一種采煤機-液壓支架相對定位的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能夠精確定位采煤機的方法及裝置，尤其是一種采煤機-液壓支 架相對定位的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 綜采自動化的核心是"三機"協(xié)同動作，即液壓支架、刮板輸送機依靠采煤機的工 作位置及工作狀態(tài)等信息進行自動控制，因此，綜采自動化研宄的首要任務(wù)是采煤機智能 監(jiān)控系統(tǒng)進行研宄，并且最為關(guān)鍵的就是采煤機的自主精確定位技術(shù)。目前，紅外線采煤機 位置檢測裝置和軸編碼器定位裝置為井下工業(yè)現(xiàn)場最常用的兩種定位方式，單獨運用其中 一種定位方式會存在一定的問題，如在使用紅外線位置檢測裝置時，會出現(xiàn)由于現(xiàn)場一些 物品遮擋紅外信號，使其產(chǎn)生誤判；在使用軸編碼器定位時，采煤機的行走輪同刮板輸送機 的銷排嚙合不是嚴格意義上的齒輪傳動，只能算是一種"類齒輪齒排傳動"，由于輪齒同銷 排嚙合時，有較大的空隙，這樣會在計算過程中形成累積誤差，該誤差會隨著時間累積而變 大，因此采用這些單一的方法對采煤機的定位可靠性和準確性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種采煤機-液壓支架相對定位的方 法及裝置，通過紅外傳感器定位、軸編碼器定位以及慣性導(dǎo)航定位三種定位策略融合對采 煤機進行定位，提高定位的可靠性和準確性。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種采煤機-液壓支架相對定位 裝置，包括紅外傳感器、軸編碼定位裝置、慣性導(dǎo)航定位裝置和中央系統(tǒng)處理單元，慣性導(dǎo) 航定位裝置、軸編碼定位裝置和紅外傳感器分別電連接于中央系統(tǒng)處理單元；慣性導(dǎo)航定 位裝置安裝在采煤機的重心位置，軸編碼定位裝置放置在采煤機行走部行星減速器的低速 輸出軸上，紅外傳感器包括安裝在采煤機中心位置的紅外線發(fā)射裝置以及安裝在各個液壓 支架上的復(fù)數(shù)個紅外線接收裝置。
[0005] 一種采煤機-液壓支架相對定位方法，包括以下步驟：
[0006] 紅外線發(fā)射裝置隨著采煤機行走連續(xù)的發(fā)射紅外信號，位于各液壓支架上的紅外 線接收裝置會接收到強度不等的紅外信號，靠近采煤機中心位置的紅外線接收裝置信號強 度最強，確定該信號最強的紅外線接收裝置所在的液壓支架為采煤機正對的液壓支架；
[0007] 軸編碼定位裝置根據(jù)行走部齒輪的傳動比計算出采煤機的行走距離，通過對行走 距離進行計算求出該采煤機的位置；
[0008] 通過慣性導(dǎo)航定位裝置上的三軸陀螺儀和三軸加速度計測得角速度和加速度后， 發(fā)送至中央系統(tǒng)處理單元，求得相應(yīng)的位置參數(shù)，再進行計算得到采煤機的位置；
[0009] 分別通過紅外線發(fā)射裝置、軸編碼定位裝置和慣性導(dǎo)航定位裝置定確定采煤機的 位置后，進行比較處理，最終確定采煤機的精確定位位置。
[0010] 紅外傳感器的定位方法為：
[0011] 通過安裝在采煤機上的紅外線發(fā)射裝置發(fā)射信號，安裝在液壓支架上的紅外線接 收裝置接收信號，隨著采煤機行走連續(xù)的發(fā)射紅外信號，位于附近的紅外線接收裝置將會 接收到強度不等的紅外信號，將信號發(fā)送至中央系統(tǒng)處理單元，根據(jù)信號強度確定出目前 采煤機所在位置[i，i+a]，信號最強的接收裝置所在的液壓支架即為紅外傳感器確定的采 煤機正對的液壓支架；
[0012] 軸編碼器定位裝置的定位方法為：
[0013] 設(shè)輸出軸到行走輪的齒輪傳動比為i，軸編碼器旋轉(zhuǎn)一周生成的脈沖數(shù)目為N， 某一時刻所累計的脈沖數(shù)目為n(tj，行走輪的分度圓半徑為R，采煤機的當前運行的距離 為：
[0014]
[0015] 結(jié)合液壓支架的寬度以及液壓支架在工作面上的分布情況進行采煤機和液壓支 架的相對定位，設(shè)工作面液壓支架寬度為0，相鄰液壓支架之間的平均距離為△ 0，液壓 支架從采煤機行走開始端編號1~n，采煤機正對的液壓支架的支架號為j，采煤機 行走距離同液壓支架編號之間的關(guān)系為：
[0016] S(ti) =A|3 ? [nc(ti)-l] + |3 ?nc(ti)
[0017] 由此得出采煤機正對的支架號
[0018]
[0019] 慣性導(dǎo)航足位裝置的足位方法為：
[0020] 通過慣性導(dǎo)航定位裝置中的三軸陀螺儀和三軸加速度計測得對應(yīng)的角度和加速 度后，發(fā)送到中央系統(tǒng)處理單元，通求得相應(yīng)的位置參數(shù)，隨后計算后得出采煤機的當前位 置；
[0021] 由采煤機機身上安裝的三軸加速度計直接測得沿采煤機機身坐標系的比例分量 fb-fbfbh,，}y，h，
[0022] 設(shè)采煤機機身坐標系為固聯(lián)在采煤機機身中部的一點Oxbybzb，三個坐標軸的初始 方位同平臺坐標系重合，實現(xiàn)由采煤機機身至平臺坐標系的坐標轉(zhuǎn)換的采煤機姿態(tài)矩陣T 應(yīng)滿足如下的坐標轉(zhuǎn)換方程：
[0023]
[0024] 通過實時解算算法獲得采煤機的姿態(tài)矩陣T，
[0025]
[0026] 進而計算得到平臺坐標系內(nèi)的測量參數(shù)
[0027] 在平臺坐標系下對三個方向的加速度進行兩次積分計算，從而獲得采煤機機身安 裝點在慣性下的位移情況；通過四元數(shù)法進行采煤機姿態(tài)矩陣的實時求解，設(shè)采煤機機身 坐標系相對平臺系做定軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動四元數(shù)為：
[0028] Q(t) =q0(t)+q! (t)ib+q2(t)jb+q3(t)
[0029] 三軸陀螺儀測得角速度《，Q隨時間變化而變化，Q的實時求解通過解四元數(shù)微分 方程
[0030]
[0031] 得到，然后通過最佳正交化糾偏得到：
[0032]
[0033]由此，計算得到采煤機姿態(tài)矩陣T的實時值為：
[0034]
[0035] 采煤機機身坐標系下加速度的坐標轉(zhuǎn)換：
[0036] UJJ
L7z
[0037] 在平臺坐標系下對三個方向的加速度再加上重力加速度：
[0038]
[0039] -次積分求出對應(yīng)的速度
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 二次積分求出對應(yīng)的位移
[0044]
[0045]
[0046]
[0047] 其中各速度位移的初始值均為0 ;
[0048] 計算當前采煤機的位置k，結(jié)合液壓支架的寬度以及液壓支架在工作面上的分布 情況進行采煤機和液壓支架的相對定位，設(shè)工作面液壓支架寬度為0，相鄰液壓支架之間 的平均距離為△ 0，液壓支架從采煤機行走開始端編號1~n，采煤機正對的液壓支架的支 架號為k，采煤機行走距離同支架號之間的關(guān)系為：
[0049] S(ti)=A|3?[nc(ti)-l]+|3?nc(ti)
[0050] 由此得出采煤機正對的液壓支架號
[0051]
[0052] 對三種定位方式進行比較：計算j、k是否都在[i,i+a]內(nèi)，若只有j在范圍內(nèi)，那 么此時采煤機的位置就是在j處，若只有k在范圍內(nèi)，那么此時采煤機的位置就是在k處， 若j、k都在范圍內(nèi)，且j=k，此時位置為j或者k，若j辛k則采煤機位置取[i.i+a]中 間架號i+a/2。若j、k都不在范圍內(nèi)，那么采煤機位置取[i.i+a]中間架號i+a/2。
[0053] 本發(fā)明的有益效果是：解決現(xiàn)有采煤機方法定位不準確的問題，通過幾種定位技 術(shù)的融合模型，增強了融合校正系統(tǒng)的準確性、可靠性和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0054] 圖1為本發(fā)明的原理框圖；
[0055] 圖2為本發(fā)明的流程圖；
[0056] 圖3為慣性導(dǎo)航定位裝置系統(tǒng)原理圖；
【具體實施方式】
[0057] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0058] 如圖1至圖3所示：本發(fā)明的采煤機-液壓支架相對定位裝置，包括紅外傳感器、 軸編碼定位裝置、慣性導(dǎo)航定位裝置和中央系統(tǒng)處理單元，慣性導(dǎo)航定位裝置、軸編碼定位 裝置和紅外傳感器分別電連接于中央系統(tǒng)處理單元；慣性導(dǎo)航定位裝置安裝在采煤機的重 心位置，軸編碼定位裝置放置在采煤機行走部行星減速器的低速輸出軸上，紅外傳感器包 括安裝在采煤機中心位置的紅外線發(fā)射裝置以及安裝在各個液壓支架上的復(fù)數(shù)個紅外線 接收裝置。
[0059] -種采煤機-液壓支架相對定位方法，包括以下步驟：
[0060] 紅外線發(fā)射裝置隨著采煤機行走連續(xù)的發(fā)射紅外信號，位于各液壓支架上的紅外 線接收裝置會接收到強度不等的紅外信號，靠近采煤機中心位置的紅外線接收裝置信號強 度最強，確定該信號最強的紅外線接收裝置所在的液壓支架為采煤機正對的液壓支架；
[0061] 軸編碼定位裝置根據(jù)行走部齒輪的傳動比計算出采煤機的行走距離，通過對行走 距離進行計算求出該采煤機的位置；
[0062] 通過慣性導(dǎo)航定位裝置上的三軸陀螺儀和三軸加速度計測得角速度和加速度后， 發(fā)送至中央系統(tǒng)處理單元，求得相應(yīng)的位置參數(shù)，再進行計算得到采煤機的位置；
[0063] 分別通過紅外線發(fā)射裝置、軸編碼定位裝置和慣性導(dǎo)航定位裝置定確定采煤機的 位置后，進行比較處理，最終確定采煤機的精確定位位置。
[0064] 紅外傳感器的定位方法為：
[0065] 通過安裝在采煤機上的紅外線發(fā)射裝置發(fā)射信號，安裝在液壓支架上的紅外線接 收裝置接收信號，隨著采煤機行走連續(xù)的發(fā)射紅外信號，位于附近的紅外線接收裝置將會 接收到強度不等的紅外信號，將信號發(fā)送至中央系統(tǒng)處理單元，根據(jù)信號強度確定出目前 采煤機所在位置[i，i+a]，信號最強的接收裝置所在的液壓支架即為紅外傳感器確定的采 煤機正對的液壓支架；
[0066] 軸編碼器定位裝置的定位方法為：
[0067] 設(shè)輸出軸到行走輪的齒輪傳動比