[发明专利]一种综采工作面测量机器人装置和自动测量系统

说明书

本发明公开了一种综采工作面测量机器人装置和自动测量系统，属于煤矿智能开采领域。测量机器人组成部分包括：吊笼、全站仪、棱镜、工控机。将具备自动整平功能的吊笼固定吊装在液压支架顶梁上，然后将全站仪、工控机固定在吊笼中，最后将带插接件的棱镜和全站仪底座对接，形成一个测量机器人装置。根据矿井综采工作面起伏，沿综采工作面依次布设多个测量机器人，且相邻的测量机器人通视，构成矿井覆盖综采工作面的自动测量系统。通过所述综采工作面测量机器人装置和自动测量系统实现了矿井综采工作面固定和移动目标的精确大地坐标测量。

技术领域

本发明涉及煤矿智能开采领域，特别是涉及一种综采工作面测量机器人装置和自动测量系统。

背景技术

随着矿井智能化水平的提高，国家鼓励井下综采工作面危险工作区域实现少人、无人作业。矿井综采工作面作业的“少人则安”和“无人则安”的关键是实现综采工作面的透明化。综采工作面的透明化是建立在综采工作面统一坐标空间坐标系基础上的。

矿井综采工作面的采掘是个动态推进的过程。那么，在综采工作面动态推进的过程中，如何在矿井综采工作面布设控制网，快速自动构建综采工作面高精度、统一坐标系的空间关系，是需要考虑的。由于矿山井下环境条件恶劣，存在空间受限、磁场较强等问题，一直没有很好的解决办法，地表效果显著的GPS、北斗定位也无法使用。目前的综采工作面测量手段，主要存在如下问题：

（1）定期通过传统导线方式进行目标点测量（例如，每隔一周或者半个月，在检修班期间进行测量）。当综采工作面推进后，整个空间关系就被破坏，无法满足智能化综采工作面的实时定位需求。

（2）基于陀螺全站仪的矿井综采工作面目标点测量的方法可以动态构建统一坐标的空间关系。但是，这种方式主控测量机器人和普通测量机器人都是采用的陀螺全站仪；本专利仅当巷道只有一个控制点可视时，才会在主控测量机器人上采用陀螺全站仪，其他普通测量机器人上全部采用不带陀螺寻北仪的全站仪。当综采工作面推进以后，陀螺全站仪的每次寻北时间较长（陀螺仪寻北精度越高耗时越长）。而且，陀螺全站仪价格昂贵，在恶劣环境（高温、高湿、震动）下适应性较弱。

（3）基于距离交会的矿井综采工作面目标点量的方法可以动态构建统一坐标的空间关系。但是，除机头或者机尾的主控全站仪可基于距离交会计算大地坐标外，中间位置的全站仪由于全站仪设站点和后方距离交会两个控制点三点几乎一条直线上、全站仪设站点为顶点的夹角近似零度，导致坐标计算误差很大，甚至无法计算坐标。

发明内容

鉴于上述问题，提出了一种综采工作面测量机器人装置和自动测量系统，采用由吊笼、全站仪、棱镜和工控机组成的测量机器人，通过测量机器人取代陀螺全站仪，解决了使用陀螺全站仪寻北时间较长，价格昂贵，在恶劣环境下适应性较弱的问题。

依据本发明的一个方面，一种综采工作面测量机器人装置，测量机器人组成部分包括吊笼、全站仪、棱镜、工控机，其中：

吊笼安装于矿井综采工作面液压支架的顶梁上，用于装载全站仪、工控机和棱镜；吊笼具备自动整平功能，以保证吊笼腔体内的全站仪保持水平状态；吊笼为防水、防尘、防震的封闭空间，并根据工作面测量前后视方位近似直线特性，在吊笼的前后设置透明的视窗以供全站仪观测；

全站仪是一种集自动目标识别、自动照准、自动测角测距、自动目标跟踪、自动计算、自动存储于一体的测量平台，全站仪固定在吊笼腔体的中心位置；

棱镜是全站仪测量的光学目标装置，包括普通棱镜和360度棱镜，棱镜安装在吊笼的底部，棱镜的垂直轴线和全站仪的对中轴在同一铅垂线上，棱镜的XY大地坐标和全站仪设站点的XY坐标相同；

工控机为工业计算机，搭载在吊笼内，工控机中部署了测量机器人装置的自动控制程序，用来控制工控机所在的测量机器人装置本体和调度多个测量机器人协同工作；