自 自主行走式定位基站3中的天线24(3)发出的超宽带脉冲信号时，定位匣7中的铷原子钟 21(7)立刻开始计时，经过微处理器20(7)处理后，通过脉冲电路23(7)及天线24(7)，定位 匣7中的机身超宽带无线电模块29(7)再次向周围发送一次无差别超宽带无线电波，此电 波中附带定位匣7从接收脉冲到再次发射脉冲中的时间包，该时间包由定位匣7中的铷原 子钟21(7)提供。
[0097] (6)当定位基站3接收到来自定位匣7返回发射的超宽带无线脉冲时，由铷原子钟 21(3)
[0098] 记录下接收时刻，根据公式i? = v ---其中，R是两模块之间直线距离， t3是接收时刻，tl是发射时刻，t2是时间包，c是电磁波传播速度。微处理器经过解算可 得R37。将得到的距离信息R通过通信电路22和天线24发射至可编程计算机控制器10。
[0099] (7)同理，自主行走式定位基站群2依次对掘进机机身定位匣7、8、9进行两两测 距，并且将处理得到的距离信息R依次发送至可编程计算机控制器10。
[0100] (8)可编程计算机控制器10经过解算可得到掘进机机身坐标及机身航向角α、横 滚角β、俯仰角Θ。
[0101] (9)当掘进机掘进距离超过系统最大检测范围时，在掘进机停机支护的情况下，启 动自主行走式定位基站群坐标平移程序。
[0102] (10)如图7 (a)所示，首先可编程计算机控制器10根据各基站位置规划各基站行 进距离，分别发送至各基站单片机17中。然后，基站4、5、6保持静止状态，基站3按照规划 好的行进距离，通过步进电机16控制轮式行走装置14向前移动。行进过程中，5路红外测 距探测仪15保持运转状态，当前方遇到垮落煤岩等障碍物时，将测得的距离信息反馈给单 片机17,由单片机17控制左右两个步进电机16进行避障行走。当行进结束后，基站3分别 与基站4、5、6进行测距，通过可编程计算机控制器将测得的基站3与其他基站间新的距离 关系结算成坐标，更新到可编程计算机控制器10数据库中。
[0103] (11)同理，如图7(b) (c) (d)所示，自主行走式定位基站4、5、6依次按照规划路径 向前移动，并且更新坐标到可编程计算机控制器10的数据库中。完成基准坐标系的平移变 换。
[0104] 上述如此结构构成的本实用新型掘进机自主定位定向系统及方法的技术创新，对 于现今同行业的技术人员来说均具有许多可取之处，而确实具有技术进步性。
[0105] 如上所述是本实用新型的基本构思。但是，在本实用新型的技术领域内，只要具 备最基本的知识，可以对本实用新型的其他可操作的实施例进行改进。在本实用新型中对 实质性技术方案提出了专利保护请求，其保护范围应包括具有上述技术特点的一切变化方 式。
[0106] 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟 悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内 容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内 容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍 属于本实用新型技术方案的范围内。
【主权项】
1. 一种掘进机自主定位定向系统，其特征是：该系统包括：可编程计算机控制器、陀螺 寻北仪、2个倾角传感器、4个自行走式定位基站、7个自带铷原子钟的超宽带无线电模块， 其中3个超宽带无线电模块固定在掘进机机身定位匣中，其余4个分别安装在4个自行走 式定位基站上；4个自行走式定位基站位于掘进机后方，作为掘进机定位定向的基准；定位 基站相对于巷道起始点的三维坐标已知，由地测人员在巷道掘进开始之前进行测量。2. 根据权利要求1所述的掘进机自主定位定向系统，其特征是：所述的自行走式定位 基站由轮式行走装置、5路红外测距仪、单片机、步进电机、带有高精度铷原子钟的超宽带无 线电模块、本安电池构成；各模块通过接口电路与单片机相连接并可进行实时通信，由本安 电池进行供电。3. 根据权利要求1所述的掘进机自主定位定向系统，其特征是：所述的超宽带无线 电模块由脉冲电路、通信电路、天线、高精度铷原子钟构成；脉冲电路信号经天线可发射 3. 4-10. 6Ghz量级的高频率无线电脉冲；通信电路可对无线电信号进行调制解调，从而实 现多个无线电模块之间的双向通信；高精度如原子钟可实时记录脉冲发射时刻和接收时 刻。4. 根据权利要求1所述的掘进机自主定位定向系统，其特征是：可编程计算机控制器、 陀螺寻北仪、2个倾角传感器安装在掘进机机身电控箱内；陀螺寻北仪及倾角传感器通过 接口电路与可编程计算机控制器相连接，并可实现实时通信。5. 根据权利要求1所述的掘进机自主定位定向系统，其特征是：所述的掘进机机身定 位匣包括超宽带无线电模块1个；液压减震油缸3个；伞形橡胶保护盔1个；超宽带无线电 模块固定在掘进机机身表面，三个液压减震油缸均匀分布在超宽带无线电模块，减震油缸 一端固定在掘进机机身表面，另一端连接伞形橡胶保护盔。6. 根据权利要求1所述的掘进机自主定位定向系统，其特征是：所述的掘进机机身定 位匣共有3个，每个匣内安装一个超宽带无线电模块，通过接口电路与电控箱内的可编程 计算机控制器相连接，并实现实时通信。
【专利摘要】本实用新型公开一种掘进机自主定位定向系统及方法，属于掘进机自主巡航领域。该系统包括可编程计算机控制器；自主行走式定位基站群；陀螺寻北仪；2个倾角传感器；3个掘进机机身定位匣。其中，定位基站群相对于巷道坐标系位置已知，当掘进机行进时，使用超宽带无线电脉冲测距法，依次检测机身3个定位匣相对于定位基站群的三维坐标，并根据三维坐标，解算掘进机位姿参数。当掘进机停止时，通过陀螺寻北仪及倾角传感器对掘进机位姿参数进行再次矫正。当掘进机行进距离超过系统有效检测范围时。4个自主行走式定位基站按照自主标定策略依次向前移动，同时进行基站三维坐标更新。从而在巷道掘进中，实现掘进机完全自主化的定位定向。
【IPC分类】G01C1/00, E21F17/00, E21D9/00, G01S5/06, G01C21/00, G01C17/00, G01S13/42
【公开号】CN204738816
【申请号】CN201520300920
【发明人】吴淼, 符世琛, 杨健健, 王苏彧, 贾文浩, 李一鸣, 陶云飞, 张敏俊, 宗凯, 薛光辉, 郝雪弟, 田劼, 瞿圆媛
【申请人】中国矿业大学(北京)
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年5月12日