个实施例的矿井定位机器人的结构示意图，如图1所示，本申请实施例的矿井定位机器人101具体可包括：机器人本体1011和设置在机器人本体1011上的自动全站仪器1012。
本申请实施例中，如图2所示，矿井定位机器人101可以随被测目标102移动而沿巷道顶部轨道103自由移动，从而随被测目标102移动而自由移动换站，实现在全矿井范围内的定位。矿井定位机器人101基于巷道顶部的轨道103自由移动以此避免了巷道宽度的限制，不影响采掘设备等矿井内作业设备的正常工作，同时在定位时避免了其他设备的干扰和遮挡。其中，被测目标102可以为采掘装备、辅助运输车辆或其他重点检测设备等。
其中，自动全站仪1012可以用于：根据自动全站仪1012的位置确定被测目标102的位置。本申请实施例中，自动全站仪1012不受煤矿粉尘、能见度、煤壁吸收等恶劣环境影响，可满足高精度定位，可靠性、适应性强。
进一步的，在上述实施例的基础上，本申请实施例中矿井定位机器人101后方的矿壁上可以设置多个位置已知的后视圆棱镜104，其中后视圆棱镜104可随矿井定位机器人101移动而移动。
对应的，自动全站仪1012具体可用于：在自动全站仪1012照准后视圆棱镜104的情况下，测量后视圆棱镜104与自动全站仪1012之间的第一距离，并根据多个后视圆棱镜104的位置和多个后视圆棱镜104对应的多个第一距离，确定自动全站仪1012的位置。
例如，在矿井机器人后方的矿壁上设置3个位置已知的后视圆棱镜，如图2所示位置A(XA，YA)、位置B(XB，YB)、位置C(XC，YC)。自动全站仪(位置T(XT，YT))通过自动搜索和照准位置A上的后视圆棱镜时，测量出位置A上的后视圆棱镜与自动全站仪之间的第一距离LTA；在自动全站仪照准位置B上的后视圆棱镜时，测量出位置B上的后视圆棱镜与自动全站仪之间的第一距离LTB；在自动全站仪照准位置C上的后视圆棱镜时，测量出位置C上的后视圆棱镜与自动全站仪之间的第一距离LTC。通过上述三个不同的第一距离LTA、LTB、LTC可以建立平面坐标系XOY，从而可以获取以下方程式：
Figure BDA0003338700970000041
Figure BDA0003338700970000042
Figure BDA0003338700970000043
基于上述任意两个方程式可以确定自动全站仪(位置T)的坐标T(XT，YT)，即：获得三个坐标值T1(XT1，YT1)、T2(XT2，YT2)和T3(XT3，YT3)。
作为一种可行的实施方式，基于上述三个坐标值T1、T2和T3，求取坐标均值，以减少自动全站仪的坐标受后视圆棱镜位置影响而存在的误差，得到更准确的自动全站仪的位置坐标。
由此，在自动全站仪1012随测目标102移动而沿巷道顶部轨道103自由移动后，可以通过对此时的多个位置已知的后视圆棱镜104的坐标进行上述第一距离计算，便可根据多个第一距离确定位置移动后的自动全站仪1012的位置。
进一步的，如图2所示，本申请实施例中，被测目标102上可以设置有多个360度目标棱镜1021，以便于自动全站仪1012可以通过目标棱镜1021在大角度范围内定位被测目标102。
在一些实现中，自动全站仪1012具体可用于：在目标棱镜1021与自动全站仪1012保持通视的情况下，测量多个目标棱镜1021与自动全站仪1012之间的多个第二距离，并根据自动全站仪1012的位置T和多个目标棱镜1021对应的多个第二距离确定被测目标102的位置。
进一步的，在上述实施例的基础上，如图1所示，本申请实施例为保证自动全站仪能够在一个高标准的相对平面上实现第一距离和第二距离的精准测量，以增强定位的精度，矿井定位机器人101还可以包括：安平机构1013；
其中，安平机构1013设置在机器人本体1011上且位于自动全站仪1012下方，当矿井定位机器人101随被测目标102移动或矿井机器人101周围出现震动时，矿井定位机器人101的机身姿态可能发生变化，从而造成自动全站仪1012的姿态发生变化，当自动全站仪1012的姿态变化超过自身补偿范围时，安平机构1013对自动全站仪1012的姿态进行调整，以使自动全站仪1012调平至相对平面状态。由此，保证自动全站仪1012在整个定位过程的高精度测量，提供被测目标102精确的位置信息。
进一步的，在上述实施例的基础上，如图1所示，本申请实施例的矿井定位机器人101还可以包括：惯性导航单元1014；
其中，惯性导航单元1014设置在机器人本体1011上，可用于检测自动全站仪1012的姿态，例如：航向角、俯仰角和横滚角等，并在自动全站仪1012的姿态变化超出自身补偿范围时，触发安平机构1013动作，对自动全站仪1012的姿态进行调整。
例如，在每次矿井定位机器人101移动后，惯性导航单元1014将移动前自动全站仪1012姿态对应的角度与移动后自动全站仪1012姿态对应的角度进行比较，若两次姿态角度差值超过自动全站仪1012自身补偿范围，则触发安平机构1013对自动全站仪1012进行调平。
进一步的，在上述实施例的基础上，如图1所示，本申请实施例的矿井定位机器人101还可以包括：动力机构1015；
其中，动力机构1015设置在机器人本体1011上，为矿井机器人101的移动提供动力。
进一步的，在上述实施例的基础上，如图1所示，本申请实施例的矿井定位机器人101还可以包括：防爆摄像仪1016；
其中，防爆摄像仪1016设置在机器人本体1011上，可用于采集矿井定位机器人101周围的环境信息，并输出矿井定位机器人101周围的环境视频图像，例如上传至远程交互端以便对矿井定位机器人101进行安全监测。
进一步的，在上述实施例的基础上，本申请实施例的矿井定位机器人101还可以包括：设置在机器人本体1011上且位于安平机构1013下方的折板1017，将安平机构1013安装在垫高的折板1017上，以保证自动全站仪1012最大范围内的通视能力。
本申请实施例提出的矿井定位机器人，包括：机器人本体和设置在机器人本体上的自动全站仪，矿井定位机器人可随被测目标移动而沿巷道顶部轨道自由移动，自动全站仪用于：根据自动全站仪的位置确定被测目标的位置。本申请能够在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。
为了实现上述实施例，本申请实施例还提出一种定位方法，该定位方法可应用于上述矿井定位机器人中，以实现对被测目标的灵活、精准定位。如图4所示，本申请实施例提出的定位方法具体可包括以下步骤：
S401，获取矿井定位机器人中自动全站仪的位置，其中，矿井定位机器人包括机器人本体和设置在机器人本体上的自动全站仪，矿井定位机器人可随被测目标移动而沿巷道顶部轨道自由移动。
S402，根据自动全站仪的位置确定被测目标的位置。
需要说明的是，前述对矿井定位机器人实施例的解释说明也适用于该实施例的定位方法，此处不再赘述。
进一步的，在上述实施例的基础上，本申请实施例中矿井定位机器人后方的矿壁上设置有多个位置已知的后视圆棱镜，后视圆棱镜可随矿井定位机器人移动而移动，如图5所示，步骤S401中“获取矿井定位机器人中自动全站仪的位置”，具体可包括以下步骤：
S501，在自动全站仪照准后视圆棱镜的情况下，测量后视圆棱镜与自动全站仪之间的第一距离。
S502，根据多个后视圆棱镜的位置和多个第一距离，确定自动全站仪的位置。
需要说明的是，前述对矿井定位机器人实施例的解释说明也适用于该实施例的定位方法，此处不再赘述。
进一步的，在上述实施例的基础上，本申请实施例中被测目标上设置有多个360度目标棱镜，如图6所示，步骤S402中“根据自动全站仪的位置确定被测目标的位置”，具体可包括以下步骤：
S601，在目标棱镜与自动全站仪保持通视的情况下，测量目标棱镜与自动全站仪之间的第二距离。
S602，根据自动全站仪的位置和多个第二距离确定被测目标的位置。
需要说明的是，前述对矿井定位机器人实施例的解释说明也适用于该实施例的定位方法，此处不再赘述。
进一步的，在上述实施例的基础上，还可以在机器人本体上、自动全站仪下方设置安平机构，本申请实施例的定位方法还可以包括：控制安平机构当自动全站仪的姿态变化超出自身补偿范围时，对自动全站仪的姿态进行调整，以使自动全站仪调平至相对平面状态。
进一步的，在上述实施例的基础上，还可以在机器人本体上设置惯性导航单元，本申请实施例的定位方法还可以包括：通过惯性导航单元检测自动全站仪的姿态，并在自动全站仪的姿态变化超出自身补偿范围时，触发安平机构动作。
进一步的，在上述实施例的基础上，还可以在机器人本体上设置防爆摄像仪，本申请实施例的定位方法还可以包括：通过防爆摄像仪采集矿井定位机器人周围的环境信息，并输出矿井定位机器人周围的环境视频图像。
进一步的，在上述实施例的基础上，还可以在机器人本体上、位于安平机构下方设置折板。
需要说明的是，前述对矿井定位机器人实施例的解释说明也适用于该实施例的定位方法，此处不再赘述。
本申请实施例提出的定位方法，获取矿井定位机器人中自动全站仪的位置，其中，矿井定位机器人包括机器人本体和设置在机器人本体上的自动全站仪，矿井定位机器人可随被测目标移动而沿巷道顶部轨道自由移动，根据自动全站仪的位置确定被测目标的位置。本申请能够在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。
为清楚地解释本申请实施例的定位方法，下面结合图7进行详细描述，图7为根据本申请一实施例的定位方法的整体流程示意图，如图7所示，本申请实施例的定位方法具体可包括以下步骤：
S701，检测自动全站仪是否处于通视范围。
若是，则执行步骤S704；若否，则执行步骤S702和S703。
S702，矿井定位机器人沿巷道顶部轨道移动至新的位置以使自动全站仪处于通视范围。
S703，后视圆棱镜随矿井定位机器人移动至新的已知位置。执行步骤S706。
S704，测量自动全站仪当前姿态对应的角度，并检测是否超过自身补偿范围。
若是，则执行步骤S705；若否，则执行步骤S706。
S705，触发安平机构对自动全站仪进行调平。
S706，在自动全站仪照准后视圆棱镜的情况下，测量后视圆棱镜与自动全站仪之间的第一距离。
S707，根据多个后视圆棱镜的位置和多个第一距离，确定自动全站仪的位置。
S708，在目标棱镜与自动全站仪保持通视的情况下，测量目标棱镜与自动全站仪之间的第二距离。
S709，根据自动全站仪的位置和多个第二距离确定被测目标的位置。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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多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。
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 (10)

1.一种矿井定位机器人，其特征在于，包括：机器人本体和设置在所述机器人本体上的自动全站仪，所述矿井定位机器人可随被测目标移动而沿巷道顶部轨道自由移动；
所述自动全站仪用于：根据所述自动全站仪的位置确定所述被测目标的位置。
2.根据权利要求1所述的矿井定位机器人，其特征在于，所述矿井定位机器人后方的矿壁上设置有多个位置已知的后视圆棱镜，所述后视圆棱镜可随所述矿井定位机器人移动而移动；所述自动全站仪具体用于：
在所述自动全站仪照准所述后视圆棱镜的情况下，测量所述后视圆棱镜与所述自动全站仪之间的第一距离；
根据多个所述后视圆棱镜的位置和多个所述第一距离，确定所述自动全站仪的位置。
3.根据权利要求1所述的矿井定位机器人，其特征在于，所述被测目标上设置有多个360度目标棱镜；所述自动全站仪具体用于：
在所述目标棱镜与所述自动全站仪保持通视的情况下，测量所述目标棱镜与所述自动全站仪之间的第二距离；
根据所述自动全站仪的位置和多个所述第二距离确定所述被测目标的位置。
4.根据权利要求1所述的矿井定位机器人，其特征在于，还包括：设置在所述机器人本体上且位于所述自动全站仪下方的安平机构；
所述安平机构用于：当所述自动全站仪的姿态变化超过自身补偿范围时，对所述自动全站仪的姿态进行调整，以使所述自动全站仪调平至相对平面状态。
5.根据权利要求2所述的矿井定位机器人，其特征在于，还包括：设置在所述机器人本体上的惯性导航单元；
所述惯性导航单元用于：检测所述自动全站仪的姿态，并在所述自动全站仪的姿态变化超过自身补偿范围时，触发所述安平机构动作。
6.根据权利要求1所述的矿井定位机器人，其特征在于，还包括：设置在所述机器人本体上的动力机构；
所述动力机构用于：为所述矿井定位机器人的移动提供动力。
7.根据权利要求1所述的矿井定位机器人，其特征在于，还包括：设置在所述机器人本体上的防爆摄像仪；
所述防爆摄像仪用于：采集所述矿井定位机器人周围的环境信息，并输出所述矿井定位机器人周围的环境视频图像。
8.根据权利要求4所述的矿井定位机器人，其特征在于，还包括：设置在所述机器人本体上且位于所述安平机构下方的折板。
9.一种定位方法，其特征在于，包括：
获取矿井定位机器人中自动全站仪的位置，其中，所述矿井定位机器人包括机器人本体和设置在所述机器人本体上的所述自动全站仪，所述矿井定位机器人可随被测目标移动而沿巷道顶部轨道自由移动；
根据所述自动全站仪的位置确定所述被测目标的位置。
10.根据权利要求9所述的定位方法，其特征在于，所述矿井定位机器人后方的矿壁上设置有多个位置已知的后视圆棱镜，所述后视圆棱镜可随所述矿井定位机器人移动而移动；所述获取矿井定位机器人中自动全站仪的位置，包括：
在所述自动全站仪照准所述后视圆棱镜的情况下，测量所述后视圆棱镜与所述自动全站仪之间的第一距离；
根据多个所述后视圆棱镜的位置和多个所述第一距离，确定所述自动全站仪的位置。
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