[发明专利]一种截割头精准坐标检测系统及检测方法

说明书

本发明涉及矿井智能截割技术领域，涉及一种截割头精准坐标检测系统及检测方法，其中，一种截割头精准坐标检测系统，包括截割头坐标修正点、机身俯翻角检测装置，所述截割头坐标修正点设置在截割臂上且靠近截割头处；一种截割头精准坐标检测方法，通过并获取掘进机的基准位姿；测量掘进机位姿及截割臂摆角；采用矩阵变化法与图像识别法获得截割头修正点的计算空间坐标和识别空间坐标；以此计算修正系数，获取精准截割头坐标；与现有技术相比，本发明能够更好的适应矿井粉尘浓度大、强烈噪声、湿度大等复杂环境，消除截割时高频振动对测量精度影响，获取更加精确的截割头坐标，满足巷道边界控制、截割路径控制与智能截割控制等相关控制的需要。

技术领域

本发明涉及矿井智能截割技术领域，具体地说，涉及一种截割头精准坐标检测系统及检测方法。

背景技术

煤炭开采技术一直是研究的焦点，随着综采设备迅速发展，采掘失衡现象日益严重。掘进机截割过程中工作环境恶劣，驾驶员受限于掘进工作面恶劣工况，人工操作形成的巷道断面成形质量差，容易造成欠挖、过挖等现象，掘进机截割头位置自动精确定位是实现掘进机智能无人化开采的前提条件。

截割头坐标的精准检测是掘进机智能化的核心技术。截割头坐标检测的前提是获得掘进机位姿，通常情况下，掘进机位姿由偏航角(即机身在巷道方向左右的回转角)、俯仰角(即机身在巷道长度方向的前后倾角)、翻滚角(即机身在巷道长度方向的左右倾角)及机身在巷道中的位置组成。目前，掘进机位姿检测方法有捷联惯导技术、超宽带技术、全站仪等技术。捷联惯导根据陀螺仪测出的角速度信息解算出姿态角；通过二次积分的方式对加速度计测量的加速度信息进行解算，得到位置信息；但由于机身振动较为剧烈、巷道内温度变化大及惯性传感器本身存在累积误差，测得的数据误差较大。超宽带技术(UWB)采用无线电信号测距原理对掘进机定位定向；但超宽带信号受巷道内粉尘浓度大的影响，在传输过程容易发生漫反射现象，且超宽带技术的授权频谱有相当多的现存通信设备，超宽带设备功率需要低于一定门限才能不影响其他通信系统，这导致超宽带技术不适用于井下长距离的掘进机定向定位。全站仪向安装在掘进机上的棱镜发射激光，获取棱镜在巷道内的坐标，对此坐标进行相关解算得到掘进机位姿；但激光受巷道内粉尘影响，易出现散射现象，且传播路径易被遮挡，造成测量结果不准确。

基于对以上掘进机截割头坐标检测方法的分析，这些方法存在共同的局限，即单方法检测截割头坐标测量精度较低，无法精确得出掘进机截割头轮廓与巷道边界之间的位置关系，因而难以适应井下复杂的环境。此外，目前的位姿检测结果仅仅用于显示，不能用于控制截割边界、截割轨迹控制。

发明内容

本发明的内容是提供一种截割头精准坐标检测系统及检测方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。

根据本发明的一种截割头精准坐标检测系统，包括截割头坐标修正点、机身偏航角检测装置、机身俯翻角检测装置，所述截割头坐标修正点设置在截割臂上且靠近截割头处，所述机身偏航角检测装置安装在机身上方，所述机身俯翻角检测装置安装在机身合理位置机体处；

所述机身偏航角检测装置包括一号标志杆和二号标志杆，所述一号标志杆设置在与机身回转中线重合的位置处，所述二号标志杆与一号标志杆平行设置且距一号标志杆有一定距离；

所述机身俯翻角检测装置包括光斑发射器、发射装置和框架，所述光斑发射器设置在发射装置顶端并与发射装置中线重合，所述发射装置重心在自身中线上且偏向底部，所述发射装置安装在第二旋转轴上并可绕轴自由旋转，所述第二旋转轴安装在圆环上，所述圆环安装在第一旋转轴上，所述第一旋转轴安装在框架的隔板上并可绕其自由旋转，在所述框架内光斑发射器上方设有接收装置；

在巷道上方顶板处设有移动载体，在移动载体上安装有视觉识别装置。

优选的，所述移动载体包括锚桩和吊板；所述吊板焊接在锚桩上，在所述吊板下方固定设有轨道，在所述轨道上设有用于驱动移动载体行走的主动行走轮，所述主动行走轮设置为轮毂电机驱动，同时，在所述轨道下方设有用于保证视觉识别装置平稳推进的辅助固定轮。