[发明专利]掘进机位姿检测系统和掘进机

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及掘进机位姿检测系统和掘进机。

背景技术

悬臂式掘进机是一种能够完成截割、装载、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾灭尘等功能的巷道掘进设备，是煤矿井下生产中应用最广泛的巷道掘进机械装备。随着科学技术的进步，要求巷道施工向安全、优质、高效、无人化方向发展，因此，加强掘进机向智能化方向发展是一个大的趋势。

然而，目前煤矿井下的掘进机操作手主要是以激光指向仪发射的激光光束为指引方向，通过手动操作控制掘进机前进运动轨迹，随机性比较大。因为煤矿井下工作环境极其恶劣，粉尘浓度大、光线黑暗，严重影响操作手的视线，容易造成欠挖、过挖现象，给井下工人增加了工作量，降低了工作效率，所以针对上述掘进机工作缺点，研发人员不断提出了掘进机的姿态检测方法，但其测量精度不高，准确性差，且结构复杂，可引发的故障点多，整个系统的稳定性差，实际可操作性差。

因此，需要一种掘进机位姿检测技术，可准确检测出掘进机的位姿参数，且结构设计简单，系统结构稳定性高。

发明内容

考虑到上述背景技术，本发明所要解决的一个技术问题是提供一种掘进机位姿检测技术，可准确检测出掘进机的位姿参数，且结构设计简单，系统结构稳定性高。

根据本发明的一个方面，提供了一种掘进机位姿检测系统，包括：激光指向单元、激光幕布式标靶、第一采集单元、第二采集单元和数据采集模块，其中，所述激光指向单元安装在煤矿井下的巷道上方，发射激光束；所述激光幕布式标靶安装在掘进机上，接收所述激光指向单元发射的激光束；所述第一采集单元采集所述激光幕布式标靶所呈现的激光点图像并将激光点图像数据传送至所述数据采集模块；所述第二采集单元安装在所述掘进机本体上，检测所述第二采集单元相对于预定坐标系的角度信息并将所述角度信息发送至所述数据采集模块；所述数据采集模块接收来自所述第一采集单元和所述第二采集单元的检测结果，根据所述检测结果确定所述掘进机的位姿参数。

激光指向单元为掘进机确定行走方向的基准，为了避免人工观察激光的指向，可在掘进机上安装激光幕布式标靶，来确定激光相对于掘进机的位置，从而可确定掘进机相对于激光光束的位置，并且还通过第二采集单元来采集自身相对于预定坐标系的角度信息，从而可确定掘进机相对于预定坐标系的角度信，通过上述两个信息便可准确确定掘进机的位姿参数，并且涉及的元器件结构简单，进一步提高了系统的稳定性。

在上述技术方案中，优选的，所述数据采集模块包括：图像处理单元和数据处理单元，其中，所述图像处理单元连接至所述第一采集单元，根据所述激光点图像数据计算出所述掘进机的水平偏向位移和垂直偏向位移，并将所述水平偏向位置和垂直偏向位移的数据传送至所述数据处理单元；所述数据处理单元接至所述图像处理单元和所述第二采集单元，根据所述图像处理单元的图像处理结果和所述第二采集单元的检测结果得到所述掘进机的位姿参数，所述位姿参数包括偏向角、俯仰角、滚动角、水平偏向位移和垂直偏向位移。

根据采集的激光点图像便可以知道掘进机的水平偏向位置和垂直偏向位置，以及根据第二采集单元的检测结果便可以知道掘进机的偏向角、俯仰角、滚动角等角度信息，根据这些参数便能够准确测出掘进机相对于激光方向的位置和姿态。

在上述任一技术方案中，优选的，所述数据处理单元还连接至所述掘进机的控制器，用于判断所述掘进机的偏向角是否大于角度警戒值，在大于所述角度警戒值时，将角度调整命令发送至所述控制器，以调整所述掘进机的机身角度。

在检测出掘进机的偏向角之后，进而判断该偏向角是否处于设定的角度警戒值，若大于，说明掘进机的姿态已不符合理想姿态，需调整掘进机的机身角度，因此向掘进机的控制发送控制信号，控制信号包含调整的角度范围和方向，掘进机收到该控制信号后，向执行机构发送调节命令，利用掘进机行走电磁阀的开度从而调整掘进机的机身角度。

在上述任一技术方案中，优选的，所述数据处理单元还用于判断所述水平偏向位移是否大于水平位移警戒值，在大于所述水平位移警戒值时，计算出所述掘进机的左履带速度和右履带速度并获取左右履带速度差，将所述左右履带速度差传送至所述控制器，以调整所述掘进机的左履带速度和/或右履带速度。

同样的，通过水平位移可确定掘进机偏离航道的程度，当水平大于设定的水平位移警戒值，说明需调整掘进机的位移，使得激光点能打在激光标靶上的理想位置，通过控制器调整左右履带的行驶速度，使掘进机在行进的过程中可往左移或往右移，从而调节掘进机的水平位移。