[发明专利]掘进机激光引导定位定向装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掘进机激光引导定位定向装置及方法，尤其适用于环境恶劣煤矿井下实现掘进机的远程控制，缩短悬臂调整时间，提高掘进的速度，也保证了掘进机在指向激光方向上的定向掘进，为掘进断面的精确截割提供了基准依据。

背景技术

巷道掘进时的精确导向问题是巷道施工时的一个关键问题，导向精度的高低直接影响巷道的施工质量和施工效率。煤矿掘进机为了按照预先规定的路线掘进，目前国内将激光束投射到需要挖掘的煤岩上，根据激光束的指向，人工不断地给操作司机提示，非常麻烦；国外将激光接收器安装在掘进机上，通过掘进机身的调整，进行定向挖掘，这种方法的缺点是由于掘进机的倾斜、跑偏等现象，机身上的激光接收器很难接收到进行导向的激光束，国内有关研究提出了“智能经纬仪导向”的思路，即将激光接收器设计成可以自由活动的测量机器人，该方法实际上由于现场地形和环境的复杂难以实施，此外通过左右行走马达将机身调正需要很长的时间，会大大影响掘进机的工作效率。公开号为CN101266134，名称为“悬臂掘进机头位姿的测量系统及其方法”的专利通过测量掘进机车体在大地坐标系的坐标，测量掘进机车体偏摆角、仰俯角、横滚角和油缸行程，计算悬臂掘进机头相对车体以及大地坐标系的位姿。此法数据采集处理复杂，没有直接标定掘进悬臂对准掘进断面中心坐标的信息，且调整时间较长。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种结构简单，光的抗干扰性能强，工作效率高，掘进机在机身倾斜、跑偏等不同情况下，在指向激光方向上定向掘进的装置及方法。

技术方案：本发明的装置是由激光发射器、安装在悬臂上的激光接收器和多路转换开关、模数转换器、单片机和控制系统构成，其中激光接收器的输出端与多路装换开关的输入端相连，多路装换开关的输出端和模数转换器的输入端相连，模数转换器的输出端与单片机的输入端相连接，单片机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。

装置包括在掘进机后部的巷道顶板上设置一个激光指向器、安装在掘进机前部的悬臂上的激光接收装置；所述的激光接收装置中，激光接收器的输出端接多路转换开关的输入端，多路转换开关的输出端接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端接单片机的输入端，单片机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。

所述激光指向器发射的激光采用调制光。

所述激光接收装置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，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的同向输入端，其正输入端与输出端之间接第二电阻，构成前级运放电路；为了消除暗电流的影响，第二电阻两端并联第二电容，第一运算放大器的反向输入端通过相并联的第一电容、第一电阻接地；第一运算放大器的输出端接第二运算放大器的同向输入端构成主放大电路，改变第4电阻的阻值可以改变放大倍数。

所述多路转换开关由第一多路转换开关、第二多路转换开关构成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的输入端10VIN；两个多路转换开关的通道选择控制端分别对应接单片机的控制信号输出端。

所述单片机的型号为89S51。

掘进机激光引导定位定向装置的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；激光指向器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处的悬臂上安装一个激光接收器，用以接收指向激光；

c将截割头对准指向激光，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；