[发明专利]一种悬臂式掘进机截割轨迹验证方法及系统

权利要求书

1.一种悬臂式掘进机截割轨迹验证方法，其特征在于，包括：

利用第一倾角传感器实时测量悬臂式掘进机机身的横滚角和机身的俯仰角；利用第二倾角传感器实时测量悬臂式掘进机悬臂的俯仰角；利用第一角度传感器实时测量悬臂的偏航角；利用第二角度传感器实时测量机身的偏航角；确定出所述悬臂式掘进机的悬臂的长度，并实时确定出所述悬臂式掘进机机身在巷道中的距离信息，所述距离信息包括悬臂式掘进机机身到左侧煤壁的距离和悬臂式掘进机机身到前煤壁的距离；

基于所述机身的横滚角、机身的俯仰角、机身的偏航角以及所述距离信息实时确定出所述悬臂式掘进机相对于巷道的位姿;基于所述悬臂的俯仰角、所述悬臂的偏航角、以及所述悬臂的长度实时确定所述悬臂式掘进机的截割头相对于悬臂式掘进机机身的位姿；

基于所述悬臂式掘进机相对于巷道的位姿以及所述截割头相对于悬臂式掘进机机身的位姿实时确定出所述截割头相对于巷道断面的位姿；

基于各个时刻的所述截割头相对于巷道断面的位姿确定出所述截割头的实际截割轨迹；

将所述实际截割轨迹与预定截割轨迹进行比对以对所述悬臂式掘进机截割轨迹进行验证，所述预定截割轨迹为预先规划好的截割轨迹；

其中，所述基于所述悬臂的俯仰角、所述悬臂的偏航角、以及所述悬臂的长度实时确定所述悬臂式掘进机的截割头相对于悬臂式掘进机机身的位姿，包括：

采集出悬臂的水平标定零位角，基于所述水平标定零位角、悬臂的偏航角以及悬臂的长度R确定截割头与所述机身在水平方向上的距离X，；

确定出悬臂的垂直标定零位角，基于所述垂直标定零位角、悬臂的俯仰角以及悬臂的长度R确定所述截割头与机身在垂直方向上的距离Y，；

基于所述悬臂的俯仰角、所述悬臂的偏航角、所述截割头与所述机身在水平方向和垂直方向上的距离，确定所述截割头相对于悬臂式掘进机机身的位姿；

其中，所述第一角度传感器的一端固定在一设置在所述悬臂式掘进机的回转机架上的第一定位器上，另一端固定在所述悬臂式掘进机的回转耳架上，以随着悬臂的旋转而旋转；所述第二角度传感器的一端固定在一设置在所述悬臂式掘进机底座上的第二定位器上，另一端固定在设置于所述底座上的回转机架上，以随着所述回转机架的旋转而旋转。

2.根据权利要求1所述的悬臂式掘进机截割轨迹验证方法，其特征在于，所述基于所述机身的横滚角、机身的俯仰角、机身的偏航角以及所述距离信息实时确定出所述悬臂式掘进机相对于巷道的位姿，包括：

根据如下公式一确定出所述悬臂式掘进机相对于巷道的位姿；

为机身的横滚角，为机身的俯仰角，为机身的偏航角，D₁为机身到左侧煤壁的距离，L为悬臂式掘进机到前煤壁的距离；D₂为悬臂式掘进机机身宽度，b为截割臂的抬升关节与地面之间的距离。

3.根据权利要求1所述的悬臂式掘进机截割轨迹验证方法，其特征在于，所述基于所述悬臂式掘进机相对于巷道的位姿以及所述截割头相对于悬臂式掘进机机身的位姿确定出所述截割头相对于巷道断面的位姿，包括：

根据如下公式二确定出所述截割头相对于巷道断面的位姿；

。

4.根据权利要求1所述的悬臂式掘进机截割轨迹验证方法，其特征在于，基于所述悬臂式掘进机工作面巷道断面的类型、截割头的直径、巷道的尺寸、走向以及截割工艺规划出所述截割头的预定截割轨迹。

5.根据权利要求1所述的悬臂式掘进机截割轨迹验证方法，其特征在于，还包括：当所述实际截割轨迹与所述预定截割轨迹不匹配时，报警提示。

6.一种悬臂式掘进机截割轨迹验证系统，其特征在于，包括：

悬臂式掘进机；

第一倾角传感器，设置在所述悬臂式掘进机的后机架上，用于测量所述悬臂式掘进机机身的横滚角和机身的俯仰角；

第二倾角传感器，设置在所述悬臂式掘进机的悬臂上，用于测量所述悬臂的俯仰角；

第一角度传感器和第二角度传感器，均设置在所述悬臂式掘进机的回转机架上，分别用于测量悬臂的偏航角和机身的偏航角；

超声波传感器，设置在所述悬臂式掘进机机身上，用于测量所述悬臂式掘进机机身在巷道中的距离信息，所述距离信息包括悬臂式掘进机机身到左侧煤壁的距离和悬臂式掘进机机身到前煤壁的距离；

可编程控制器，分别与所述第一倾角传感器、第二倾角传感器、所述第一角度传感器、以及第二角度传感器连接，用于根据所述机身的横滚角、机身的俯仰角、机身的偏航角以及所述距离信息确定出所述悬臂式掘进机相对于巷道的位姿，以及根据所述悬臂的偏航角、所述悬臂的长度确定所述悬臂式掘进机的截割头相对于悬臂式掘进机机身的位姿，并基于所述悬臂式掘进机相对于巷道的位姿以及所述截割头相对于悬臂式掘进机机身的位姿确定出所述截割头相对于巷道断面的位姿；并基于各个时刻的所述截割头相对于巷道断面的位姿确定出所述截割头的实际截割轨迹；

验证模块，与所述可编程控制器连接，用于将所述实际截割轨迹与预定截割轨迹进行比对以对所述悬臂式掘进机截割轨迹进行验证，所述预定截割轨迹为预先规划好的截割轨迹；

其中，所述可编程控制器还用于：

采集出悬臂的水平标定零位角，基于所述水平标定零位角、悬臂的偏航角以及悬臂的长度R确定截割头与所述机身在水平方向上的距离X，；

确定出悬臂的垂直标定零位角，基于所述垂直标定零位角、悬臂的俯仰角以及悬臂的长度R确定所述截割头与机身在垂直方向上的距离Y，；

基于所述悬臂的俯仰角、所述悬臂的偏航角、所述截割头与所述机身在水平方向和垂直方向上的距离，确定所述截割头相对于悬臂式掘进机机身的位姿；

其中，还包括：

第一定位器，设置在所述悬臂式掘进机的回转机架上，所述第一角度传感器的一端固定在所述第一定位器上，另一端固定在所述悬臂式掘进机的回转耳架上，随着悬臂的旋转而旋转，以用于测量所述悬臂的偏航角；

第二定位器，设置在所述悬臂式掘进机底座上，所述第二角度传感器的一端固定在所述第二定位器上，另一端固定在设置于所述底座上的回转机架上，随着所述回转机架的旋转而旋转，以用于测量所述机身的偏航角。