FR2543612A1 - Method and machine for digging an underground gallery with positioning of the machine - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ET MACHINE DE CREUSEMENT
D'UNE GALERIE SOUTERRAINE
La présente invention concerne le creusement de galeries souterraines, au moyen d'une machine du type des machines de traçage ou mineurs continus, comportant une tête d'abattage portée en bout d'un bras mobile à l'avant d'un véhicule, en général orientable par rapport à un point fixe de ce véhicule et des moyens pour commander depuis le véhicule, les déplacements du bras et le fonctionnement de la tête d'abattage.EXCAVATING MACHINE AND PROCESS
OF AN UNDERGROUND GALLERY
The present invention relates to the digging of underground galleries, by means of a machine of the type of plotting machines or continuous miners, comprising a felling head carried at the end of a movable arm at the front of a vehicle, in general orientable relative to a fixed point of this vehicle and means for controlling from the vehicle, the movements of the arm and the operation of the harvester head.
L'invention vise à résoudre les problèmes que pose le positionnement de la machine dans la galerie à creuser. The invention aims to solve the problems posed by the positioning of the machine in the gallery to dig.
On a déjà proposé d'utiliser un rayon laser fixe en guise de repère pour définir une direction d'avancement, par rapport à laquelle le conducteur de la machine fait avancer son véhicule. Dans une machine connue, le rayon laser est aussi utilisé pour déterminer l'inclinaison éventuelle du véhicule lui-même par rapport à l'horizontale. Il est alors possible de corriger en fonction de cette information, la commande des déplacements du bras portant la tête d'abattage pour découper le profil souhaité à chaque passe d'abattage. Mais cette solution n'est pas encore satisfaisante. En particulier, elle ne permet pas d'éliminer totalement l'incidence des éboulis souvent présents qui perturbent l1vancement du véhicule, généralement un véhicule à chenilles, et qui entraient des erreurs de positionnement par rapport au niveau horizontal de base.It has already been proposed to use a fixed laser beam as a guide to define a direction of advance, with respect to which the driver of the machine advances his vehicle. In a known machine, the laser beam is also used to determine the possible inclination of the vehicle itself relative to the horizontal. It is then possible to correct, as a function of this information, the control of the movements of the arm carrying the felling head to cut the desired profile at each felling pass. But this solution is not yet satisfactory. In particular, it does not make it possible to completely eliminate the incidence of screes often present which disturb the progress of the vehicle, generally a tracked vehicle, and which enter positioning errors with respect to the basic horizontal level.
La présente invention y apporte un progrès en ce qu'elle permet dans tous les cas d'assurer un abattage suivant le profil désiré, exactement positionné, quelles que soient les variations de position du véhicule, aussi bien en niveau qu'en horizontalité, et en libérant le conducteur de la machine des difficultés soulevées par le manque de visibilité. De ce point de vue, on sait qu'il est en général gêné par l'éloignement inévitable entre son poste de pilotage à bord du véhicule et la tête d'abattage elle-même, par la présence permanente de poussières en suspension dans l'air, par des équipements divers mis en place dans la galerie2 au fur et à mesure de son creusement. The present invention brings progress therein in that it makes it possible in all cases to ensure felling according to the desired profile, exactly positioned, whatever the position variations of the vehicle, both in level and in horizontality, and by releasing the operator of the machine from the difficulties raised by the lack of visibility. From this point of view, we know that he is generally hampered by the inevitable distance between his cockpit on board the vehicle and the felling head itself, by the permanent presence of dust in suspension in the air, by various equipment installed in the gallery2 as it is excavated.
Pour atteindre l'objectif recherché, l'invention propose un procédé de creusement d'une galerie souterraine au moyen d'une machine comportant une tête d'abattage portée en bout d'un bras mobile à l'avant d'un véhicule et des moyens de commande à distance des déplacements du bras mobile à partir d'un poste de pilotage situé sur le véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque passe d'abattage lors de l'avancement du véhicule le long de la galerie
- une étape d'initialisation consistant à déplacer le bras mobile pour amener un capteur optique porté par le bras à proximité immédiate de la tête d'abattage à recevoir un rayon laser définissant une direction d'avancement fixe dans la galerie,
et à faire colncider à l'issue de cette étape la position de la tête d'abattage calculée à partir de coordonnées mesurées du bras mobile avec une position de référence correspondant au rayon laser, par rapport à un profil d'abattage théorique préalablement enregistré,
- et une étape d'abattage pendant laquelle on commande les déplacements du bras mobile de manière que la position calculée de la tête d'abattage effectue un mouvement de balayage à l'intérieur dudit profil.To achieve the desired objective, the invention provides a method of digging an underground gallery using a machine comprising a harvester head carried at the end of a movable arm at the front of a vehicle and means for remote control of the movements of the mobile arm from a cockpit located on the vehicle, characterized in that it comprises, for each slaughter pass during the advancement of the vehicle along the gallery
an initialization step consisting in moving the mobile arm in order to bring an optical sensor carried by the arm in the immediate vicinity of the felling head to receive a laser beam defining a fixed direction of advance in the gallery,
and causing the position of the felling head calculated from measured coordinates of the mobile arm to coincide at the end of this step with a reference position corresponding to the laser beam, relative to a theoretical felling profile previously recorded,
- And a felling step during which the movements of the movable arm are controlled so that the calculated position of the felling head performs a sweeping movement inside said profile.
Dans le cas le plus fréquent où le bras mobile est un bras orientable articulé autour d'axes orientés selon deux directions perpendiculaires liées au véhicule, il est avantageux de déterminer ses coordonnées angulaires au moins en site et en gisement, ce qui correspond sensiblement à un balayage de la tête d'abattage dans un plan vertical en direction verticale et en direction horizontale. On peut y ajouter une mesure en roulis dont on peut tenir compte à l'initialisation pour compenser les défauts éventuels d'horizontalité dans le sens transversal de la galerie. In the most frequent case where the mobile arm is an orientable arm articulated around axes oriented in two perpendicular directions linked to the vehicle, it is advantageous to determine its angular coordinates at least in elevation and in bearing, which corresponds substantially to a sweeping of the felling head in a vertical plane in vertical direction and in horizontal direction. We can add a roll measurement which can be taken into account during initialization to compensate for any horizontal defects in the transverse direction of the gallery.
L'invention a aussi pour objet une machine de creusement de galeries souterraines comportant une tête d'abattage portée en bout d'un bras mobile à l'avant d'un véhicule, et des moyens pour commander à distance les déplacements du bras mobile depuis un poste de pilotage situé sur le véhicule, caractérisée en ce qu'elle comporte
- un capteur optique porté par le bras à proximité immédiate de la tête d'abattage et sensible à un rayon laser définissant une direction d'avancement fixe dans la galerie,
- des moyens de mesure des déplacements du bras par rapport au véhicule,
- des moyens de calcul pour déterminer la position de la tête d'abattage suivant les déplacements mesurés du bras et la comparer avec une position de référence correspondant à celle du rayon laser dans la section transversale de la galerie comprenant la tête d'abattage,
- des moyens d'enregistrement d'un profil d'abattage théorique définissant le contour de ladite section pour la galerie à creuser,
- des moyens d'initialisation pour faire coincider ladite position calculée de la tête d'abattage avec ladite position de référence, par rapport audit profil d'abattage lorsque le capteur optique est aligné sur le rayon laser,
- et des moyens pour imposer des limites aux déplacements du bras, lors d'un mouvement de balayage de la tête d'abattage, de sorte que ladite position calculée de celle-ci reste à l'intérieur dudit profil.The invention also relates to a machine for digging underground galleries comprising a felling head carried at the end of a movable arm at the front of a vehicle, and means for remotely controlling the movements of the movable arm from a cockpit located on the vehicle, characterized in that it comprises
- an optical sensor carried by the arm in the immediate vicinity of the felling head and sensitive to a laser beam defining a fixed direction of advance in the gallery,
means for measuring the movements of the arm relative to the vehicle,
calculation means for determining the position of the felling head according to the measured displacements of the arm and comparing it with a reference position corresponding to that of the laser beam in the cross section of the gallery comprising the felling head,
means for recording a theoretical felling profile defining the outline of said section for the gallery to be dug,
initialization means for making said calculated position of the felling head coincide with said reference position, relative to said felling profile when the optical sensor is aligned with the laser beam,
- And means for imposing limits on the movements of the arm, during a sweeping movement of the harvester head, so that said calculated position thereof remains within said profile.
De préférence le poste de pilotage comporte des moyens de visualisation de la position calculée de la tête d'abattage par rapport au profil d'abattage théorique. Preferably, the cockpit includes means for displaying the calculated position of the harvester head with respect to the theoretical harvesting profile.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 représente une vue de côté d'une machine selon l'invention, représentée dans une galerie vue en coupe longitudinale
- la figure 2 représente une vue de dessus de cette machine
- la figure 3, une vue en coupe transversale montrant le profil de la galerie avec la machine vue de devant
- la figure 4 est un schéma synoptique des moyens électroniques de mise en oeuvre du procédé de l'invention.Other features and advantages of the invention will appear more clearly on reading the description given below with reference to the accompanying drawings in which
- Figure 1 shows a side view of a machine according to the invention, shown in a gallery seen in longitudinal section
- Figure 2 shows a top view of this machine
- Figure 3, a cross-sectional view showing the profile of the gallery with the machine seen from the front
- Figure 4 is a block diagram of the electronic means for implementing the method of the invention.
La figure 1 représente, dans une galerie en cours de creusement et vue schématiquement dans son contour général, une machine de havage comprenant un véhicule automoteur 1 à chenilles, et de façon connue, des moyens de récupération 2 des produits de l'abattage, ainsi qu'un convoyeur à bande 3 monté de façon orientable sur le châssis du véhicule automoteur 1, à larrnère de celuici. Un bras mobile 4 est monté de manière orientable à l'avant du véhicule. Il peut être déplacé verticalement, en rotation autour d'un axe horizontal, au moyen de vérins 40. Il porte à son extrémité libre une tête d'abattage 5, de type en soi connu. A proximité immédiate de la tête d'abattage et sur le bras 4, est monté un capteur optique 6, sensible à un rayon laser 9 provenant d'un émetteur laser 8 monté de façon fixe ou du moins indépendante de la machine, à l'arrière de la galerie. Un capteur de rotation 7-, situé au niveau de l'axe de rotation horizontal du bras 4, mesure les écarts angulaires correspondant aux déplacements en balayage vertical du bras 4. Comme on peut le voir sur la figure 3, l'émetteur laser 8 peut être fixé de façon avantageuse au sommet de la voûte de la galerie, de sorte que les fonctions optiques du dispositif ne soient pas perturbées par les poussières que dégage l'abattage. FIG. 1 represents, in a gallery in the course of digging and seen diagrammatically in its general outline, a cutting machine comprising a self-propelled vehicle 1 with tracks, and in known manner, means 2 for recovering slaughter products, as well that a belt conveyor 3 mounted so as to be orientable on the chassis of the self-propelled vehicle 1, behind it. A movable arm 4 is pivotally mounted at the front of the vehicle. It can be moved vertically, in rotation about a horizontal axis, by means of jacks 40. It carries at its free end a felling head 5, of a type known per se. In the immediate vicinity of the felling head and on the arm 4 is mounted an optical sensor 6, sensitive to a laser beam 9 coming from a laser transmitter 8 mounted in a fixed manner or at least independent of the machine, at the back of the gallery. A rotation sensor 7-, located at the level of the horizontal axis of rotation of the arm 4, measures the angular deviations corresponding to the displacements in vertical scanning of the arm 4. As can be seen in FIG. 3, the laser transmitter 8 can be advantageously attached to the top of the gallery vault, so that the optical functions of the device are not disturbed by the dust emitted by the felling.
La figure 2 montre que le bras 4 de la machine est également articulé en rotation autour d'un axe vertical sur lequel est monté un capteur 10 sensible aux écarts angulaires en balayage horizontal correspondants. Le bras 4 est déplacé horizontalement par des vérins 41. La figure fait d'autre part apparaitre une réalisation usuelle de tête d'abattage, comportant deux tambours symétriques. FIG. 2 shows that the arm 4 of the machine is also articulated in rotation about a vertical axis on which is mounted a sensor 10 sensitive to the angular deviations in corresponding horizontal scanning. The arm 4 is moved horizontally by jacks 41. The figure also shows a customary felling head embodiment, comprising two symmetrical drums.
Le véhicule automoteur 1 comporte par ailleurs, un poste de pilotage 11, à proximité duquel sont disposés un système électronique 12 de traitement des signaux des capteurs et de commande des déplacements, un écran de visualisation 13 permettant la représentation du profil d'abattage, ou profil en section de la galerie à creuser, et un système de programmation 14 du système électronique, par exemple par carte magnétique ou tous autres moyens. The self-propelled vehicle 1 also comprises a cockpit 11, near which are arranged an electronic system 12 for processing the signals from the sensors and for controlling movements, a display screen 13 allowing the representation of the felling profile, or profile in section of the gallery to be dug, and a programming system 14 of the electronic system, for example by magnetic card or any other means.
La figure 3 représente une vue de devant de la machine de havage. On peut y voir un capteur d'horizontalité 15 qui, à la base du bras 4, mesure l'angle de roulis que peut prendre la machine et donc le bras lui-même, par rapport au niveau transversal horizontal. Figure 3 shows a front view of the cutting machine. We can see a horizontal sensor 15 which, at the base of the arm 4, measures the roll angle that the machine can take and therefore the arm itself, relative to the horizontal transverse level.
La conception précise des différents capteurs ne sera pas plus amplement décrite car elle est bien connue de l'homme de métier pour chacun des capteurs considéré individuellement. On comprend que ces capteurs permettent de caractériser les mouvements du bras orientable, et donc les déplacements de la tête d'abattage qui se déplace sensiblement dans un plan transversal de la galerie, par des impulsions codées, identifiant positivement les déplacements angulaires du bras par rapport à trois axes triédriques d'un espace lié à la machine.Naturellement, ce n'est que dans la mesure où l'angle de roulis détecté par le capteur d'horizontalité 15, là où le bras 4 est articulé sur le véhicule de la machine, serait nul, que le mouvement de balayage de la tête d'abattage s'obtiendrait par des déplacements commandés du bras 4, en site et en gisement, autour d'axes d'articulation qui seraient effectivement, l'un vertical, l'autre horizontal. Dans le cas général, le capteur 15 permet une compensation des défauts d'horizontalité. The precise design of the various sensors will not be described more fully since it is well known to those skilled in the art for each of the sensors considered individually. It is understood that these sensors make it possible to characterize the movements of the orientable arm, and therefore the movements of the felling head which moves substantially in a transverse plane of the gallery, by coded pulses, positively identifying the angular movements of the arm relative to with three trihedral axes of a space linked to the machine. Naturally, this is only to the extent that the roll angle detected by the horizontal sensor 15, where the arm 4 is articulated on the vehicle of the machine, would be zero, that the sweeping movement of the felling head would be obtained by controlled displacements of the arm 4, in elevation and in bearing, around axes of articulation which would be effectively, one vertical, l other horizontal. In the general case, the sensor 15 allows compensation for horizontality faults.
La figure 4 représente une vue schématique du système électronique 12, constitué par un dispositif à microprocesseur permettant de traiter les signaux des capteurs, de visualiser le profil d'abattage correspondant au profil de la voûte de la galerie à creuser et de commander les déplacements du bras mobile 4. FIG. 4 represents a schematic view of the electronic system 12, constituted by a microprocessor device making it possible to process the signals from the sensors, to display the felling profile corresponding to the profile of the vault of the gallery to be dug and to control the movements of the movable arm 4.
Les signaux fournis par les capteurs 7, 10, 15, sont transmis à un convertisseur analogique-numérique 32 et après conversion, ces coordonnées sont enregistrées dans une mémoire vive 33 pour être ensuite traitées par le calculateur du microprocesseur. L'enregistrement est commandé quand l'opérateur appuie sur un bouton "initialisation", alors que la capteur 6 de rayons laser détecte la réception maximale du rayon laser 9. The signals supplied by the sensors 7, 10, 15 are transmitted to an analog-digital converter 32 and after conversion, these coordinates are recorded in a random access memory 33 to then be processed by the computer of the microprocessor. Recording is controlled when the operator presses an "initialization" button, while the laser beam sensor 6 detects the maximum reception of the laser beam 9.
Suite à cette mesure de la position initiale de la tête 5, le calculateur peut déterminer les limites qui, pour conduire au profil de galerie souhaité, doivent être imposées, en site et en gisement, aux déplacements qu'exécute le bras mobile 4, et par conséquent les limites des ordres à envoyer aux vérins de déplacement 40, 41 pour exécuter le mouvement de balayage de la tête d'abattage, en site et gisement. Le gabarit de profil de galerie aura été enregistré dans une mémoire morte 34 contenue dans le calculateur, grâce au système de programmation 14 connecté également au calculateur, et dans cet enregistrement, il aura été positionné par rapport à la position, dans la section considérée de la galerie, de l'axe de référence constitué par le rayon laser 9.A l'initialisation, les informations transmises au calculateur par les capteurs 7, 10, 15, sont comparées aux valeurs de référence que représentent l'horizontale, d'une part, la position de l'axe de référence en site et gisement d'autre part. Following this measurement of the initial position of the head 5, the computer can determine the limits which, in order to lead to the desired gallery profile, must be imposed, in elevation and in bearing, to the displacements carried out by the mobile arm 4, and consequently the limits of the orders to be sent to the displacement cylinders 40, 41 to execute the sweeping movement of the harvester head, in elevation and in deposit. The gallery profile template will have been saved in a read-only memory 34 contained in the computer, thanks to the programming system 14 also connected to the computer, and in this recording, it will have been positioned with respect to the position, in the considered section of the gallery, of the reference axis formed by the laser beam 9. At initialization, the information transmitted to the computer by the sensors 7, 10, 15, are compared with the reference values represented by the horizontal, of a on the other hand, the position of the reference axis in elevation and deposit on the other.
Les connexions internes au système 12 et les connexions entre les différents organes associés sont bien connues des spécialistes des microprocesseurs et elles ne sont donc pas détaillées. Un écran 13, connecté de façon connue avec le bus d'entrée/sortie du microprocesseur du système 12, permet une représentation du profil de la galerie à creuser suivant le gabarit 36, ainsi que celle de la trace 35 de la tête d'abattage 5 par rapport au profil de la galerie. Au moment de l'initialisation, la position de la trace 35 concise avec celle du rayon laser par rapport au même profil. L'écran 13 est disposé dans le poste de pilotage, en face du conducteur de la machine, alors que le calculateur peut être placé en un endroit quelconque sur la machine. The internal connections to the system 12 and the connections between the various associated members are well known to specialists in microprocessors and they are therefore not detailed. A screen 13, connected in a known manner with the input / output bus of the microprocessor of the system 12, allows a representation of the profile of the gallery to be dug according to the template 36, as well as that of the trace 35 of the felling head. 5 compared to the gallery profile. At the time of initialization, the position of the concise trace 35 with that of the laser beam relative to the same profile. The screen 13 is arranged in the cockpit, opposite the operator of the machine, while the computer can be placed anywhere on the machine.
En fonctionnement, la machine est utilisée de la façon suivante
Avant une phase de travail, ou phase d'abattage, le conducteur déplace l'organe d'abattage pour mettre en concordance le rayon laser avec le capteur 6 placé au plus près des tambours d'abattage. Cette opération a pour effet d'initialiser la machine par rapport à l'axe de référence de la galerie défini par le rayon laser, en intégrant dans le calculateur les mesures effectuées par les trois capteurs dans cette position de la tête d'abattage. Le conducteur peut alors commander l'étape d'abattage par déplacement de la tête 5, sans plus avoir besoin d'observer la tête elle-même, mais seulement en suivant les déplacements de la trace 35 de la tête d'abattage sur l'écran de visualisation 13 qui comporte le profil de gabarit souhaité 36.In operation, the machine is used as follows
Before a working phase, or slaughter phase, the driver moves the slaughter member to match the laser beam with the sensor 6 placed as close as possible to the slaughter drums. This operation has the effect of initializing the machine relative to the reference axis of the gallery defined by the laser beam, by integrating into the computer the measurements made by the three sensors in this position of the harvester head. The driver can then control the felling step by moving the head 5, without the need to observe the head itself, but only by following the movements of the trace 35 of the felling head on the display screen 13 which includes the desired template profile 36.
En cours de travail, les capteurs placés sur la machine indiquent à tout moment au calculateur la position du bras orientable portant la tête d'abattage. Cette position est visualisée sur l'écran par la trace 35 de la tête d'abattage, et les zones déjà abattues apparaissent selon une représentation qui les distingue de celles qui ne le sont pas encore. Lorsque le bras d'abattage atteint les limites prévues du gabarit, le calculateur, recevant les informations du capteur, donne l'ordre d'arrêt du ou des mouvements, par exemple en coupant 11 alimentation d'électrovalves de commande des vérins 40 et 41. During work, the sensors placed on the machine constantly indicate to the computer the position of the adjustable arm carrying the harvester head. This position is displayed on the screen by the trace 35 of the harvester head, and the areas already harvested appear according to a representation which distinguishes them from those which have not yet been harvested. When the felling arm reaches the planned limits of the template, the computer, receiving the information from the sensor, gives the order to stop the movement (s), for example by cutting off 11 supply of solenoid valves for controlling the jacks 40 and 41 .
Il est bien évident que la description qui précède ne concerne qu'un mode de réalisation particulier de la machine, choisi à titre d'exemple et nullement limitatif, et que toute modification à la portée de l'homme de l'art fait également partie de l'esprit de l'invention. It is obvious that the above description relates only to a particular embodiment of the machine, chosen by way of example and in no way limiting, and that any modification within the reach of those skilled in the art is also part. of the spirit of the invention.
Claims (9)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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| FR8305121A FR2543612A1 (en) | 1983-03-29 | 1983-03-29 | Method and machine for digging an underground gallery with positioning of the machine |
Publications (1)
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| FR2543612A1 true FR2543612A1 (en) | 1984-10-05 |
Family
ID=9287329
Family Applications (1)
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| FR8305121A Pending FR2543612A1 (en) | 1983-03-29 | 1983-03-29 | Method and machine for digging an underground gallery with positioning of the machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2543612A1 (en) |
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