[发明专利]一种基于UWB采煤机工作面端头校准装置及方法

说明书

一种基于UWB采煤机工作面端头校准装置及方法，属于井下采煤机端头校准技术领域。采煤机机身上安装定位装置防爆外壳，定位装置防爆外壳内安装惯性导航定位装置和UWB定位终端传感器；UWB基站固定在支架上，支架安装在螺杆上，螺杆设置在导轨上，螺杆与电机通过联轴器连接，在电机上连接有轴编码器；支撑体放置导轨下方；惯性导航定位装置、UWB定位终端传感器、轴编码器通过数据微处理单元与计算机相连；UWB定位系统在端头对采煤机完成校准后，UWB基站沿着顺槽巷道移动，为下次校准做好准备，形成对采煤机“一刀一校准”的端头校准系统，能够减小采煤机的定位误差，提高采煤机的定位精度，操作方便，实用性强。

技术领域

本发明涉及一种井下采煤机端头校准技术领域，特别是一种基于UWB采煤机工作面端头校准装置及方法。

背景技术

煤矿井下综采工作面的自动化和智能化是实现矿井无人化、安全高效开采的关键步骤，也是发展数字矿山、提高矿井机电装备信息化和自动化水平的重要组成部分。为实现综采工作面的少人化和无人化，综采工作面“三机”即采煤机、刮板输送机和液压支架的智能化是关键技术之一，而采煤机在地质空间的三维定位是实现智能综采工作面的核心技术。对于采煤机的定位，不同学者进行了深入的研究，目前适用于采煤机的定位原理主要包括红外线定位、无线传感定位、里程计定位、激光定位、超声波定位、纯惯性导航定位，但是这些定位方法达不到井下定位精度的要求。

Ultra-wideband(UWB)超宽带无线通信技术是利用脉冲信号进行高速无线数据传输的短程通信技术，其具有很高的带宽、抗干扰能力强、抗多径强、穿透性强、低功耗、视距范围内的误差能够达到厘米级别等优点，UWB传感器已经被用来实现三维定位，这为井下采煤机定位奠定了良好的基础。申请号为：CN201711010474.4，公开了一种综采工作面推进度检测系统及方法，该方法在进风巷、回风巷的岩壁等距离固定安装定位锚点，在液压支架、采煤机等设备上部署定位标签和定位控制器，通过液压支架上的UWB基站和采煤机上的UWB定位标签形成定位系统，根据测距数据计算出采煤机的位置，这种方法能够实现对采煤机的定位，但是由于液压支架金属体对电磁的传播的影响，造成测距不准确而导致定位精度不高，同时液压支架的频繁移动也会导致UWB基站的实际坐标不准确，也会造成定位误差较大。申请号为：CN201510869993.0，公开了一种井下采煤机捷联惯导系统的组合初始对准系统及对准方法，申请号为：201510616936.1，公开了一种基于超窄脉冲技术的采煤机位置检测装置，这两种方法都是将无线传感器安装在液压支架的顶梁和底座上，忽略的金属对无线信号的影响和液压支架的移动对基站坐标的影响，使得该定位方法效果不佳。申请号为：CN201410749250.5，公开一种基于UWB采煤机绝对位置精确校准方法及装置，在采煤机定位装置中放置UWB定位标签，在顺槽巷道中均匀布置若干个超宽带无线通讯UWB传感器，沿开采区域划定各个超宽带无线通讯UWB传感器的信号收发区域，根据各个超宽带无线通讯UWB传感器的绝对坐标在上位机中建立采煤机绝对位置精确校准模型，该方法虽然考虑到了液压支架对UWB信号传播的影响，将UWB设置在顺槽巷道中，但是忽略了UWB基站与UWB定位标签进行通讯时，它们处于非视距范围内，UWB信号需穿过煤层才能被采煤机机上的UWB定位标签接受，而非视距内的测距误差较大，解算出来的位置坐标误差较大，造成定位不准确，随着采煤机工作时间的延长，误差会逐渐增加，达不到对采煤机校准的效果。

对采煤机进行有效且准确的定位和监测是实现综采的关键，现有的定位技术及校准技术在实际应用中还是难以满足井下复杂的环境，对采煤机定位技术及采煤机位置校准技术的改进迫在眉睫，需要新的方法来解决采煤机的定位问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于UWB采煤机工作面端头校准装置及方法，旨在解决采煤机定位误差不断累积，定位不准确的问题。