CN117739960A - 一种悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法 - Google Patents
一种悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117739960A CN117739960A CN202311459116.7A CN202311459116A CN117739960A CN 117739960 A CN117739960 A CN 117739960A CN 202311459116 A CN202311459116 A CN 202311459116A CN 117739960 A CN117739960 A CN 117739960A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- point
- heading machine
- cantilever type
- roadway
- type heading
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 93
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 89
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
本发明涉及一种悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法，适用于装载定位系统的悬臂式掘进机自主截割煤矿井下大断面巷道，能够依据巷道宽度大小合理计算规划每步移机角度及位移，完成大断面两次截割成巷。包括以下步骤：定位、一次移机、截割、二次移机、截割、退机。本发明技术方案能够准确追踪定位悬臂式掘进机移机过程中在巷道中的相对位置和姿态，提高悬臂式掘进机自动截割精度，从而有效保证了巷道成巷质量，解决了悬臂式掘进机受其铲板宽度、截割臂长度及多重因素制约，需两次截割成巷；同时，因履带打滑，机身异常偏转导致的悬臂式掘进机定位不准确、巷道成巷质量差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿掘进技术领域，具体是一种悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法。
背景技术
目前的悬臂式掘进机截割巷道迎头过程中，绝大多数还是采用传统的激光指向仪来指示巷道设计中线，通过人工目测的方式来控制掘进机的掘进作业，该方法全程依赖于掘进机操作工人，且与工人的工作经验密切相关，又因掘进工作面环境极其恶劣，受多种因素影响，易出现巷道超挖或欠挖等问题，因此掘进机的位姿测量极其重要，也是实现无人掘进的重要环节之一，直接影响掘进质量的好坏，并决定着煤炭安全及生产效率。
现有悬臂式掘进机受其铲板宽度、截割臂长度及多重因素制约，需两次截割成巷；同时，因履带打滑，机身异常偏转导致的悬臂式掘进机定位不准确、巷道成巷质量差。但由于实际的掘进工作面环境极其恶劣，受多种因素影响，单种定位系统因自身系统缺陷问题，易出现巷道超挖或欠挖的问题。因悬臂式掘进机整机长度、巷道宽度所限，为避免掘进机与巷道两帮发生碰撞，需多次调整机身航向前进和后退，才能完成左右移机。
公布号为CN113970329A的中国发明专利公开了一种捷联惯导和激光感知复合的掘进机位姿检测系统，主要包括捷联惯导系统、激光感知系统、导航计算机以及人机交互显示系统；所述的捷联惯导系统包括三轴光纤陀螺仪、三轴石英加速度计、数据处理模块。其中三轴光纤陀螺仪可以实时测得掘进机在载体坐标系下相对于惯性空间的三轴角速度信息；三轴石英加速度计可以实时测得掘进机在载体坐标系下相对于惯性空间的三轴加速度信息；数据处理模块中内置了捷联惯导位姿解算算法，将陀螺仪的角速度信息和加速度计的加速度信息，实时地转化为掘进机的空间姿态角(偏向角、俯仰角、横滚角)信息，最后将解算获得的姿态数据发送给导航计算机，由其作进一步处理。该方案仍需人工远程操作，无法自动移机。
发明内容
为了更好的监测悬臂式掘进机的三轴位姿信息与机身姿态，以起到精确移机的作用，并以此规律及时调整截割方式，从而实现自主移机，以解决人工操作悬臂式掘进机所造成的巷道成形质量差、作业人员劳动强度大、掘进效率低、安全性差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法包括如下步骤：
步骤1：采用定位系统获取初始状态下悬臂式掘进机的航向角，通过悬臂式掘进机机载电液控系统将悬臂式掘进机的航向角调整至与巷道掘进方向一致；
步骤2：通过定位系统获取悬臂式掘进机的绝对坐标和在巷道中悬臂式掘进机截割头前端的初始位置O点；
步骤3：根据获取的悬臂式掘进机在巷道中的相对位置，选择对应的自主移机导航方式对悬臂式掘进机的自主移机进行导航；
步骤4：按照对应的自主移机导航方式，悬臂式掘进机通过机载电液控系统自动控制悬臂式掘进机完成自主移机动作；
步骤5：完成悬臂式掘进机截割巷道的截深M的自主截割；
步骤6：悬臂式掘进机按照自主移机导航方式中的其中一种轨迹完成自动移机及自主截割后回到巷道中心线上的点O1；
步骤7：以点O1作为新的起始点，按照对应的自主移机导航方式所规划的移机方式循环进行步骤1～步骤5。
上述悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法中，步骤1中，定位系统包括惯性导航装置和视觉定位系统；惯性导航系统用于实时获取悬臂式掘进机的航向角、横滚角和俯仰角，视觉定位系统用于获取悬臂式掘进机X轴、Y轴和Z轴的绝对坐标值。
上述悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法中，悬臂式掘进机自主移机动作包括前进、后退、转向、割煤和装煤。
上述悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法中，的悬臂式掘进机的绝对坐标是以西安坐标系为基准测量所获得的坐标。
上述悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法中，悬臂式掘进机在巷道中的相对位置，是根据悬臂式掘进机测距传感器测得机身两侧距离巷道两帮以及巷道掘进面的距离。
上述悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法中，依据悬臂式掘进机初始位置不同规划七种不同自主移机导航方式，针对悬臂式掘进机截割头前端到掘进巷道掌子面的距离为L、掘进巷道宽度为W、悬臂式掘进机截割巷道的截深为M、悬臂式掘进机截割头前端的初始位置O点、位于巷道中线，在巷道掘进方向上距离O点M的位置O1点、悬臂式掘进机至巷道左帮的距离为S1和悬臂式掘进机至巷道右帮的距离为S2的悬臂式掘进机截割成巷，悬臂式掘进机移动轨迹分别为：
S1＜W/4时选择方式一：
悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点顺时针原地旋转角度α＝arctan[3(W-4S1)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点；悬臂式掘进机在B点逆时针旋转角度α＝arctan[3(W-4S1)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β
＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
S1＝W/4选择方式二：
悬臂式掘进机从O点出发前进L米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
W/4＜S1＜W/2选择方式三：
悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点逆时针原地旋转角度α＝arctan[3(4S1-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点；悬臂式掘进机在B点顺时针旋转角度α＝arctan[3(4S1-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β
＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
S1＝W/2选择方式四：
悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点逆时针原地旋转角度α＝arctan[3W/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点；悬臂式掘进机在B点顺时针旋转角度α＝arctan[3W/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
方式一至方式四中：A点为沿巷道掘进方向距离O点L/3的位置；B点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点2L/3的位置；C点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；D点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置；E点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上与O点平齐的位置；F点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；G点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置；α为A点与B点连接线和巷道掘进方向的夹角；β为D点与E点连接线和巷道掘进方向的夹角；
S1＞W/2且S2＜W/4选择方式五：
悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点逆时针原地旋转角度α＝arctan[3(W-4S2/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点；悬臂式掘进机在B点顺时针旋转角度α＝arctan[3(W-4S2/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
S1＞W/2且S2＝W/4选择方式六：
悬臂式掘进机从O点出发前进L米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
S1＞W/2且S2＞W/4选择方式七：
悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点顺时针原地旋转角度α＝arctan[3(4S2-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点；悬臂式掘进机在B点逆时针旋转角度α＝arctan[3(4S2-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地顺时针旋转β
＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
方式五至方式七中：A点为沿巷道掘进方向距离O点L/3的位置；B点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点2L/3的位置；C点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；D点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置；E点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点平齐的位置；F点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；G点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置；α为A点与B点连接线和巷道掘进方向的夹角；β为D点与E点连接线和巷道掘进方向的夹角。
本发明的有益效果是：
本发明通过对悬臂式掘进机采用视觉定位系统，光纤惯导系统和激光定位系统组合定位的自主测量方式，对悬臂式掘进机依据巷道环境变化实现自适应控制，实现悬臂式掘进机在巷道掘进时可以自动测量机身位姿，能够依据巷道宽度大小合理计算规划每步移机角度及位移，完成大断面两次截割成巷，不仅能够提升巷道掘进的成型质量，减少了悬臂式掘进机移机时间，极大的降低了井下工人的劳动强度。有效地减少矿井下的工人数量和多发事故，大大的提高掘进工作效率，实现煤矿井下无人掘进作业。
附图说明
图1为本发明自主移机原理示意图；
图2为本发明方式1自主移机轨迹示意图；
图3为本发明方式2自主移机轨迹示意图；
图4为本发明方式3自主移机轨迹示意图；
图5为本发明方式4自主移机轨迹示意图；
图6为本发明方式5自主移机轨迹示意图；
图7为本发明方式6自主移机轨迹示意图；
图8为本发明方式7自主移机轨迹示意图；
附图标记说明：
O点为悬臂式掘进机截割头前端的初始位置；
L为悬臂式掘进机截割头前端到掘进巷道掌子面的距离；
W为掘进巷道宽度；
M为悬臂式掘进机截割巷道的截深；
O1点是位于巷道中线，在巷道掘进方向上距离O点M的位置；
S1为悬臂式掘进机至巷道左帮的距离；
S2为悬臂式掘进机至巷道右帮的距离；
A点为沿巷道掘进方向距离O点L/3的位置；
图2～图5中：B点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点2L/3的位置；C点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；D点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置；E点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上与O点平齐的位置；F点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；G点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置。
图6～图8中：B点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点2L/3的位置；C点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；D点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置；E点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点平齐的位置；F点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；G点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置。
α为A点与B点连接线和巷道掘进方向的夹角；
β为D点与E点连接线和巷道掘进方向的夹角。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1至图8，本实施例中，只针对悬臂式掘进机这一类掘进机。本实施例中，O点、A点、B点、C点、D点、E点、F点、G点、O1点均为悬臂式掘进机截割头前端所在位置。本实施例的方式1～方式4中悬臂式掘进机截割头前端由C点掘进至D点，形成左断面；方式5～方式7中悬臂式掘进机截割头前端由F点掘进至G点，形成左断面。本实施例的方式1～方式4中悬臂式掘进机截割头前端由F点掘进至G点，形成右断面；方式5～方式7中悬臂式掘进机截割头前端由C点掘进至D点形成右断面。
本实施例中提供一种基于组合式定位的悬臂式掘进机自主移机导航方法，其中方式1～方式3为悬臂式掘进机在巷道左侧时的移机导航方法，方式4为悬臂式掘进机在巷道中心线时的移机导航方法，方式5～方式7为悬臂式掘进机在巷道右侧时的移机导航方法。
包括以下步骤：
S1：通过组合式定位系统获取初始状态下悬臂式掘进机的航向角，并通过悬臂式掘进机控制系统将悬臂式掘进机航向角调整至于巷道掘进方向一致；悬臂式掘进机控制系统即悬臂式掘进机机载电液控系统自动控制悬臂式掘进机前进、后退、转向、割煤、装煤；组合式定位系统包括惯性导航装置，视觉定位系统，惯性导航系统可实时获取悬臂式掘进机的航向角、横滚角和俯仰角，视觉定位系统可获取悬臂式掘进机X轴、Y轴和Z轴的绝对坐标值。
S2：通过组合式定位系统获取悬臂式掘进机的绝对坐标和在巷道中的初始位置O点，在巷道中的初始位置O点是悬臂式掘进机未进行自动移机前的初始位置；悬臂式掘进机绝对坐标是以西安坐标系为基准测量所获得的坐标；
S3：根据获取的悬臂式掘进机在巷道中的相对位置，选择方式1到方式7对应的自主移机导航方式；方式1到方式7是依据悬臂式掘进机初始位置不同所规划的七种不同自主移机方式；在巷道中的相对位置根据悬臂式掘进机测距传感器测得机身两侧距离巷道两帮以及巷道掘进面的距离；
S4：对应的自主移机导航方式，悬臂式掘进机完成自主移机；
S5：完成截深为M的自主截割，截深M是指在保持悬臂式掘进机机身稳定的前提下，截割头深入煤壁的深度；
S6：悬臂式掘进机回到O1点，O1点是悬臂式掘进机按照方式1～方式7中的其中一种轨迹完成自动移机及自主截割后的点，处在巷道中心线上；O1点与方式4中的O点距离为M；
S7：按照方式4所规划的移机方式循环进行S1～S5。
悬臂式掘进机对自主移机导航方式1至自主移机导航方式7的选择规则及移动轨迹如下：
S1＜W/4选择方式1：
(1)悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点顺时针原地旋转角度α＝arctan[3(W-4S1)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点。
(2)悬臂式掘进机在B点逆时针旋转角度α＝arctan[3(W-4S1)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割。
(3)巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°。
(4)悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正。
(5)悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点。
(6)巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°。
(7)悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正。
S1＝W/4选择方式2：
(1)悬臂式掘进机从O点出发前进L米到达C点，开始进行截深为M米的截割。
(2)巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°。
(3)悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正。
(4)悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点。
(5)巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°。
(6)悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正。
W/4＜S1＜W/2选择方式3：
(1)悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点逆时针原地旋转角度α＝arctan[3(4S1-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点。
(2)悬臂式掘进机在B点顺时针旋转角度α＝arctan[3(4S1-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割。
(3)巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°。
(4)悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正。
(5)悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点。
(6)巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°。
(7)悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正。
S1＝W/2选择方式4：
(1)悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点逆时针原地旋转角度α＝arctan[3W/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点。
(2)悬臂式掘进机在B点顺时针旋转角度α＝arctan[3W/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割。
(3)巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°。
(4)悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正。
(5)悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点。
(6)巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°。
(7)悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正。
S1＞W/2且S2＜W/4选择方式5：
(1)悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点逆时针原地旋转角度α＝arctan[3(W-4S2/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点。
(2)悬臂式掘进机在B点顺时针旋转角度α＝arctan[3(W-4S2/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割。
(3)巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°。
(4)悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正。
(5)悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点。
(6)巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°。
(7)悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正。
S1＞W/2且S2＝W/4选择方式6：
(1)悬臂式掘进机从O点出发前进L米到达C点，开始进行截深为M米的截割。
(2)巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°。
(3)悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正。
(4)悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点。
(5)巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°。
(6)悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正。
S1＞W/2且S2＞W/4选择方式7：
(1)悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点顺时针原地旋转角度α＝arctan[3(4S2-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点。
(2)悬臂式掘进机在B点逆时针旋转角度α＝arctan[3(4S2-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割。
(3)巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°。
(4)悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正。
(5)悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点。
(6)巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°。
(7)悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正。
综上各方式下，α所对应的计算公式为：
方式1：α＝arctan[3(W-4S1)/4L]°
方式2：α＝0°
方式3：α＝arctan[3(4S1-W)/4L]°
方式4：α＝arctan[3W/4L]°
方式5：α＝arctan[3(W-4S2/4L]°
方式6：α＝0°
方式7：α＝arctan[3(4S2-W)/4L]°
各方式下，β所对应的计算公式为：
方式1～方式7：β＝arctan[W/2(L+M)]°
γ为G点与O1点连接线和巷道掘进方向的夹角。
各方式下，γ所对应的计算公式为：
方式1～方式7：γ＝arctan[W/4L]°
下面以具体示例的方式，对本实施例的截割方法进行说明：
掘进工作面：巷道宽度W＝5.6米，高度3.55米，悬臂式掘进机长度12米，机身宽度3米。铲板宽度3.5米，截割头长度0.8米，截割头前端距离巷道掌子面L＝3米，距离巷道左帮S1＝0.5米，单次截割深度M＝0.6米，
悬臂式掘进机自主移机导航方法步骤：
第一步：悬臂式掘进机在开机位置O点，依靠组合式定位系统，判断悬臂式掘进机绝对坐标值、与巷道的相对位置移机航向角；
第二步：依靠悬臂式掘进机电控系统，将悬臂式掘进机航向调整到与巷道中心线平行；
第三步，根据悬臂式掘进机距离巷道左帮0.5米的初始条件，自动移机控制系统自动选择方式1进行悬臂式掘进机的自主导航移机；
第四步：悬臂式掘进机从O点沿巷道中线方向前移1米至A点；
第五步：悬臂式掘进机在A点原地顺时针旋转角度α，按照方式1的计算公式得出α＝[arctan(0.9)]°；
第六步：悬臂式掘进机沿当前航向角方向从A点前移L/3cosα＝(1.81)1/2米至B点；
第七步：悬臂式掘进机在B点原地逆时针旋转角度α，按照方式1的计算公式得出α＝[arctan(0.9)]°；
第八步：悬臂式掘进机从B点沿巷道中线方向前移L/3＝1米至C点；
第九步：悬臂式掘进机在C点开始截割巷道掌子面左半边，截深为M＝0.6米至D点；
第十步：悬臂式掘进机在D点原地逆时针旋转角度β，按照方式1的计算公式得出，β＝[arctan(7/9)]°；
第十一步：悬臂式掘进机按照当前航向角方向从D点后退(L+M)/cosβ＝(20.8)1/2米至E点；
第十二步：悬臂式掘进机在E点原地顺时针旋转角度β，按照方式1的计算公式得出，β＝[arctan(7/9)]°；
第十三步：悬臂式掘进机从E点沿巷道中心线方向前进L＝3米至F点；
第十四步：悬臂式掘进机在F点开始截割巷道掌子面右半边，截深为M＝0.6米至G点；
第十五步：悬臂式掘进机在G点原地顺时针旋转角度γ，按照方式1的计算公式得出，γ＝[arctan(7/15)]°；
第十六步：悬臂式掘进机按照当前航向角方向从G点后退L/cosγ米至O1点；
第十七步：悬臂式掘进机在O1点原地逆时针旋转角度γ，按照方式1的计算公式得出，γ＝[arctan(7/15)]°[arctan(7/15)]°。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采用定位系统获取初始状态下悬臂式掘进机的航向角，通过悬臂式掘进机机载电液控系统将悬臂式掘进机的航向角调整至与巷道掘进方向一致；
步骤2：通过定位系统获取悬臂式掘进机的绝对坐标和在所述巷道中悬臂式掘进机截割头前端的初始位置O点；
步骤3：根据获取的所述悬臂式掘进机在所述巷道中的相对位置，选择对应的自主移机导航方式对所述悬臂式掘进机的自主移机进行导航；
步骤4：按照对应的所述自主移机导航方式，悬臂式掘进机通过机载电液控系统自动控制悬臂式掘进机完成自主移机动作；
步骤5：完成悬臂式掘进机截割巷道的截深M的自主截割；
步骤6：悬臂式掘进机按照所述自主移机导航方式中的其中一种轨迹完成自动移机及自主截割后回到巷道中心线上的点O1；
步骤7：以点O1作为新的起始点，按照对应的自主移机导航方式所规划的移机方式循环进行步骤1～步骤5。
2.根据权利要求1所述的悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法，其特征在于，步骤1中，所述定位系统包括惯性导航装置和视觉定位系统；惯性导航系统用于实时获取所述悬臂式掘进机的航向角、横滚角和俯仰角，视觉定位系统用于获取所述悬臂式掘进机X轴、Y轴和Z轴的绝对坐标值。
3.根据权利要求1所述的悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法，其特征在于，悬臂式掘进机自主移机动作包括前进、后退、转向、割煤和装煤。
4.根据权利要求2所述的悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法，其特征在于，所述的悬臂式掘进机的绝对坐标是以西安坐标系为基准测量所获得的坐标。
5.根据权利要求1所述的悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法，其特征在于，所述悬臂式掘进机在巷道中的相对位置，是根据悬臂式掘进机测距传感器测得机身两侧距离巷道两帮以及巷道掘进面的距离。
6.根据权利要求1至权利要求5任一权利要求所述的悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法，其特征在于，依据悬臂式掘进机初始位置不同规划七种不同自主移机导航方式，针对悬臂式掘进机截割头前端到掘进巷道掌子面的距离为L、掘进巷道宽度为W、悬臂式掘进机截割巷道的截深为M、悬臂式掘进机截割头前端的初始位置O点、位于巷道中线，在巷道掘进方向上距离O点M的位置O1点、悬臂式掘进机至巷道左帮的距离为S1和悬臂式掘进机至巷道右帮的距离为S2的悬臂式掘进机截割成巷作业，悬臂式掘进机移动轨迹分别为：
S1＜W/4时选择方式一：
悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点顺时针原地旋转角度α＝arctan[3(W-4S1)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点；悬臂式掘进机在B点逆时针旋转角度α＝arctan[3(W-4S1)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
S1＝W/4选择方式二：
悬臂式掘进机从O点出发前进L米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
W/4＜S1＜W/2选择方式三：
悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点逆时针原地旋转角度α＝arctan[3(4S1-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点；悬臂式掘进机在B点顺时针旋转角度α＝arctan[3(4S1-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
S1＝W/2选择方式四：
悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点逆时针原地旋转角度α＝arctan[3W/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点；悬臂式掘进机在B点顺时针旋转角度α＝arctan[3W/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
方式一至方式四中：A点为沿巷道掘进方向距离O点L/3的位置；B点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点2L/3的位置；C点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；D点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置；E点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上与O点平齐的位置；F点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；G点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置；α为A点与B点连接线和巷道掘进方向的夹角；β为D点与E点连接线和巷道掘进方向的夹角；
S1＞W/2且S2＜W/4选择方式五：
悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点逆时针原地旋转角度α＝arctan[3(W-4S2/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点；悬臂式掘进机在B点顺时针旋转角度α＝arctan[3(W-4S2/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
S1＞W/2且S2＝W/4选择方式六：
悬臂式掘进机从O点出发前进L米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
S1＞W/2且S2＞W/4选择方式七：
悬臂式掘进机从O点出发前进L/3米到达A点，在A点顺时针原地旋转角度α＝arctan[3(4S2-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3cosα到达B点；悬臂式掘进机在B点逆时针旋转角度α＝arctan[3(4S2-W)/4L]°，再沿当前航向角向前移L/3米到达C点，开始进行截深为M米的截割；巷道右半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在D点，再原地顺时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退(L+M)/cosβ米到达E点，再原地逆时针旋转β＝arctan[W/2(L+M)]°回正；悬臂式掘进机从E点沿当前航向角前移L米到达F点；巷道左半边截割完成后，悬臂式掘进机炮头处在G点，再原地逆时针旋转γ＝arctan[W/4L]°；悬臂式掘进机沿当前航向角后退L/cosγ米到达O1点，再原地顺时针旋转γ＝arctan[W/4L]°回正；
方式五至方式七中：A点为沿巷道掘进方向距离O点L/3的位置；B点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点2L/3的位置；C点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；D点为距离巷道右帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置；E点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点平齐的位置；F点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L的位置；G点为距离巷道左帮W/4，在巷道掘进方向上距离O点L+M的位置；α为A点与B点连接线和巷道掘进方向的夹角；β为D点与E点连接线和巷道掘进方向的夹角。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311459116.7A CN117739960A (zh) | 2023-11-03 | 2023-11-03 | 一种悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311459116.7A CN117739960A (zh) | 2023-11-03 | 2023-11-03 | 一种悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117739960A true CN117739960A (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=90258045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311459116.7A Pending CN117739960A (zh) | 2023-11-03 | 2023-11-03 | 一种悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117739960A (zh) |
-
2023
- 2023-11-03 CN CN202311459116.7A patent/CN117739960A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105736007B (zh) | 融合地层信息的盾构机定位及纠偏系统及方法 | |
| CN110736458B (zh) | 基于航位推算的掘进机自主导航系统及方法 | |
| US6349249B1 (en) | Automated guided apparatus suitable for toping applications | |
| CN102589514B (zh) | 掘进机位姿参数测量装置及其方法 | |
| CN109579831A (zh) | 矿用悬臂式掘进机可视化辅助导引方法和系统 | |
| CN111412911A (zh) | 一种煤矿井下连续采煤机器人多传感器组合导航系统 | |
| CN109540130A (zh) | 一种连采机惯性导航定位定向方法 | |
| CN112012759A (zh) | 一种用于煤矿巷道的掘进装备导航定位系统 | |
| CN103148833B (zh) | 岩层产状参数获取和计算方法 | |
| CN112414394A (zh) | 一种地下巷道掘进装备实时定位系统及方法 | |
| CN104729501A (zh) | 基于旋转扇面激光的悬臂式掘进机位姿测量方法 | |
| CN111121735A (zh) | 一种隧道、地铁和矿井开挖掘进自主定位定向系统及方法 | |
| CN110847905A (zh) | 采煤机自主导航系统及方法 | |
| CN111879314B (zh) | 一种多传感器融合的巷道掘进装备实时定位系统和方法 | |
| CN107269276A (zh) | 一种用于弯道施工的掘进定位系统及方法 | |
| CN113075650A (zh) | 一种基于uwb与惯性单元的地下巷道掘进装备实时定位方法 | |
| CN113593284A (zh) | 矿井巷道内车辆的路径规划方法及装置、电子设备 | |
| CN114689045A (zh) | 一种掘进机定位导航系统以及定位导航方法 | |
| CN114964227A (zh) | 基于深度相机定位修正的采煤机组合导航定位系统及方法 | |
| CN113970329A (zh) | 捷联惯导和激光感知复合的掘进机位姿检测系统与方法 | |
| CN113252063A (zh) | 一种基于全站仪的采掘装备进深测量方法 | |
| CN102679974B (zh) | 高速定位免换站式盾构掘进姿态实时测量方法及系统 | |
| CN117739960A (zh) | 一种悬臂式掘进机截割成巷自主移机导航方法 | |
| CN111060100A (zh) | 一种智能导向仪的测量方法、系统及终端 | |
| JP3124780B2 (ja) | シールド測量方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |