[发明专利]掘进机激光引导定位定向装置及方法

权利要求书

1.一种掘进机激光引导定位定向装置，其特征在于该装置包括在掘进机后部的巷道顶板(12)上设置一个激光指向器(11)、安装在掘进机前部的悬臂(15)上的激光接收装置(13)；所述的激光接收装置(13)中，激光接收器(21～2n)的输出端接多路转换开关(22)的输入端，多路转换开关(22)的输出端接模数转换器(23)的输入端，模数转换器(23)的输出端接单片机(24)的输入端，单片机(24)的输出端输出掘进机偏离激光引导方向的偏差和掘进悬臂对准掘进断面中心坐标的信息。

2.根据权利要求1所述的掘进机激光引导定位定向装置，其特征在于所述激光指向器(11)发射的激光采用调制光。

3.根据权利要求1所述的掘进机激光引导定位定向装置，其特征在于：所述激光接收装置(13)由光电接收元件和与之对应的放大器组成；光电接收元件由多个光敏管组成光敏管矩阵，光敏管矩阵中心位置的光敏管为基准光敏管(31)，每一个光敏管后接一个光电转换放大电路；光敏管的一端接地，另一端接第一运算放大器(U1)的同向输入端，其正输入端与输出端之间接第二电阻(R2)，构成前级运放电路；为了消除暗电流的影响，第二电阻(R2)两端并联第二电容(C2)，第一运算放大器(U1)的反向输入端通过相并联的第一电容(C1)、第一电阻(R1)接地；第一运算放大器(U1)的输出端接第二运算放大器(U2)的同向输入端构成主放大电路，改变第4电阻(R4)的阻值可以改变放大倍数。

4.根据权利要求1所述的掘进机激光引导定位定向装置，其特征在于：所述多路转换开关(22)由第一多路转换开关(UIB)、第二多路转换开关(U2B)构成32选1功能的多路选择电路，两路多路转换开关的输入端连接激光接收器的输出端，用以接收27路模拟量信号，其输出端接模数转换器(U2B)的输入端10VIN；两个多路转换开关的通道选择控制端(A₀、A₁、A₂、A₃)分别对应接单片机(U3A)的控制信号输出端(P1.0、P 1.2、P 1.3、P 1.4)。

5.根据权利要求1所述的掘进机激光引导定位定向装置，其特征在于：所述单片机的型号为89S51。

6.一种如权利要求1所述的掘进机激光引导定位定向装置的定位定向方法，其特征在于该定位定向方法包括以下步骤：

a在掘进机后面的巷道顶板上设置一个激光指向器(11)；激光指向器(11)位于巷道的中心线上，其中的激光发射器发射指向激光，激光束提供巷道施工的中心线；

b在距截割头约50～100cm处的悬臂(15)上安装一个激光接收器(21)，用以接收指向激光；

c将截割头(14)对准指向激光，调整悬臂使基准光敏管接收到指向激光，即完成了截割头的位置标定，并以此为坐标基准，控制截割头的正常掘进；

d将激光接收器(21)的输出端与多路转换器的输入端连接，多路转换器的输出端与模数转换器输入端连接，模数转换器将数字信号传送至单片机；

e激光接收器中的任何一个光敏管接收到指向激光，单片机都能计算出切割头的位置，并对悬臂的实际位置和基准坐标进行比较、处理，输出掘进悬臂对准掘进断面中心坐标的信息，实现截割头的定位截割；

f当控制悬臂使基准光敏管接收到指向激光束时，根据安装在截割悬臂上的角位移检测器和机身上的倾斜检测器与前进方向倾角检测器，得到悬臂的偏转角度和机身姿态信息，通过计算机处理中心的计算，输出掘进机机身与激光引导方向的偏离误差，实现掘进机激光引导的定向控制。