一种基于uwb采煤机绝对位置精确校准方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采煤机绝对位置精确校准的方法及装置，特别是一种基于UWB对采煤机绝对位置进行精确校准的方法及装置。
【背景技术】
[0002]煤炭资源是我国的主要能源，对煤炭资源的合理开采和利用是当前采矿业健康发展的前提。在煤炭资源的开采过程中，采煤机是井下作业重要的设备之一。当前，在综采工作面进行正常的采煤作业时，采煤机、刮板输送机和液压支架的联动在很多情况下依旧采用人工方式进行操作，但若要实现整个过程的自动化，必须实现采煤机、刮板运输机和液压支架的三机联动自动化。同时，由于我国煤田地质条件复杂，井下开采环境恶劣，生产条件艰苦等问题突出，这对于采煤机操作和运行提出了更高层次的要求。而无论是三机联动自动化还是采煤机开采过程，对采煤机绝对位置的精确校准是完成采煤作业的重要基础。由于是井下作业，一些我们常用的校准方式往往无法满足当前精确校准的需求，随着现代化科技的发展，超宽带无线定位系统(UWB)研宄的逐步加深，使得对采煤机绝对位置的精确校准成为可能。
[0003]超宽带(UWB)技术，又称冲击无线电(Impulse Rad1)技术，是目前比较先进的无线通讯技术。它实现了短距离内超宽带、高速的数据传输，同时UWB技术的调制方式以及采用的多址技术等特点使它相比于其他无线通信技术具有更宽的带宽、高速的数据传输、低的功耗、安全性能高等特点，因此引起了人们的重视。UWB技术逐渐成为无线通信领域研宄开发的一个热点，并被视为下一代无线通信的关键技术。对于红外、蓝牙、无线、bigbee等方法，由于红外必须在可视范围内测量，蓝牙技术相对而言并没有完全成熟，并且通讯速率低，无线和bigbee主要作为短距离内的通讯且可靠性低，不稳定，因此往往造成精度达不到需求。UWB技术相对于这些方式，具有精度高的优点。
[0004]在采煤机的传统校准方式中，往往不能够实现精确校准，存在固有误差。这是由于矿井下环境恶劣，测量的精度往往会受到井下各种条件的限制，不能实现精确校准的要求。当前，煤矿井下一般采用的采煤机定位方式主要有齿轮计数法、红外对射法、超声波反射法、无线传感网络采煤机定位法及纯惯性导航法。其中，采煤机齿轮计数定位法是通过对行走部齿轮转动的圈数进行计数，并依据液压支架来定位出采煤机的位置。这种方法比较简单，成本低，但由于采煤机在作业过程中是沿着工作面横向及纵向运动，而齿轮计数法只能确定米煤机行走路程，因此造成定位不精确，广生很大误差。红外对射定位法则是在米煤机机身安装红外发射装置，在液压支架固定有红外接收装置，在采煤机作业过程中，通过接收装置对接收信号强弱的分析，从而判断采煤机具体位置。采用这个方法的缺点是不能连续的检测采煤机的位置，同时红外信号的发射和接收必须处于同一水平面，否则很难有效的接收信号，因此在实际的井下环境中，由于干扰因素众多，往往也不能精确定位。纯惯性定位法是利用加速度计和陀螺仪得出采煤机的轴加速度及轴角速度，然后通过算法来确定采煤机的位置。这种方法缺点是由于陀螺仪和加速度计存在漂移，采煤机在工作过程中有很强烈的震动，因此精度很难保证，也无法实现对采煤机的绝对定位。
【发明内容】
[0005]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对采煤机绝对位置进行精确校准的方法及装置，实现对采煤机的精确定位。
[0006]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]一种基于UWB采煤机绝对位置精确校准装置，包括采煤机机身1、采煤机定位装置
2、定位装置防爆外壳3、上位机5、若干个超宽带无线通讯UWB传感器6和POE交换机10 ；在采煤机机身I上固定连接定位装置防爆外壳3 ;所述定位装置防爆外壳3内连接采煤机定位装置2 ;所述采煤机定位装置2中包括UWB定位标签4 ;所述超宽带无线通讯UWB传感器6等间距固定在采煤机运行的端头处的液压支架上；所有超宽带无线通讯UWB传感器6均通过POE交换机10与上位机5连接。
[0008]进一步的，超宽带无线通讯UWB传感器6与POE交换机10采用屏蔽线连接。
[0009]一种基于UWB采煤机绝对位置精确校准方法，包括如下步骤:
[0010]I)、根据矿井下巷道分布及采煤环境，在采煤机运行的端头处的液压支架上布置若干个超宽带无线通讯UWB传感器6 ;在采煤机定位装置2中放置UWB定位标签4 ;沿开采区域划定各个超宽带无线通讯UWB传感器6的信号收发区域；通过激光测距仪测量各个超宽带无线通讯UWB传感器6的绝对坐标；
[0011]2)、超宽带无线通讯UWB传感器6采用以太网供电方式；建立以太网，具体为:布置POE交换机10和上位机5，每个超宽带无线通讯UWB传感器6均通过POE交换机10与上位机5连接，且各个超宽带无线通讯UWB传感器6之间采用环形连接方式连接；
[0012]3)、所述上位机5接收到各个超宽带无线通讯UWB传感器6的发射信号，根据发射信号的波形最大值设定噪音阈值；根据各个超宽带无线通讯UWB传感器6的绝对坐标在上位机5中建立采煤机绝对位置精确校准模型；
[0013]4)、任意选取信号收发区域中一个点放置UWB定位标签4 ;采用AOA及TDOA结合的定位算法对UWB定位标签4定位，具体为:
[0014]41)由AOA方法得到UWB定位标签(4)和各个超宽带无线通讯UWB传感器(6)的角度关系；由TDOA定位方法测量UWB定位标签(4)接收到任意两个超宽带无线通讯UWB传感器(6)发射的定位信号的时间差；
[0015]42)根据步骤41)得到的所有时间差，采用双曲线定位算法计算出UWB定位标签4的位置；得到UWB定位标签4的位置后可测得该UWB定位标签4的高度以及该UWB定位标签4与各个超宽带无线通讯UWB传感器6之间的距离，将得到的距离和高度输送到采煤机绝对位置精确校准模型中，检测各个超宽带无线通讯UWB传感器6的位置与角度是否有偏差，进行校准；
[0016]5)、采煤机进行开采作业，超宽带无线通讯UWB传感器6将收集到的关于定位装置2中的UWB定位标签4数据信息传送给上位机5，由采煤机绝对位置精确校准模型中的数据处理系统描绘采煤机定位装置2中的UWB定位标签4的绝对位置信息，即得到采煤机所处的精确位置。
[0017]6)、采煤机运行一次结束后，再次进行校准，重复步骤4)?步骤5)。
[0018]进一步的，所述步骤I)中:各个超宽带无线通讯UWB传感器6等间距的布置在采煤机运行的端头端头处的液压支架上同一侧同一高度位置，且布置高度大于步骤4)中布置的UWB定位标签4高度Im以上；各个超宽带无线通讯UWB传感器6基于铅垂线向下倾斜25度，在各个超宽带无线通讯UWB传感器6背面使用水平仪保证超宽带无线通讯UWB传感器6上端面水平。
[0019]进一步的，所述超宽带无线通讯UWB传感器6的数量为4个。
[0020]有益效果:本发明提供的一种基于UWB对采煤机绝对位置进行精确校准的方法及装置:
[0021](I)采用超宽带无线定位系统(UWB)，通过AOA与TDOA结合的方式最终实现对采煤机绝对位置进行精确校准。其中AOA指基于接收信号角度法，方位角定位测量，是测量信号从UWB定位标签发出到达超宽带无线通讯UWB传感器的发射波的角度，其中从UWB定位标签发射到超宽带无线通讯UWB传感器的过程中的径向线可以称为方向线，根据方向线来确定UWB定位