CN115726789A - 一种掘锚护一体机自主纠偏方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种掘锚护一体机自主纠偏方法，包括：利用掘锚护一体机上的惯性导航系统实时测量掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据；利用测绘仪器系统实时测量巷道内的三维地理坐标，在掘锚护一体机的惯导控制系统中根据三维地理坐标建立巷道中线坐标，标定巷道的导航路径；导航路径和中心坐标在同一坐标系下，掘锚护一体机的中心坐标跟随导航路径前行；掘锚护一体机位于综掘工作面处，根据掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据，通过掘锚护一体机上的调平装置对其进行调平。本发明的掘锚护一体机自主纠偏方法能够使掘锚护一体机沿着导航路径行走，自动行走且自主调平。
Description
技术领域
本发明涉及掘锚护一体机设备领域，特别涉及一种掘锚护一体机自主纠偏方法及装置。
背景技术
煤矿巷道掘进过程中需要用到掘锚护一体机，掘锚护一体机是一种集截割、行走、锚护、临时支护为一体的大型煤机装备，掘锚护一体机上的截割部实现切割，将巷道前方的煤矿或岩石切割下来，并利用运输系统将切割下来的物料运出；掘锚护一体机上的临时支护实现对巷道顶的支撑，钻臂机构实现对巷道顶和侧壁的锚固作业，将临时支护上放置的钢带利用锚杆锚固在巷道顶壁和侧壁上，进而实现巷道的掘进和锚护作业。当掘锚护一体机在掘进过程中遇到巷道横滚角倾斜时，掘锚护一体机倾斜，需人工干预铺垫充填物或破底调整水平，工作量大且效率低。
发明内容
为解决现有技术中掘锚护一体机随着巷道横滚角的倾斜发生倾斜难以调平的问题，本发明提出一种掘锚护一体机自主纠偏方法及装置。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种掘锚护一体机自主纠偏方法，包括：利用掘锚护一体机上的惯性导航系统实时测量掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据；利用测绘仪器系统实时测量巷道内的三维地理坐标，在掘锚护一体机的惯导控制系统中根据三维地理坐标建立巷道中线坐标，标定巷道的导航路径；导航路径和中心坐标在同一坐标系下，掘锚护一体机的中心坐标跟随导航路径前行；掘锚护一体机位于综掘工作面处，根据掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据，通过掘锚护一体机上的调平装置对其进行调平。
优选的是，建立掘锚护一体机的三维模型，并存储于上位机系统内，惯性导航系统与上位机系统通讯连接，惯性导航系统测量的掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据实时传输至上位机系统，上位机系统内进行掘锚护一体机位置和姿态的实时三维展示。
优选的是，当掘锚护一体机的前行路径与导航路径存在误差且误差值超出设定值，导航控制系统根据掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据与巷道中线坐标推算偏差量，调整掘锚护一体机的前行方向。
优选的是，所述掘锚护一体机的姿态数据包括俯仰角、横滚角、方位角。
一种掘锚护一体机自主纠偏方法的装置，包括行走装置、截割装置、操作平台、帮锚杆机、顶锚杆机、液压系统、输送装置、装载装置、支护装置、调平装置和导航装置，所述调平装置包括四个支撑组件，四个支撑组件分别连接在行走装置的前后两侧；所述导航装置包括固定在掘锚护一体机上的惯性导航系统和导航控制系统，以及固定在巷道内的测绘仪器系统，测绘仪器系统与导航控制系统连接，导航控制系统与惯性导航系统连接；所述导航装置控制行走装置和调平装置。
优选的是，所述调平装置包括四个支撑组件，每个支撑组件包括支撑平台和伸缩油缸，伸缩油缸垂直固定在支撑平台上，支撑平台的内侧固定在掘锚护一体机的行走装置的前后两侧，所述伸缩油缸上设置有调平阀和多路阀，所有的多路阀与导航控制系统连接，控制四个伸缩油缸伸缩，调平掘锚护一体机。
优选的是，所述惯性导航系统包括惯性测量单元和数据采集单元，惯性测量单元与数据采集单元连接，数据采集单元与导航控制系统连接，惯性测量单元包括三个正交的光纤陀螺和三个正交的加速度计，每个光纤陀螺上设置有温度传感器和振动传感器，每个加速度计上设置有温度传感器和振动传感器。
本发明的有益效果为：本发明的掘锚护一体机自主纠偏方法，先测量巷道的三维地理坐标，根据巷道的中线坐标建立导航路径，测量掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据，掘锚护一体机的中心坐标跟随巷道中线的导航路径自动行走，实现掘锚护一体机在巷道内行走的自主纠偏。掘锚护一体机在综掘工作面处，利用调平装置根据掘锚护一体机的中心坐标的姿态数据进行调平。本发明的掘锚护一体机自主纠偏装置，实现自动行走和自动调平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种掘锚护一体机自主纠偏装置的结构示意图；
图2为本发明的惯性导航系统的结构示意图。
图中：
1、行走装置；2、截割装置；3、操作平台；4、帮锚杆机；5、顶锚杆机；6、液压系统；7、输送装置；8、装载装置；9、支护装置；10、调平装置；11、惯性测量单元；12、数据采集单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：一种掘锚护一体机自主纠偏方法，包括：利用掘锚护一体机上的惯性导航系统实时测量掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据；利用测绘仪器系统实时测量巷道内的三维地理坐标，在掘锚护一体机的惯导控制系统中根据三维地理坐标建立巷道中线坐标，标定巷道的导航路径；导航路径和中心坐标在同一坐标系下，掘锚护一体机的中心坐标跟随导航路径前行；掘锚护一体机位于综掘工作面处，根据掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据，通过掘锚护一体机上的调平装置对其进行调平。当掘锚护一体机的前行路径与导航路径存在误差且误差值超出设定值，导航控制系统根据掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据与巷道中线坐标推算偏差量，调整掘锚护一体机的前行方向。掘锚护一体机的姿态数据包括俯仰角、横滚角、方位角。
建立掘锚护一体机的三维模型，并存储于上位机系统内，惯性导航系统与上位机系统通讯连接，惯性导航系统测量的掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据实时传输至上位机系统，上位机系统内进行掘锚护一体机位置和姿态的实时三维展示。
如图1所示，一种掘锚护一体机自主纠偏装置包括行走装置1、截割装置2、操作平台3、帮锚杆机4、顶锚杆机5、液压系统6、输送装置7、装载装置8、支护装置9、调平装置10和导航装置，调平装置10包括四个支撑组件，每个支撑组件包括支撑平台和伸缩油缸，伸缩油缸垂直固定在支撑平台上，支撑平台的内侧固定在掘锚护一体机的行走装置的前后两侧，伸缩油缸上设置有调平阀和多路阀；导航装置包括固定在掘锚护一体机上的惯性导航系统和导航控制系统，以及固定在巷道内的测绘仪器系统，测绘仪器系统与导航控制系统连接，导航控制系统与惯性导航系统连接；所述导航装置控制行走装置和调平装置。
掘锚护一体机位于综掘工作面前，当掘进巷道倾斜时，惯性导航系统实时检测横滚角大于设定的警戒值时，调平装置的四个伸缩油缸着地，根据掘锚护一体机的中心坐标、俯仰角、横滚角、方位角整体调平掘锚护一体机。调平以后，掘锚护一体机的截割装置进行截割，截割完成后，调节调节机构，使行走装置着地，掘锚护一体机根据导航路径自动行走。
如图2所示，惯性导航系统包括惯性测量单元11和数据采集单元12，惯性测量单元与数据采集单元连接，数据采集单元与导航控制系统连接，惯性测量单元包括三个正交的光纤陀螺和三个正交的加速度计，每个光纤陀螺上设置有温度传感器和振动传感器，每个加速度计上设置有温度传感器和振动传感器。三个正交的光纤陀螺用于测量X轴、Y轴和Z轴的角速度，三个正交的加速度计用于测量X轴、Y轴和Z轴的加速度。温度传感器采集的温度值和振动传感器采集的振动值用于有效补偿零偏漂移情况。零偏是光纤陀螺静止时的输出量，是精度的主要表征参数。光纤陀螺零偏的变化主要由于温度变化在光纤线圈内引入的非互易性相移误差。
惯性导航系统测量用的是动态坐标系，测绘仪器系统测量用的是静态坐标系，静态坐标系和动态坐标系的初始位置是重合的，通过掘锚护一体机相对于测绘仪器系统的横摇角、纵摇角、偏航角、X轴位移、Y轴位移、Z轴位移，计算动态坐标系与静态坐标系转换的坐标变化矩阵，将掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据与巷道中线坐标位于同一坐标系下。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)
1.一种掘锚护一体机自主纠偏方法，其特征在于，包括：利用掘锚护一体机上的惯性导航系统实时测量掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据；利用测绘仪器系统实时测量巷道内的三维地理坐标，在掘锚护一体机的惯导控制系统中根据三维地理坐标建立巷道中线坐标，标定巷道的导航路径；导航路径和中心坐标在同一坐标系下，掘锚护一体机的中心坐标跟随导航路径前行；掘锚护一体机位于综掘工作面处，根据掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据，通过掘锚护一体机上的调平装置对其进行调平。
2.根据权利要求1所述的掘锚护一体机自主纠偏方法，其特征在于，建立掘锚护一体机的三维模型，并存储于上位机系统内，惯性导航系统与上位机系统通讯连接，惯性导航系统测量的掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据实时传输至上位机系统，上位机系统内进行掘锚护一体机位置和姿态的实时三维展示。
3.根据权利要求1所述的掘锚护一体机自主纠偏方法，其特征在于，当掘锚护一体机的前行路径与导航路径存在误差且误差值超出设定值，导航控制系统根据掘锚护一体机的中心坐标和姿态数据与巷道中线坐标推算偏差量，调整掘锚护一体机的前行方向。
4.根据权利要求1所述的掘锚护一体机自主纠偏方法，其特征在于，所述掘锚护一体机的姿态数据包括俯仰角、横滚角、方位角。
5.一种用于实现权利要求1的掘锚护一体机自主纠偏方法的装置，其特征在于，包括行走装置、截割装置、操作平台、帮锚杆机、顶锚杆机、液压系统、输送装置、装载装置、支护装置、调平装置和导航装置，所述调平装置包括四个支撑组件，四个支撑组件分别连接在行走装置的前后两侧；所述导航装置包括固定在掘锚护一体机上的惯性导航系统和导航控制系统，以及固定在巷道内的测绘仪器系统，测绘仪器系统与导航控制系统连接，导航控制系统与惯性导航系统连接；所述导航装置控制行走装置和调平装置。
6.根据权利要求5所述的掘锚护一体机自主纠偏装置，其特征在于，所述调平装置包括四个支撑组件，每个支撑组件包括支撑平台和伸缩油缸，伸缩油缸垂直固定在支撑平台上，支撑平台的内侧固定在掘锚护一体机的行走装置的前后两侧，所述伸缩油缸上设置有调平阀和多路阀，所有的多路阀与导航控制系统连接，控制四个伸缩油缸伸缩，调平掘锚护一体机。
7.根据权利要求5所述的掘锚护一体机自主纠偏方法，其特征在于，所述惯性导航系统包括惯性测量单元和数据采集单元，惯性测量单元与数据采集单元连接，数据采集单元与导航控制系统连接，惯性测量单元包括三个正交的光纤陀螺和三个正交的加速度计，每个光纤陀螺上设置有温度传感器和振动传感器，每个加速度计上设置有温度传感器和振动传感器。
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2021
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