[发明专利]用于悬臂式掘进机的两平面激光对射位姿测量系统与方法

说明书

本发明涉及一种用于悬臂式掘进机的两平面激光对射位姿测量系统及其测量方法，其系统由激光发射与测距单元、平面标靶单元、扩展单元、下位机主控单元、数据传输单元及上位机组成，其中平面标靶单元由多支光敏二极管组成光敏二极管方阵。激光发射与测距单元发出三束激光束信号后，平面标靶单元的光敏二极管方阵中将有三个光敏二极管对应感光，掘进机工作过程中，当机身的位置与姿态变化时，通过下位机主控单元获取平面标靶单元中感光点在巷道坐标系及机身坐标系中的坐标数据，将获得的数据通过数据传输单元输送至上位机，由上位机对相应数据进行解算，从而得到掘进机的位姿参数。

技术领域

本发明属于矿井巷道掘进设备的测量技术领域，涉及一种用于悬臂式掘进机的两平面激光对射位姿测量系统及其测量方法。

背景技术

位姿测量技术是悬臂式掘进机智能化控制系统的关键技术。准确地获取悬臂式掘进机在巷道内的位姿参数，有助于实现掘进机自动纠偏，从而促进掘进机按照预期轨迹在巷道内运行，也有助于促进掘进机自动成形精度的提高。传统的掘进机位姿检测方法主要有基于惯性测量技术的悬臂式掘进机位姿检测方法、基于超宽带测量技术的悬臂式掘进机位姿检测方法和基于iGPS测量技术的悬臂式掘进机位姿检测方法。基于惯性测量技术的悬臂式掘进机位姿检测方法的位置检测误差会随着测量时间的增加而增大，需要外部辅助设备进行阶段性标定，导致技术复杂，且成本较高；由于煤矿环境复杂，超宽带信号传播时易受环境影响，从而影响位姿监测精度；基于iGPS测量技术的悬臂式掘进机位姿检测方法测量范围较小，不适应煤矿的工况环境。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种操作控制方便、测量精度以及智能化程度高的用于悬臂式掘进机的两平面激光对射位姿测量系统，同时根据该测量系统还提供一种用于悬臂式掘进机的两平面激光对射位姿测量方法。

为实现以上发明目的而提出的测量系统的技术方案如下所述。

一种用于悬臂式掘进机的两平面激光对射位姿测量系统，由安装在掘进巷道内的激光发射与测距单元、安装在掘进机机身上的平面标靶单元、以及扩展单元、下位机主控单元、数据传输单元、上位机组成，激光发射与测距单元具有三个不共线的激光发射点，该激光发射点可向平面标靶单元发射激光，平面标靶单元由多支光敏二极管按顺序排列组成光敏二极管方阵，并且具有激光束信号感应端与输出/输入端，其激光束信号感应端用于感应来自激光发射与测距单元的激光信号，其输出/输入端通过扩展单元与下位机主控单元的输入/输出端连接，下位机主控单元具有测距输出/输入端和数据信号输出/输入端，其测距输出/输入端接至激光发射与测距单元的输入/输出端，其数据信号输出/输入端通至数据传输单元的输入/输出端，数据传输单元的上位机输出端与上位机的信号输入端连接。

上述用于悬臂式掘进机的两平面激光对射位姿测量系统中，激光发射与测距单元由一个MAX485器件和三个用于激光发射及测距的GBLM-07模块组成，三个GBLM-07模块的输入/输出端经MAX485器件与下位机主控单元的测距输出/输入端连接，用于激光发射及测距的三个GBLM-07模块的激光发射端向平面标靶单元发射激光束信号，且测量激光发射点与感光点之间的距离。由于激光发射与测距单元中可以发射激光的三个GBLM-07模块(三个激光发射点)不共线，可以构成激光发射平面。

上述用于悬臂式掘进机的两平面激光对射位姿测量系统中，扩展单元用于扩展相应芯片管脚，它包括n支并行设置的74HC595芯片和n支并行设置的74HC165芯片，所述的平面标靶单元由8n×8n支光敏二极管按顺序排列组成光敏二极管方阵，n＝1,2,3……，光敏二极管方阵的各正极管脚按每8行一组，均分为n组，并分别通过扩展单元中一个对应的74HC595芯片与下位机主控单元的输出端连接，光敏二极管方阵的各负极管脚也按每8列一组，均分为n组，并分别通过扩展单元中一个对应的74HC165芯片与下位机主控单元的输入端连接。