一种掘进机截割头定位系统及方法和掘进的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种掘进机截割头定位系统及方法和掘进机。该掘进机截割头定位系统，通过设置掘进机机身位姿检测模块检测掘进机机身的水平旋转角及俯仰角和翻滚角，结合截割头位姿检测模块检测掘进机的截割臂的旋转角和俯仰角，并配合掘进机机身参数计算出所述掘进机机身在巷道的断面中的位置参数；并根据截割臂的旋转角和俯仰角及截割臂参数计算出所述截割头相对于所述掘进机机身的位置参数；最后根据所述掘进机机身在巷道的断面中的位置参数及截割头相对于所述掘进机机身的位置参数计算出所述截割头在所述巷道的断面中的位置参数，该方法能够准确测量出掘进机截割头的位置，防止造成巷道超挖和欠挖现象。
【专利说明】一种掘进机截割头定位系统及方法和掘进机
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿机械领域，特别涉及一种掘进机截割头定位系统及方法和掘进机。
【背景技术】
[0002]现阶段悬臂式掘进机的操纵广泛采用手动方式，司机通过人眼和经验判断和控制掘进机的位置。
[0003]针对此问题，现有技术中通过在掘进机巷道顶板上设置一激光导向装置，激光导向装置位于巷道的中心线上，激光发射器发射指向激光，激光束提供巷道施工的中心线，而在掘进机上设置一激光接收器，用以接收指向激光，使截割头对准指向激光，调整悬臂使基准光敏管接收到指向激光，完成了掘进机机身的位置标定及截割头的位置标定，并以此为坐标基准，可以控制截割头的正常掘进，该方法只能粗略定位截割头位置，由于掘进过程中工作面粉尘较大，作业现场光线较差，掘进机的截割头姿态难以精确判断，容易造成巷道超挖和欠挖现象，掘进效率不高。
[0004]针对现有的掘进机截割头位置难以准确判断，容易造成巷道超挖和欠挖现象，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提出一种可以对掘进机截割头准确定位的掘进机截割头定位系统及方法和掘进机。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0006]一方面，本发明提供了一种掘进机截割头定位系统，包括:
[0007]掘进机机身位姿检测模块，用于检测掘进机机身的水平旋转角、俯仰角和翻滚角并生成所述掘进机机身的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息；
[0008]截割头位姿检测模块，用于检测掘进机的截割臂的旋转角和俯仰角并生成所述截割臂的旋转角信息和俯仰角信息；
[0009]控制器，与所述掘进机机身位姿检测模块和所述截割头位姿检测模块信号连接，用于接收所述掘进机机身的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息及所述掘进机的截割臂的旋转角信息和俯仰角信息，以及根据所述掘进机机身的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息以及预设的掘进机机身参数计算出所述掘进机机身在巷道的断面中的位置参数；还根据所述截割臂的旋转角信息、俯仰角信息以及预设的截割臂参数计算出所述截割头相对于所述掘进机机身的位置参数；还根据所述掘进机机身在所述巷道的断面中的位置参数及所述截割头相对于所述掘进机机身的位置参数计算出所述截割头在所述巷道的断面中的位置参数。
[0010]进一步地，所述掘进机机身位姿检测模块包括:
[0011]设置在所述巷道内不同位置上的至少三个声波发射器:第一声波发射器、第二声波发射器和第三声波发射器，所述第一声波发射器发射第一声波信号，所述第二声波发射器发射第二声波信号，所述第三声波发射器发射第三声波信号；
[0012]与所述第一声波发射器、所述第二声波发射器和所述第三声波发射器信号连接的声波接收器，所述声波接收器设置在所述掘进机机身上；
[0013]与所述声波接收器信号连接的声波处理单元，所述声波接收器用于接收所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号并传送给所述声波处理单元，所述声波处理单元用于根据所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号计算所述掘进机机身的水平旋转角，并生成所述掘进机机身的水平旋转角信息；所述声波处理单元与所述控制器信号连接，并用于将所述掘进机机身的水平旋转角信息发送给所述控制器；
[0014]设置在所述掘进机机身上的惯性测量单元，与所述控制器信号连接，用于测量所述掘进机机身的俯仰角和翻滚角，生成所述掘进机机身的俯仰角信息和翻滚角信息并发送给所述控制器。
[0015]进一步地，所述掘进机机身位姿检测模块包括:
[0016]设置在所述巷道顶部的后视棱镜；
[0017]设置在所述巷道顶部并与所述后视棱镜对应的全站仪，所述全站仪与所述控制器信号连接；
[0018]设置在所述掘进机机身上并与所述全站仪对应的激光靶；所述全站仪用于测量所述后视棱镜的位置参数及所述激光靶的位置参数，并根据其自身的位置参数、所述后视棱镜的位置参数及所述激光靶的位置参数计算所述掘进机机身的水平旋转角、俯仰角和翻滚角，生成所述掘进机机身的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息并发送给所述控制器。
[0019]进一步地，所述掘进机机身位姿检测模块包括:
[0020]设置在所述巷道内不同位置上的至少三个声波发射器:第一声波发射器、第二声波发射器和第三声波发射器，所述第一声波发射器发射第一声波信号，所述第二声波发射器发射第二声波信号，所述第三声波发射器发射第三声波信号；
[0021]与所述第一声波发射器、所述第二声波发射器和所述第三声波发射器信号连接的声波接收器，所述声波接收器设置在所述掘进机机身上；
[0022]与所述声波接收器信号连接的声波处理单元，所述声波接收器接收所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号并传送给所述声波处理单兀，所述声波处理单元根据所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号计算所述掘进机机身的水平旋转角，并生成所述掘进机机身的水平旋转角信息；所述声波处理单元与所述控制器信号连接，并将所述掘进机机身的水平旋转角信息发送给所述控制器；
[0023]设置在所述掘进机机身上的双轴倾角传感器，与所述控制器信号连接，用于测量所述掘进机机身的俯仰角和翻滚角，生成所述掘进机机身的俯仰角信息和翻滚角信息并发送给所述控制器。
[0024]进一步地，所述截割头位姿检测模块包括:
[0025]安装在所述截割臂上的升降旋转编码器，所述升降旋转编码器与所述控制器信号连接，用于测量所述截割臂的旋转角和俯仰角，生成所述截割臂的旋转角信息和俯仰角信息，并发送给所述控制器；或，
[0026]安装在所述截割臂上的倾角传感器，所述倾角传感器与所述控制器信号连接，用于测量所述截割臂的旋转角和俯仰角，生成所述截割臂的旋转角信息和俯仰角信息，并发送给所述控制器；或，
[0027]安装在所述截割臂上的位移传感器，所述位移传感器与所述控制器信号连接，用于测量所述截割臂的旋转角和俯仰角，生成所述截割臂的旋转角信息和俯仰角信息，并发送给所述控制器。
[0028]进一步地，所述位移传感器为磁滞位移传感器或拉线位移传感器。
[0029]进一步地，所述巷道内安装有声波发射器架；
[0030]所述第一声波发射器、所述第二声波发射器及所述第三声波发射器均安装在所述声波发射器架上。
[0031]本发明还提供一种掘进机截割头定位方法，包括:
[0032]获取掘进机机身的水平旋转角信息、俯仰角信息以及翻滚角信息；
[0033]获取掘进机的截割臂的旋转角信息和俯仰角信息；
[0034]根据所述掘进机机身的水平旋转角信息、俯仰角信息、翻滚角信息以及预设的掘进机机身参数计算出所述掘进机机身在巷道的断面中的位置参数；
[0035]根据所述截割臂的旋转角信息、俯仰角信息以及预设的截割臂参数计算截割头相对于所述掘进机机身的位置参数；
[0036]根据所述掘进机机身在巷道的断面中的位置参数及所述截割头相对于所述掘进机机身的位置参数计算出所述截割头在所述巷道的断面中的位置参数。
[0037]进一步地，所述获取掘进机机身的水平旋转角信息、俯仰角信息以及翻滚角信息这一步骤包括:
[0038]根据在所述掘进机机身上接收的第一声波信号、第二声波信号和第三声波信号确定所述掘进机机身的水平旋转角信息，所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号分别由设置在所述巷道内不同位置上的第一声波发射器、第二声波发射器和第三声波发射器发出；
[0039]通过设置在所述掘进机机身上的惯性测量单元或双轴倾角传感器获取所述掘进机机身的俯仰角信息和翻滚角信息。
[0040]进一步地，所述获取掘进机机身的水平旋转角信息、俯仰角信息以及翻滚角信息这一步骤,包括:
[0041]根据在巷道内的第一位置参数、第二位置参数及掘进机机身上的第三位置参数确定所述掘进机机身的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息；其中，
[0042]所述第一位置参数为设置在所述巷道内的全站仪的位置参数；所述第二位置参数为通过所述全站仪测量的设置在所述巷道顶部的后视棱镜的位置参数；所述第三位置参数为通过所述全站仪测量的设置在所述掘进机机身上的激光靶的位置参数。
[0043]进一步地，所述获取掘进机的截割臂的旋转角信息和俯仰角信息这一步骤，包括:
[0044]通过设置在所述截割臂上的升降旋转编码器获取所述截割臂的旋转角信息和俯仰角信息；或，
[0045]通过设置在所述截割臂上的倾角传感器获取所述截割臂的旋转角信息和俯仰角信息；或，
[0046]通过设置在所述截割臂上的位移传感器获取所述截割臂的旋转角信息和俯仰角信息。
[0047]本发明还提供一种掘进机，该掘进机设置有上述任意一项所述的掘进机截割头定位系统。
[0048]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0049]本发明提供的掘进机截割头定位系统，通过设置掘进机机身位姿检测模块检测掘进机机身的水平旋转角及俯仰角和翻滚角，并结合截割头位姿检测模块检测掘进机的截割臂的旋转角和俯仰角，控制器根据掘进机机身的水平旋转角及俯仰角和翻滚角并结合预设的掘进机机身参数计算出所述掘进机机身在巷道的断面中的位置参数；并根据截割臂的旋转角和俯仰角及截割臂参数计算出所述截割头相对于所述掘进机机身的位置参数；最后根据所述掘进机机身在巷道的断面中的位置参数及所述截割头相对于所述掘进机机身的位置参数计算出所述截割头在所述巷道的断面中的位置参数，该方法能够准确测量出掘进机截割头的位置，防止造成巷道超挖和欠挖现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0051]图1为本发明实施例一的结构示意框图；
[0052]图2为本发明实施例一应用到掘进机上的结构示意图；
[0053]图3为本发明实施例二的结构示意框图；
[0054]图4为本发明实施例二应用到掘进机上的结构示意图；
[0055]图5为本发明实施例中掘进机机身在巷道的断面中的投影示意图；
[0056]图6为本发明实施例中掘进机截割头在巷道的断面中的投影示意图；
[0057]图7为本发明实施例中掘进机截割头定位方法的流程示意框图。
[0058]附图标记说明:
[0059]1、巷道;11、声波发射器架；12、第一声波发射器；13、第二声波发射器；14、第三声波发射器；15、后视棱镜；16、全站仪；2、掘进机机身；21、声波接收器；22、惯性测量单元；23、激光靶；3、截割臂；31、截割头；32、升降旋转编码器。
【具体实施方式】
[0060]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0061]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明:
[0062]本发明针对现有技术中掘进机的截割头位置难以准确判断，容易造成巷道超挖和欠挖的情况，本发明实施例通过测量掘进机机身2的水平旋转角、俯仰角和翻滚角以及预设的掘进机机身2参数计算出掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数，通过测量截割臂3的旋转角、俯仰角及截割臂3参数计算出截割头31相对于掘进机机身2的位置参数，最后结合掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数及截割头31相对于掘进机机身2的位置参数计算出截割头31在巷道I的断面中的位置参数。
[0063]实施例一
[0064]请参见图1和图2，该图示掘进机截割头定位系统可以包括掘进机机身位姿检测模块、截割头位姿检测模块和控制器。掘进机机身位姿检测模块用于检测掘进机机身2的水平旋转角及俯仰角和翻滚角，并生成掘进机机身2的水平旋转角信息及俯仰角信息和翻滚角信息；截割头位姿检测模块用于检测掘进机的截割臂3的旋转角和俯仰角，并生成掘进机的截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息，控制器与掘进机机身位姿检测模块与截割头位姿检测模块信号连接，用于接收掘进机机身2的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息以及掘进机的截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息。
[0065]控制器根据掘进机机身2的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息以及预设的掘进机机身2参数计算出掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数，具体模型可以参照图5 ;控制器还根据截割臂3的旋转角信息、俯仰角信息及截割臂3参数计算出截割头31相对于掘进机机身2的位置参数；最后，控制器根据掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数及截割头31相对于掘进机机身2的位置参数计算出截割头31在巷道I的断面中的位置参数，具体模型可以参照图6。
[0066]其中，针对巷道中掘进机机身的定位，现有技术中已经比较普遍，可以使用激光定位或者其他方式定位，控制器根据掘进机机身2的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息，然后配合掘进机机身2参数确定掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数，掘进机机身2参数包括检测点所在机身的位置参数、机身的长度、宽度等参数。控制器根据截割臂3的旋转角信息、俯仰角信息及预设的截割臂3参数(包括截割头所在截割臂的位置参数)计算出截割头31相对于掘进机机身2的位置参数。
[0067]如图1和图2所示，本实施例一中掘进机机身位姿检测模块包括:设置在巷道I内不同位置上的三个声波发射器:第一声波发射器12、第二声波发射器13和第三声波发射器14，以及设置在掘进机机身2上的声波接收器、声波处理单元和惯性测量单元(MU)。
[0068]第一声波发射器12发射第一声波信号，第二声波发射器13发射第二声波信号，第三声波发射器14发射第三声波信号；声波接收器21与第一声波发射器12、第二声波发射器13和第三声波发射器14通过声波信号连接；声波接收器21用于接收所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号并传送给声波处理单兀，声波处理单兀用于根据第一声波信号、第二声波信号和第三声波信号计算掘进机机身2的水平旋转角，并生成掘进机机身2的水平旋转角信息。然后，声波处理单元还用于将掘进机机身2的水平旋转角信息发送给控制器。惯性测量单元22与控制器信号连接，惯性测量单元22用于测量掘进机机身2的俯仰角和翻滚角，生成掘进机机身2的俯仰角信息和翻滚角信息并发送给控制器。控制器用于根据掘进机机身2的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息以及预设的掘进机机身2参数确定掘进机机身2在其所在巷道I的断面中的位置参数，如图5所
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[0069]如图1和图2所示，该截割头位姿检测模块包括安装在截割臂3上的升降旋转编码器32，升降旋转编码器32与控制器信号连接，用于测量截割臂3的旋转角和俯仰角，生成截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息，并将截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息发送给控制器。控制器还用于根据截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息以及预设的截割臂3参数计算出截割头31相对于掘进机机身2的位置参数
[0070]最后，控制器还用于根据掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数及截割头31相对于掘进机机身2的位置参数确定截割头31在巷道I的断面中的位置参数，如图6所示。
[0071]如图1和图2所不,本发明实施例一的工作原理为,在巷道I顶部固定安装一声波发射器架11 ;在声波发射器架11上安装第一声波发射器12 (高速声波发射器)、第二声波发射器13 (高速声波发射器)及第三声波发射器14 (高速声波发射器)。
[0072]第一声波发射器12发射第一声波信号，第二声波发射器13发射第二声波信号，第三声波发射器14发射第三声波信号；在掘进机机身2上安装有声波接收器21，声波接收器21接收第一声波信号、第二声波信号和第三声波信号，通过三个声波信号在声波处理单兀内进行处理，确定掘进机的水平旋转角信息并发送给控制器，安装在掘进机上的惯性测量单元(MU)检测掘进机的俯仰角及翻滚角，生成掘进机的俯仰角信息和翻滚角信息并发送给控制器，控制器根据掘进机的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息计算掘进机机身2在巷道内的空间几何位置，将掘进机机身2投影在巷道I断面中，确定掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数，具体图形可参照图5所示。通过升降旋转编码器测量截割头31相对于掘进机机身2的位置参数；综合两者进行换算处理可确定截割头31在巷道I的断面中的位置参数，具体图形可参照图6所示。
[0073]在与实施例一相似的其他实施例中，也可以使用双轴倾角传感器测量掘进机机身2的俯仰角和翻滚角，具体为在掘进机机身2上设置双轴倾角传感器，双轴倾角传感器与控制器信号连接，该双轴倾角传感器用于测量掘进机机身2的俯仰角和翻滚角，生成掘进机机身2的俯仰角信息和翻滚角信息，并发送给控制器。其他具体内容可参照实施例一的具体实施方案，在此不再赘述。
[0074]实施例二
[0075]如图3和图4所示，本实施例二与实施例一的主要区别在于，掘进机机身位姿检测模块选择不同，具体为，该掘进机机身位姿检测模块包括:后视棱镜15、全站仪16和激光靶23 ;其中，后视棱镜15设置在巷道I顶部；全站仪16设置在巷道I顶部并与所视棱镜15相对应，该全站仪16与控制器信号连接；激光靶23设置在掘进机机身2上并与全站仪16相对应。
[0076]其中，全站仪16测量后视棱镜15的位置参数及激光靶23的位置参数，并根据其自身的位置参数、后视棱镜15的位置参数及激光靶23的位置参数计算掘进机机身2的水平旋转角及俯仰角和翻滚角，生成掘进机机身2的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息并发送给控制器。控制器根据掘进机机身2的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息以及预设的掘进机机身2参数确定掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数，如图5所示。
[0077]如图3和图4所示，该截割头位姿检测模块包括安装在截割臂3上的升降旋转编码器32，升降旋转编码器32与控制器信号连接，用于测量截割臂3的旋转角和俯仰角，生成截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息并将截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息发送给控制器。控制器根据截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息及截割臂3参数计算出截割头31相对于掘进机机身2的位置参数
[0078]最后，控制器根据掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数及截割头31相对于掘进机机身2的位置参数确定截割头31在巷道I的断面中的位置参数，如图6所示。
[0079]本发明实施例二的工作原理为，如图3和图4所示，将后视棱镜15及全站仪16安装在巷道内的测控点处，在掘进机的机身2上安装激光靶，通过全站仪16测量后视棱镜15的位置参数及激光靶的位置参数，根据大地坐标和巷道轴线，通过计算掘进机的水平旋转角、俯仰角和翻滚角，生成掘进机的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息并发送给控制器。
[0080]控制器根据掘进机的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息计算掘进机机身2在巷道内的空间几何位置，将掘进机机身2投影在巷道I断面中，确定掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数，具体图形可参照图5所示。通过选择编码器测量截割头31相对于掘进机机身2的位置参数；综合两者进行换算处理可确定截割头31在巷道I的断面中的位置参数，具体图形可参照图6所示。
[0081]在与实施例一和实施例二相类似的其他实施例中，截割头位姿检测模块也可以包括安装在截割臂3上的倾角传感器，倾角传感器与控制器信号连接，用于测量截割臂3的旋转角和角信息，生成截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息，并发送给控制器；其他具体内容可参照实施例一和实施例二的具体实施方案，在此不再赘述。
[0082]在与实施例一和实施例二相类似的其他实施例中，截割头位姿检测模块也可以包括安装在截割臂3上的位移传感器，位移传感器与控制器信号连接，用于测量截割臂3的旋转角和俯仰角，生成截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息，并发送给控制器。该位移传感器可以为磁滞位移传感器或拉线位移传感器。其他具体内容可参照实施例一和实施例二的具体实施方案，在此不再赘述。
[0083]本发明实施例还提供一种掘进机截割头定位方法，如图7所示，包括:
[0084]步骤一，获取掘进机机身2的水平旋转角信息及俯仰角信息和翻滚角信息；
[0085]步骤二，获取掘进机的截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息；
[0086]步骤三，根据掘进机机身2的水平旋转角信息及俯仰角信息和翻滚角信息以及预设的掘进机机身2参数计算出掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数；
[0087]步骤四，根据截割臂3的旋转角信息、俯仰角信息以及预设的截割臂3参数计算截割头31相对于掘进机机身2的位置参数；
[0088]步骤五，根据掘进机机身2在巷道I的断面中的位置参数及截割头31相对于掘进机机身2的位置参数计算出截割头31在巷道I的断面中的位置参数。
[0089]其中，步骤一具体包括:
[0090]根据在所述掘进机机身2上接收的第一声波信号、第二声波信号和第三声波信号确定所述掘进机机身2的水平旋转角信息，所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号分别由设置在所述巷道I内不同位置上的第一声波发射器12、第二声波发射器13和第三声波发射器14发出；
[0091]通过设置在所述掘进机机身2上的惯性测量单元或双轴倾角传感器获取所述掘进机机身的俯仰角信息和翻滚角信息。
[0092]步骤一还可以包括:
[0093]根据在巷道内的第一位置参数、第二位置参数及掘进机机身2上的第三位置参数确定所述掘进机机身2的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息；其中，所述第一位置参数为设置在所述巷道I内的全站仪16的位置参数；所述第二位置参数为通过所述全站仪16测量的设置在所述巷道I顶部的后视棱镜15的位置参数；所述第三位置参数为通过所述全站仪(16)测量的设置在所述掘进机机身2上的激光靶23的位置参数。
[0094]步骤二具体包括:
[0095]通过设置在所述截割臂3上的升降旋转编码器32获取所述截割臂的旋转角信息和俯仰角信息；或，
[0096]通过设置在所述截割臂3上的倾角传感器获取所述截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息；或，
[0097]通过设置在所述截割臂3上的位移传感器获取所述截割臂3的旋转角信息和俯仰角信息。
[0098]由于上述任一种掘进机截割头定位系统具有上述技术效果，因此，与该掘进机截割头定位系统对应的掘进机截割头定位方法也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。
[0099]本发明实施例还提供一种掘进机，该掘进机设置有上述任一项所述的掘进机截割头定位系统。
[0100]由于上述任一种掘进机截割头定位系统具有上述技术效果，因此，设有该掘进机截割头定位系统的掘进机也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。
[0101]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种掘进机截割头定位系统，其特征在于，包括: 掘进机机身位姿检测模块，用于检测掘进机机身(2)的水平旋转角、俯仰角和翻滚角并生成所述掘进机机身(2)的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息； 截割头位姿检测模块，用于检测掘进机的截割臂(3)的旋转角和俯仰角并生成所述截割臂(3)的旋转角信息和俯仰角信息； 控制器，与所述掘进机机身位姿检测模块和所述截割头位姿检测模块信号连接，用于接收所述掘进机机身(2)的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息及所述掘进机的截割臂⑶的旋转角信息和俯仰角信息，以及根据所述掘进机机身⑵的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息以及预设的掘进机机身(2)参数计算出所述掘进机机身(2)在巷道(I)的断面中的位置参数；还根据所述截割臂(3)的旋转角信息、俯仰角信息以及预设的截害_⑶参数计算出所述截割头(31)相对于所述掘进机机身(2)的位置参数；还根据所述掘进机机身(2)在所述巷道(I)的断面中的位置参数及所述截割头(31)相对于所述掘进机机身(2)的位置参数计算出所述截割头(31)在所述巷道(I)的断面中的位置参数。
2.根据权利要求1所述的掘进机截割头定位系统，其特征在于，所述掘进机机身位姿检测模块包括: 设置在所述巷道(I)内不同位置上的至少三个声波发射器:第一声波发射器(12)、第二声波发射器(13)和第三声波发射器(14)，所述第一声波发射器(12)发射第一声波信号，所述第二声波发射器(13)发射第二声波信号，所述第三声波发射器(14)发射第三声波信号; 与所述第一声波发射器(12)、所述第二声波发射器(13)和所述第三声波发射器(14)信号连接的声波接收器(21)，所述声波接收器(21)设置在所述掘进机机身(2)上； 与所述声波接收器(21)信号连接的声波处理单元，所述声波接收器(21)用于接收所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号并传送给所述声波处理单元，所述声波处理单兀用于根据所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号计算所述掘进机机身(2)的水平旋转角，并生成所述掘进机机身(2)的水平旋转角信息；所述声波处理单元与所述控制器信号连接，并用于将所述掘进机机身(2)的水平旋转角信息发送给所述控制器； 设置在所述掘进机机身(2)上的惯性测量单元(22)，与所述控制器信号连接，用于测量所述掘进机机身(2)的俯仰角和翻滚角，生成所述掘进机机身(2)的俯仰角信息和翻滚角信息并发送给所述控制器。
3.根据权利要求1所述的掘进机截割头定位系统，其特征在于，所述掘进机机身位姿检测模块包括: 设置在所述巷道(I)顶部的后视棱镜(15)； 设置在所述巷道(I)顶部并与所述后视棱镜(15)对应的全站仪(16)，所述全站仪(16)与所述控制器信号连接； 设置在所述掘进机机身(2)上并与所述全站仪(16)对应的激光靶(23);所述全站仪(16)用于测量所述后视棱镜(15)的位置参数及所述激光靶(23)的位置参数，并根据其自身的位置参数、所述后视棱镜(15)的位置参数及所述激光靶(23)的位置参数计算所述掘进机机身(2)的水平旋转角、俯仰角和翻滚角，生成所述掘进机机身(2)的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息并发送给所述控制器。
4.根据权利要求1所述的掘进机截割头定位系统，其特征在于，所述掘进机机身位姿检测模块包括: 设置在所述巷道(I)内不同位置上的至少三个声波发射器:第一声波发射器(12)、第二声波发射器(13)和第三声波发射器(14)，所述第一声波发射器(12)发射第一声波信号，所述第二声波发射器(13)发射第二声波信号，所述第三声波发射器(14)发射第三声波信号; 与所述第一声波发射器(12)、所述第二声波发射器(13)和所述第三声波发射器(14)信号连接的声波接收器(21)，所述声波接收器(21)设置在所述掘进机机身(2)上； 与所述声波接收器(21)信号连接的声波处理单元，所述声波接收器(21)接收所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号并传送给所述声波处理单元，所述声波处理单元根据所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号计算所述掘进机机身(2)的水平旋转角，并生成所述掘进机机身(2)的水平旋转角信息；所述声波处理单元与所述控制器信号连接，并将所述掘进机机身(2)的水平旋转角信息发送给所述控制器； 设置在所述掘进机机身(2)上的双轴倾角传感器，与所述控制器信号连接，用于测量所述掘进机机身(2)的俯仰角和翻滚角，生成所述掘进机机身(2)的俯仰角信息和翻滚角信息并发送给所述控制器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的掘进机截割头定位系统，其特征在于，所述截割头位姿检测模块包括: 安装在所述截割臂(3)上的升降旋转编码器(32)，所述升降旋转编码器(32)与所述控制器信号连接，用于测量所述截割臂(3)的旋转角和俯仰角，生成所述截割臂(3)的旋转角信息和俯仰角信息，并发送给所述控制器；或， 安装在所述截割臂(3)上的倾角传感器，所述倾角传感器与所述控制器信号连接，用于测量所述截割臂(3)的旋转角和俯仰角，生成所述截割臂(3)的旋转角信息和俯仰角信息，并发送给所述控制器；或， 安装在所述截割臂(3)上的位移传感器，所述位移传感器与所述控制器信号连接，用于测量所述截割臂(3)的旋转角和俯仰角，生成所述截割臂(3)的旋转角信息和俯仰角信息，并发送给所述控制器。
6.根据权利要求5所述的掘进机截割头定位系统，其特征在于，所述位移传感器为磁滞位移传感器或拉线位移传感器。
7.根据权利要求2所述的掘进机截割头定位系统，其特征在于，所述巷道(I)内安装有声波发射器架(11)； 所述第一声波发射器(12)、所述第二声波发射器(13)及所述第三声波发射器(14)均安装在所述声波发射器架(11)上。
8.一种掘进机截割头定位方法，其特征在于，包括: 获取掘进机机身(2)的水平旋转角信息、俯仰角信息以及翻滚角信息； 获取掘进机的截割臂(3)的旋转角信息和俯仰角信息； 根据所述掘进机机身(2)的水平旋转角信息、俯仰角信息、翻滚角信息以及预设的掘进机机身(2)参数计算出所述掘进机机身(2)在巷道(I)的断面中的位置参数； 根据所述截割臂⑶的旋转角信息、俯仰角信息以及预设的截割臂⑶参数计算截割头(31)相对于所述掘进机机身(2)的位置参数； 根据所述掘进机机身(2)在巷道(I)的断面中的位置参数及所述截割头(31)相对于所述掘进机机身(2)的位置参数计算出所述截割头(31)在所述巷道(I)的断面中的位置参数。
9.根据权利要求8所述的掘进机截割头定位方法，其特征在于，所述获取掘进机机身(2)的水平旋转角信息、俯仰角信息以及翻滚角信息这一步骤包括: 根据在所述掘进机机身(2)上接收的第一声波信号、第二声波信号和第三声波信号确定所述掘进机机身(2)的水平旋转角信息，所述第一声波信号、所述第二声波信号和所述第三声波信号分别由设置在所述巷道(I)内不同位置上的第一声波发射器(12)、第二声波发射器(13)和第三声波发射器(14)发出； 通过设置在所述掘进机机身(2)上的惯性测量单元或双轴倾角传感器获取所述掘进机机身的俯仰角信息和翻滚角信息。
10.根据权利要求8所述的掘进机截割头定位方法，其特征在于，所述获取掘进机机身(2)的水平旋转角信息、俯仰角信息以及翻滚角信息这一步骤，包括: 根据在巷道内的第一位置参数、第二位置参数及掘进机机身(2)上的第三位置参数确定所述掘进机机身(2)的水平旋转角信息、俯仰角信息和翻滚角信息；其中， 所述第一位置参数为设置在所述巷道(I)内的全站仪(16)的位置参数；所述第二位置参数为通过所述全站仪(16)测量的设置在所述巷道(I)顶部的后视棱镜(15)的位置参数；所述第三位置参数为通过所述全站仪(16)测量的设置在所述掘进机机身(2)上的激光靶(23)的位置参数。
11.根据权利要求8-10任一项所述的掘进机截割头定位方法，其特征在于，所述获取掘进机的截割臂(3)的旋转角信息和俯仰角信息这一步骤，包括: 通过设置在所述截割臂(3)上的升降旋转编码器(32)获取所述截割臂的旋转角信息和俯仰角信息；或， 通过设置在所述截割臂(3)上的倾角传感器获取所述截割臂(3)的旋转角信息和俯仰角信息；或， 通过设置在所述截割臂(3)上的位移传感器获取所述截割臂(3)的旋转角信息和俯仰角信息。
12.一种掘进机，其特征在于，设置有权利要求1至7任意一项所述的掘进机截割头定位系统。
【文档编号】G01C1/00GK104295297SQ201410471174
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】杨洁, 付晓, 王颖 申请人:三一重型装备有限公司