CN116908856A - 作业机械井下实时定位系统和作业机械 - Google Patents

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CN116908856A CN202310890478.5A CN202310890478A CN116908856A CN 116908856 A CN116908856 A CN 116908856A CN 202310890478 A CN202310890478 A CN 202310890478A CN 116908856 A CN116908856 A CN 116908856A
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杜亮
刘洋
崔玲玲
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Sany Intelligent Equipment Co ltd
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Abstract

本发明提供了一种作业机械井下实时定位系统和作业机械，涉及作业机械实时定位技术领域，作业机械井下实时定位系统包括：雷达测距组件，包括超声波雷达发射器和超声波雷达接收器，一个设于巷道，另一个设于作业机械；至少两个超声波雷达，至少一个设于第一侧壁，至少一个设于第二侧壁；控制器，设于作业机械，与超声波雷达接收器、超声波雷达电连接，通过至少两个超声波雷达确定第一距离和第二距离并且确定巷道宽度，通过超声波雷达接收器确定第四距离，根据巷道宽度的一半与第四距离确定第三距离，在作业机械处于第一位置的情况下建立三维空间坐标系并确定三维空间坐标系的原点，确定作业机械处于第二位置时在三维空间坐标系中的三维坐标。

Description

作业机械井下实时定位系统和作业机械
技术领域
本发明涉及作业机械实时定位技术领域，具体而言，涉及一种作业机械井下实时定位系统和一种作业机械。
背景技术
目前，对于井下巷道的掘进工作，多采用人工、遥控、远程可视化或智能化方式操作掘进机。其中，人工与遥控的方式操作掘进机，需要工作人员近距离观察掘进机工作状态以及工作面截割状态，粉尘浓度大且工作环境较为危险；远程可视化的操作方式虽然解决了工作环境的问题，但由于监控视频存在死角以及网络延迟等问题，时效性较差且无法真实体现截割工作面的工作状态。
智能化作业机械在井下作业时，由于环境制约，掘进工作面无人化作业最大的难题是作业机械的定位。相关技术中，作业机械通过全站仪以及惯性导航系统来确定当前位置。然而全站仪是基于光学定位的原理，一方面，时效性较差，影响掘进效率；另一方面，作业机械在掘进工作的过程中会产生大量粉尘烟雾，影响全站仪的定位精度。
发明内容
为了解决或改善上述技术问题至少之一，本发明的一个目的在于提供一种作业机械井下实时定位系统。
本发明的另一个目的在于提供一种作业机械。
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种作业机械井下实时定位系统，用于作业机械，作业机械用于在巷道内由第一位置向第二位置移动，作业机械具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，巷道具有相对设置的第三侧壁和第四侧壁，在第一侧壁和第二侧壁中第一侧壁更靠近第三侧壁，第一侧壁与第三侧壁之间的距离为第一距离，第二侧壁与第四侧壁之间的距离为第二距离，第一位置与第二位置之间的距离为第三距离，作业机械井下实时定位系统包括：雷达测距组件，包括通讯连接的超声波雷达发射器和超声波雷达接收器，超声波雷达发射器和超声波雷达接收器的其中一个设于巷道，另一个设于作业机械，作业机械处于第二位置的情况下超声波雷达接收器与超声波雷达发射器之间的距离为第四距离；至少两个超声波雷达，至少一个超声波雷达设于第一侧壁，至少一个超声波雷达设于第二侧壁；控制器，设于作业机械，控制器与超声波雷达接收器电连接，控制器与超声波雷达电连接，其中，控制器通过至少两个超声波雷达确定第一距离和第二距离，控制器根据第一距离和第二距离确定巷道宽度，控制器通过超声波雷达接收器确定第四距离，控制器根据巷道宽度的一半与第四距离确定第三距离，控制器在作业机械处于第一位置的情况下建立三维空间坐标系并确定三维空间坐标系的原点，控制器确定作业机械处于第二位置时在三维空间坐标系中的三维坐标。
根据本发明提供的作业机械井下实时定位系统的技术方案，作业机械井下实时定位系统通过超声波雷达发射器、超声波雷达接收器以及至少两个超声波雷达进行组合，采用声波定位的方式计算出行进距离(第三距离)和前进方向的偏移角度。这种设计方式，第一方面，时效性高，有利于提高掘进效率；第二方面，定位精度高，粉尘浓度不会影响到定位精度；第三方面，安装方式简单，方便工作人员进行布置；第四方面，成本低，可以大范围普及到煤矿自动化作业中。
作业机械井下实时定位系统用于作业机械。作业机械用于在巷道内由第一位置向第二位置移动。值得说明的是，作业机械可以是采矿机或掘进机等设备。作业机械具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁。巷道由两个侧壁以及一个顶壁围设而成。巷道具有相对设置的第三侧壁和第四侧壁。作业机械的第一侧壁与巷道的第三侧壁之间的距离为第一距离；作业机械的第二侧壁与巷道的第四侧壁之间的距离为第二距离。第一位置与第二位置之间的距离为第三距离。
具体而言，作业机械井下实时定位系统包括雷达测距组件、至少两个超声波雷达和控制器。其中，雷达测距组件包括超声波雷达发射器和超声波雷达接收器。超声波雷达发射器和超声波雷达接收器通讯连接。超声波雷达发射器和超声波雷达接收器的其中一个设于巷道，另一个设于作业机械。超声波雷达发射器用于发射射频信号。超声波雷达接收器用于接收来自超声波雷达发射器的射频信号。作业机械处于第二位置的情况下，超声波雷达接收器与超声波雷达发射器之间的距离为第四距离。可选地，超声波雷达发射器设于巷道，超声波雷达接收器设于作业机械；或者，超声波雷达发射器设于作业机械，超声波雷达接收器设于巷道。值得说明的是，超声波雷达发射器或超声波雷达接收器可以设于巷道的顶壁或侧壁的任意位置。
可选地，超声波雷达的数量为至少两个，即超声波雷达可以是两个或者多个，根据实际需求对超声波雷达进行灵活设置。至少一个超声波雷达设于作业机械的第一侧壁，此处的超声波雷达用于获取第一侧壁与巷道的第三侧壁之间的距离(第一距离)；至少一个超声波雷达设于作业机械的第二侧壁，此处的超声波雷达用于获取第二侧壁与巷道的第四侧壁之间的距离(第二距离)。
可选地，控制器设于作业机械。值得说明的是，控制器可以设于作业机械的任意位置，比如驾驶室、第一侧壁或第二侧壁。进一步地，控制器与超声波雷达接收器电连接。控制器通过超声波雷达接收器能够实时获取超声波雷达接收器与超声波雷达发射器之间的距离，因此，控制器能够通过超声波雷达接收器确定第四距离(作业机械处于第二位置的情况下，超声波雷达接收器与超声波雷达发射器之间的距离)。进一步地，控制器与超声波雷达电连接。控制器能够通过至少两个超声波雷达确定第一距离和第二距离。控制器根据第一距离和第二距离确定巷道宽度的一半。可选地，第一距离、第二距离以及作业机械的宽度之和为巷道宽度，巷道宽度除以二为巷道宽度的一半。在一些情况下，作业机械的宽度可以省略。巷道宽度的一半L、第四距离R以及第三距离r满足勾股定理(L2+r2＝R2)。因此，控制器能够根据巷道宽度的一半与第四距离确定第三距离(第一位置与第二位置之间的距离)。可选地，控制器根据第一距离与第二距离确定巷道中心线，并且通过控制第一距离与第二距离相等，使作业机械能够沿巷道中心线移动，从而减小前进方向的偏移角度，起到位置纠偏的作用。
可选地，控制器在作业机械处于第一位置的情况下建立三维空间坐标系并确定三维空间坐标系的原点。可选地，作业机械处于第一位置的情况下，将超声波雷达接收器作为第一质点，超声波雷达发射器作为第二质点。第一质点和第二质点所在的直线与巷道中心线的交点为三维空间坐标系的原点。进一步地，控制器确定作业机械处于第二位置时在三维空间坐标系中的三维坐标。可选地，控制器通过惯性导航系统确定作业机械在第二位置的情况下相对原点的角度数据，并且根据原点、角度数据以及第三距离确定三维坐标。通过确定作业机械在第二位置时的三维坐标，实现对作业机械进行实时定位的目的。
本发明限定的技术方案中，作业机械井下实时定位系统通过超声波雷达发射器、超声波雷达接收器以及至少两个超声波雷达进行组合，采用声波定位的方式计算出行进距离(第三距离)和前进方向的偏移角度。这种设计方式，第一方面，时效性高，有利于提高掘进效率；第二方面，定位精度高，粉尘浓度不会影响到定位精度；第三方面，安装方式简单，方便工作人员进行布置；第四方面，成本低，可以大范围普及到煤矿自动化作业中。
另外，本发明提供的上述技术方案还可以具有如下附加技术特征：
可选地，还包括：惯性导航系统，与控制器连接，控制器通过惯性导航系统确定作业机械在第二位置的情况下相对原点的角度数据，控制器根据原点、角度数据以及第三距离确定三维坐标。
在该技术方案中，作业机械井下实时定位系统还包括惯性导航系统。具体地，惯性导航系统与控制器连接。控制器通过惯性导航系统确定作业机械在第二位置的情况下相对原点的角度数据，并且根据原点、角度数据以及第三距离确定三维坐标。作业机械井下实时定位系统通过超声波雷达发射器、超声波雷达接收器以及至少两个超声波雷达进行组合，采用声波定位的方式计算出行进距离(第三距离)和前进方向的偏移角度，并结合惯性导航系统对作业机械进行精确定位，为作业机械自动移机提供数据基础。
可选地，获取作业机械在第二位置的情况下相对原点的角度数据(α和β)后，以三维空间坐标系的原点作为极坐标系的原点，并且可以确定作业机械在第二位置的情况下的极坐标P(r，α，β)。将极坐标进行坐标转换，x＝rsinαcosβ，y＝rsinαsinβ，z＝rsinβcosα，(x，y，z)即为作业机械处于第二位置时在三维空间坐标系中的三维坐标。三维空间坐标系中的三维坐标能够更加直观的反馈作业机械在巷道内的相对位置。
可选地，控制器根据第一距离和第二距离确定巷道中心线，处于第一位置的情况下的作业机械的超声波雷达接收器作为第一质点，超声波雷达发射器作为第二质点，第一质点和第二质点所在的直线与巷道中心线的交点为原点。
在该技术方案中，控制器根据第一距离与第二距离确定巷道中心线，并且通过控制第一距离与第二距离相等，使作业机械能够沿巷道中心线移动，从而减小前进方向的偏移角度，起到位置纠偏的作用。
进一步地，作业机械处于第一位置的情况下，将超声波雷达接收器作为第一质点，超声波雷达发射器作为第二质点。第一质点和第二质点所在的直线与巷道中心线的交点为三维空间坐标系的原点。作业机械的掘进工作完成一个阶段后需要行进一段距离，每次行进之前，将当前位置作为第一位置，并且重新确定一个三维空间坐标系的原点。
可选地，控制器根据巷道宽度的一半与第四距离通过勾股定理计算出第三距离。
在该技术方案中，第一距离、第二距离以及作业机械的宽度之和为巷道宽度，巷道宽度除以二为巷道宽度的一半。在一些情况下，作业机械的宽度可以省略。巷道宽度的一半L、第四距离R以及第三距离r满足勾股定理(L2+r2＝R2)。因此，控制器能够根据巷道宽度的一半与第四距离确定第三距离(第一位置与第二位置之间的距离)。
可选地，控制器根据第一距离与第二距离控制作业机械的行进方向。
在该技术方案中，控制器根据第一距离与第二距离确定巷道中心线，并且通过控制第一距离与第二距离相等，使作业机械能够沿巷道中心线移动，从而减小前进方向的偏移角度，起到位置纠偏的作用。
可选地，超声波雷达的数量为两个，其中一个超声波雷达设于第一侧壁且靠近第二位置，另外一个超声波雷达设于第二侧壁且靠近第一位置。
在该技术方案中，两个超声波雷达设于作业机械的对角线位置。这种设置方式，两个超声波雷达就可以达到使用目的，既可以确定作业机械的宽度，又可以在需要时确定作业机械的长度，有利于控制成本。
可选地，超声波雷达发射器设于巷道的顶壁或侧壁。
在该技术方案中，超声波雷达发射器可以设于巷道的任意位置，安装方式简单，方便工作人员进行布置，并且可以大范围普及到煤矿自动化作业中。
可选地，超声波雷达为毫米波雷达。
在该技术方案中，通过将超声波雷达设置为毫米波雷达，定位精度高，作业机械井下实时定位系统可以将定位精度提高到毫米范围，有效提升了作业机械智能截割的成型效果。另外，作业机械井下实时定位系统采用声波定位，抗灰尘性能强，粉尘浓度不会影响到定位精度。
可选地，超声波雷达发射器为毫米波雷达发射器；和/或超声波雷达接收器为毫米波雷达接收器。
在该技术方案中，毫米波雷达发射器和/或超声波雷达接收器，定位精度高，作业机械井下实时定位系统可以将定位精度提高到毫米范围，有效提升了作业机械智能截割的成型效果。另外，作业机械井下实时定位系统采用声波定位，抗灰尘性能强，粉尘浓度不会影响到定位精度。
本发明第二方面提供了一种作业机械，包括：作业机械本体；上述任一技术方案中的作业机械井下实时定位系统，作业机械井下实时定位系统的超声波雷达接收器、超声波雷达以及控制器均设于作业机械本体。
根据本发明的作业机械的技术方案，作业机械包括作业机械本体和上述任一技术方案中的作业机械井下实时定位系统。作业机械井下实时定位系统的超声波雷达接收器、超声波雷达以及控制器均设于作业机械本体。可选地，惯性导航系统设于作业机械本体。作业机械本体具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，第一侧壁与巷道的侧壁之间的距离为第一距离，第二侧壁与巷道的侧壁之间的距离为第二距离。超声波雷达的数量为至少两个，至少一个超声波雷达设于作业机械的第一侧壁，此处的超声波雷达用于获取第一侧壁与巷道的第三侧壁之间的距离(第一距离)；至少一个超声波雷达设于作业机械的第二侧壁，此处的超声波雷达用于获取第二侧壁与巷道的第四侧壁之间的距离(第二距离)。
值得说明的是，作业机械可以是采矿机或掘进机等设备。
其中，由于作业机械包括上述第一方面中的任一作业机械井下实时定位系统，故而具有上述任一技术方案的有益效果，在此不再赘述。
本发明的技术方案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
图1示出了根据本发明的一个实施例的作业机械井下实时定位系统的示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的作业机械的第一示意图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的作业机械的第二示意图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的三维空间坐标系的示意图。
其中，图1至图4中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
100：作业机械井下实时定位系统；110：超声波雷达发射器；120：超声波雷达接收器；130：超声波雷达；140：控制器；150：惯性导航系统；160：雷达测距组件；200：作业机械；210：作业机械本体；221：第一侧壁；222：第二侧壁；300：巷道；310：巷道中心线；321：第三侧壁；322：第四侧壁。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明的实施例进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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申请，但是，本发明的实施例还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图4描述根据本发明一些实施例提供的作业机械井下实时定位系统100和作业机械200。
如图3所示，作业机械井下实时定位系统100用于作业机械200。作业机械200用于在巷道300内由第一位置向第二位置移动。值得说明的是，作业机械200可以是采矿机或掘进机等设备。如图2所示，作业机械200具有相对设置的第一侧壁221和第二侧壁222。巷道300由两个侧壁以及一个顶壁围设而成。巷道300具有相对设置的第三侧壁321和第四侧壁322。作业机械200的第一侧壁221与巷道300的第三侧壁321之间的距离为第一距离；作业机械200的第二侧壁222与巷道300的第四侧壁322之间的距离为第二距离。第一位置与第二位置之间的距离为第三距离。
在根据本发明的一个实施例中，如图1所示，作业机械井下实时定位系统100包括雷达测距组件160、至少两个超声波雷达130和控制器140。其中，雷达测距组件160包括超声波雷达发射器110和超声波雷达接收器120。超声波雷达发射器110和超声波雷达接收器120通讯连接。超声波雷达发射器110和超声波雷达接收器120的其中一个设于巷道300，另一个设于作业机械200。超声波雷达发射器110用于发射射频信号。超声波雷达接收器120用于接收来自超声波雷达发射器110的射频信号。作业机械200处于第二位置的情况下，超声波雷达接收器120与超声波雷达发射器110之间的距离为第四距离。可选地，超声波雷达发射器110设于巷道300，超声波雷达接收器120设于作业机械200；或者，超声波雷达发射器110设于作业机械200，超声波雷达接收器120设于巷道300。值得说明的是，超声波雷达发射器110或超声波雷达接收器120可以设于巷道300的顶壁或侧壁的任意位置。
可选地，超声波雷达130的数量为至少两个，即超声波雷达130可以是两个或者多个，根据实际需求对超声波雷达130进行灵活设置。至少一个超声波雷达130设于作业机械200的第一侧壁221，此处的超声波雷达130用于获取第一侧壁221与巷道300的第三侧壁321之间的距离(第一距离)；至少一个超声波雷达130设于作业机械200的第二侧壁222，此处的超声波雷达130用于获取第二侧壁222与巷道300的第四侧壁322之间的距离(第二距离)。
可选地，控制器140设于作业机械200。值得说明的是，控制器140可以设于作业机械200的任意位置，比如驾驶室、第一侧壁221或第二侧壁222。进一步地，控制器140与超声波雷达接收器120电连接。控制器140通过超声波雷达接收器120能够实时获取超声波雷达接收器120与超声波雷达发射器110之间的距离，因此，控制器140能够通过超声波雷达接收器120确定第四距离(作业机械200处于第二位置的情况下，超声波雷达接收器120与超声波雷达发射器110之间的距离)。进一步地，控制器140与超声波雷达130电连接。控制器140能够通过至少两个超声波雷达130确定第一距离和第二距离。控制器140根据第一距离和第二距离确定巷道宽度的一半。可选地，第一距离、第二距离以及作业机械200的宽度之和为巷道宽度，巷道宽度除以二为巷道宽度的一半。在一些情况下，作业机械200的宽度可以省略。巷道宽度的一半L、第四距离R以及第三距离r满足勾股定理(L2+r2＝R2)。因此，控制器140能够根据巷道宽度的一半与第四距离确定第三距离(第一位置与第二位置之间的距离)。可选地，控制器140根据第一距离与第二距离确定巷道中心线310，并且通过控制第一距离与第二距离相等，使作业机械200能够沿巷道中心线310移动，从而减小前进方向的偏移角度，起到位置纠偏的作用。
可选地，控制器140在作业机械200处于第一位置的情况下建立三维空间坐标系并确定三维空间坐标系的原点。可选地，作业机械200处于第一位置的情况下，将超声波雷达接收器120作为第一质点，超声波雷达发射器110作为第二质点。第一质点和第二质点所在的直线与巷道中心线310的交点为三维空间坐标系的原点。进一步地，控制器140确定作业机械200处于第二位置时在三维空间坐标系中的三维坐标。可选地，控制器140通过惯性导航系统150确定作业机械200在第二位置的情况下相对原点的角度数据，并且根据原点、角度数据以及第三距离确定三维坐标。通过确定作业机械200在第二位置时的三维坐标，实现对作业机械200进行实时定位的目的。
本发明限定的技术方案中，作业机械井下实时定位系统100通过超声波雷达发射器110、超声波雷达接收器120以及至少两个超声波雷达130进行组合，采用声波定位的方式计算出行进距离(第三距离)和前进方向的偏移角度。这种设计方式，第一方面，时效性高，有利于提高掘进效率；第二方面，定位精度高，粉尘浓度不会影响到定位精度；第三方面，安装方式简单，方便工作人员进行布置；第四方面，成本低，可以大范围普及到煤矿自动化作业中。
在一些实施例中，可选地，如图1和图3所示，作业机械井下实时定位系统100还包括惯性导航系统150。具体地，惯性导航系统150与控制器140连接。控制器140通过惯性导航系统150确定作业机械200在第二位置的情况下相对原点的角度数据，并且根据原点、角度数据以及第三距离确定三维坐标。作业机械井下实时定位系统100通过超声波雷达发射器110、超声波雷达接收器120以及至少两个超声波雷达130进行组合，采用声波定位的方式计算出行进距离(第三距离)和前进方向的偏移角度，并结合惯性导航系统150对作业机械200进行精确定位，为作业机械200自动移机提供数据基础。
可选地，获取作业机械200在第二位置的情况下相对原点的角度数据(α和β)后，以三维空间坐标系的原点作为极坐标系的原点，并且可以确定作业机械200在第二位置的情况下的极坐标P(r，α，β)。如图4所示，将极坐标进行坐标转换，x＝r sin αcos β，y＝r sinαsin β，z＝r sin β cos α，(x，y，z)即为作业机械200处于第二位置时在三维空间坐标系中的三维坐标。三维空间坐标系中的三维坐标能够更加直观的反馈作业机械200在巷道300内的相对位置。
在一些实施例中，可选地，控制器140根据第一距离与第二距离确定巷道中心线310，并且通过控制第一距离与第二距离相等，使作业机械200能够沿巷道中心线310移动，从而减小前进方向的偏移角度，起到位置纠偏的作用。
进一步地，作业机械200处于第一位置的情况下，将超声波雷达接收器120作为第一质点，超声波雷达发射器110作为第二质点。第一质点和第二质点所在的直线与巷道中心线310的交点为三维空间坐标系的原点。作业机械200的掘进工作完成一个阶段后需要行进一段距离，每次行进之前，将当前位置作为第一位置，并且重新确定一个三维空间坐标系的原点。
在一些实施例中，可选地，第一距离、第二距离以及作业机械200的宽度之和为巷道宽度，巷道宽度除以二为巷道宽度的一半。在一些情况下，作业机械200的宽度可以省略。巷道宽度的一半L、第四距离R以及第三距离r满足勾股定理(L2+r2＝R2)。因此，控制器140能够根据巷道宽度的一半与第四距离确定第三距离(第一位置与第二位置之间的距离)。
在一些实施例中，可选地，控制器140根据第一距离与第二距离控制作业机械200的行进方向。控制器140根据第一距离与第二距离确定巷道中心线310，并且通过控制第一距离与第二距离相等，使作业机械200能够沿巷道中心线310移动，从而减小前进方向的偏移角度，起到位置纠偏的作用。
在一些实施例中，可选地，如图2所示，超声波雷达130的数量为两个，其中一个超声波雷达130设于第一侧壁221且靠近第二位置，另外一个超声波雷达130设于第二侧壁222且靠近第一位置。两个超声波雷达130设于作业机械200的对角线位置。这种设置方式，两个超声波雷达130就可以达到使用目的，既可以确定作业机械200的宽度，又可以在需要时确定作业机械200的长度，有利于控制成本。
在一些实施例中，可选地，超声波雷达发射器110设于巷道300的顶壁或侧壁。超声波雷达发射器110可以设于巷道300的任意位置，安装方式简单，方便工作人员进行布置，并且可以大范围普及到煤矿自动化作业中。
在一些实施例中，可选地，超声波雷达130为毫米波雷达。通过将超声波雷达130设置为毫米波雷达，定位精度高，作业机械井下实时定位系统100可以将定位精度提高到毫米范围，有效提升了作业机械200智能截割的成型效果。另外，作业机械井下实时定位系统100采用声波定位，抗灰尘性能强，粉尘浓度不会影响到定位精度。
在一些实施例中，可选地，超声波雷达发射器110为毫米波雷达发射器；和/或超声波雷达接收器120为毫米波雷达接收器。毫米波雷达发射器和/或超声波雷达接收器120，定位精度高，作业机械井下实时定位系统100可以将定位精度提高到毫米范围，有效提升了作业机械200智能截割的成型效果。另外，作业机械井下实时定位系统100采用声波定位，抗灰尘性能强，粉尘浓度不会影响到定位精度。
在根据本发明的一个实施例中，如图2和图3所示，作业机械200包括作业机械本体210和上述任一实施例中的作业机械井下实时定位系统100。作业机械井下实时定位系统100的超声波雷达接收器120、超声波雷达130以及控制器140均设于作业机械本体210。可选地，惯性导航系统150设于作业机械本体210。
作业机械本体210具有相对设置的第一侧壁221和第二侧壁222，第一侧壁221与巷道300的侧壁之间的距离为第一距离，第二侧壁222与巷道300的侧壁之间的距离为第二距离。超声波雷达130的数量为至少两个，至少一个超声波雷达130设于作业机械200的第一侧壁221，此处的超声波雷达130用于获取第一侧壁221与巷道300的第三侧壁321之间的距离(第一距离)；至少一个超声波雷达130设于作业机械200的第二侧壁222，此处的超声波雷达130用于获取第二侧壁222与巷道300的第四侧壁322之间的距离(第二距离)。
值得说明的是，作业机械200可以是采矿机或掘进机等设备。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，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；“相连”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。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
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)

1.一种作业机械井下实时定位系统，其特征在于，用于作业机械，所述作业机械用于在巷道(300)内由第一位置向第二位置移动，所述作业机械具有相对设置的第一侧壁(221)和第二侧壁(222)，所述巷道(300)具有相对设置的第三侧壁(321)和第四侧壁(322)，在所述第一侧壁(221)和所述第二侧壁(222)中所述第一侧壁(221)更靠近所述第三侧壁(321)，所述第一侧壁(221)与所述第三侧壁(321)之间的距离为第一距离，所述第二侧壁(222)与所述第四侧壁(322)之间的距离为第二距离，所述第一位置与所述第二位置之间的距离为第三距离，所述作业机械井下实时定位系统包括：
雷达测距组件(160)，包括通讯连接的超声波雷达发射器(110)和超声波雷达接收器(120)，所述超声波雷达发射器(110)和所述超声波雷达接收器(120)的其中一个设于所述巷道(300)，另一个设于所述作业机械，所述作业机械处于所述第二位置的情况下所述超声波雷达接收器(120)与所述超声波雷达发射器(110)之间的距离为第四距离；
至少两个超声波雷达(130)，至少一个所述超声波雷达(130)设于所述第一侧壁(221)，至少一个所述超声波雷达(130)设于所述第二侧壁(222)；
控制器(140)，设于所述作业机械，所述控制器(140)与所述超声波雷达接收器(120)电连接，所述控制器(140)与所述超声波雷达(130)电连接，
其中，所述控制器(140)通过至少两个所述超声波雷达(130)确定所述第一距离和所述第二距离，所述控制器(140)根据所述第一距离和所述第二距离确定巷道宽度，所述控制器(140)通过所述超声波雷达接收器(120)确定所述第四距离，所述控制器(140)根据所述巷道宽度的一半与所述第四距离确定所述第三距离，所述控制器(140)在所述作业机械处于所述第一位置的情况下建立三维空间坐标系并确定所述三维空间坐标系的原点，所述控制器(140)确定所述作业机械处于所述第二位置时在所述三维空间坐标系中的三维坐标。
2.根据权利要求1所述的作业机械井下实时定位系统，其特征在于，还包括：
惯性导航系统(150)，与所述控制器(140)连接，所述控制器(140)通过所述惯性导航系统(150)确定所述作业机械在所述第二位置的情况下相对所述原点的角度数据，所述控制器(140)根据所述原点、所述角度数据以及所述第三距离确定所述三维坐标。
3.根据权利要求1所述的作业机械井下实时定位系统，其特征在于，所述控制器(140)根据所述第一距离和所述第二距离确定巷道中心线(310)，处于所述第一位置的情况下的所述作业机械的所述超声波雷达接收器(120)作为第一质点，所述超声波雷达发射器(110)作为第二质点，所述第一质点和所述第二质点所在的直线与所述巷道中心线(310)的交点为所述原点。
4.根据权利要求1所述的作业机械井下实时定位系统，其特征在于，所述控制器(140)根据所述巷道宽度的一半与所述第四距离通过勾股定理计算出所述第三距离。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的作业机械井下实时定位系统，其特征在于，所述控制器(140)根据所述第一距离与所述第二距离控制所述作业机械的行进方向。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的作业机械井下实时定位系统，其特征在于，所述超声波雷达(130)的数量为两个，其中一个所述超声波雷达(130)设于所述第一侧壁(221)且靠近所述第二位置，另外一个所述超声波雷达(130)设于所述第二侧壁(222)且靠近所述第一位置。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的作业机械井下实时定位系统，其特征在于，所述超声波雷达发射器(110)设于所述巷道(300)的顶壁或侧壁。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的作业机械井下实时定位系统，其特征在于，所述超声波雷达(130)为毫米波雷达。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的作业机械井下实时定位系统，其特征在于，所述超声波雷达发射器(110)为毫米波雷达发射器；和/或所述超声波雷达接收器(120)为毫米波雷达接收器。
10.一种作业机械，其特征在于，包括：
作业机械本体(210)；
如权利要求1至9中任一项所述的作业机械井下实时定位系统，所述作业机械井下实时定位系统的超声波雷达接收器(120)、超声波雷达(130)以及所述控制器(140)均设于所述作业机械本体(210)。
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