一种掘进机横向偏移测量方法与流程

本发明涉及掘进机位姿检测技术领域，具体是涉及一种掘进机横向偏移测量方法。

背景技术：

随着矿用巷道掘进机控制技术的发展，目前，远程操控掘进机已逐渐成为新兴的智能化煤矿采掘机械。而掘进机在井下的位姿测量已成为远程操控掘进机控制系统研究的基础。

以掘进机前进方向为X轴正方向，垂直于X轴的水平向右为Y轴正方向，竖直向上为Z轴正方向建立巷道坐标系，则掘进机的位姿参数由4个单项因数组成：偏向角，横滚角，俯仰角，横向偏移。掘进机在实际工作中，其机身位姿可能出现上述参数中的一种，也可能是多种状态组合，其机身的三个位置角度可采用惯性导航组件进行测量，而横向偏移则不能。

目前横向偏移的测量主要采用单靶激光测距的方式，如图1所示。使用巷道已有的初始校准点，在校准点安装两个具有一定角度的反射面F1和F2组成一个接收靶，两反射面之间的夹角可调并可准确获得（具体大小与激光测距仪匹配）。

初始位置时，A和B分别为固定在掘进机上的两个高精度激光测距仪测得设备到F1、F2面之间的距离，其中激光测距仪的测量精度±0.001mm，量程100米；α为两反射面之间夹角的一半，初始位置时距离为A0和B0。

掘进过程中，如果掘进机的掘进轨迹一直是沿着X向进行直线移动，没有Y向平移，则A=B；一旦掘进过程中发生了Y向侧滑（即平移），则A≠B，程序根据A和B的实际值进行判断侧移距离和方向，并将检测结果反馈给掘进机执行机构，进行实时修正轨迹。

1）当A＜B时，则掘进机向-Y方向平移了，平移距离C=(|A-B|/2)tanα；

2）当A＞B时，则掘进机向+Y方向平移了，平移距离C=(|A-B|/2)tanα；

3）当A=B时，则掘进机未发生平移。

此测量方法的接收靶由两个对接的反射面组成，两反射面的对接线位于巷道断面的中心线上，每个反射面负责接收巷道宽度方向一半范围内的激光，每个反射面对应一个激光测距仪。目前的测量方法单个反射面接收范围是巷道宽度的一半，接收范围较小，容易产生测量时激光脱靶的现象，同时在两反射面的交接位置处是一个棱角，激光在这里会产生漫发射效应，大大的减少了反射利用率，难以接收激光信号，导致测量覆盖范围不全面，这就容易形成部分测量数据丢失。因此，创造出一种测量时不易脱靶，测量覆盖范围全面的掘进机横向偏移测量方法是目前要解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种掘进机横向偏移测量方法，本测量方法具有测量时不易脱靶、测量覆盖范围全面等优点。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种掘进机横向偏移测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）在巷道的初始校准点安装两独立的反射面F1和F2，其中，反射面F1和F2均为独立的竖直平面，反射面F1和F2的长度方向位于水平方向并与巷道宽度匹配，反射面F1和F2上下交叉成一定的角度θ；

2）在掘进机上安装有激光测距仪A和激光测距仪B，激光测距仪A和激光测距仪B位于不同高度以分别对应测量两反射面F1和F2之间的距离；初始位置时，激光测距仪A与反射面F1之间的距离为LA0，激光测距仪B与反射面F2之间的距离为LB0，且LA0=LB0；

3）以掘进机的掘进方向为X轴，横向垂直于X轴的方向为Y轴，纵向垂直与X轴的方向为Z轴建立三维坐标；

4）掘进过程中，实时监测掘进机的掘进距离LX，激光测距仪A与反射面F1之间的距离为LA，以及激光测距仪B与反射面F2之间的距离为LB：

a、当LA≠LB时，则掘进机发生横向平移，平移距离E=(|LA-LB|/2)tanθ/2；平移方向根据LA-LB是正还是负即可确定，当LA-LB为正时，掘进机向激光测距仪A所在侧横向平移；当LA-LB为负时，掘进机向激光测距仪B所在侧横向平移；

b、当LA=LB时，则掘进机未发生平移；

5）掘进机控制器根据步骤4）测得的偏移方向和偏移距离进行实时自动修正轨迹。

进一步地，本发明还包括校准用激光发射器D和激光发射器C，激光发射器D与激光测距仪A位于同一高度，激光发射器C和激光测距仪B位于同一高度，激光测距仪A和激光发射器C位于和巷道轴线平行的同一竖直面内，激光测距仪B和激光发射器D位于和巷道轴线平行的同一竖直面内，激光测距仪A和激光测距仪B位于和巷道轴线垂直的同一竖直平面内。

进一步地，本发明所述反射面设置在掘进机前进反方向的巷道中心顶部，反射面的中心线位于巷道断面的中心线上。

相比现有技术，本发明的有益效果主要体现在：

1）本发明的接收靶由两个独立的反射面组成，两反射面的中心线位于巷道断面的中心线上，每个反射面可以接收巷道宽度方向全部范围内的激光，本发明中单个反射面接收范围是巷道宽度的全部范围，单个反射面接收范围是现有技术测量范围的2倍，在测量时不容易产生激光脱靶的现象；

2）本发明由于激光在各自独立完整的接收靶上运行，解决了中间交叉过渡位置不能接收激光的缺陷，补全了测量范围，覆盖了全部的测量数据；

3）本发明增加了两个激光发生器，在安装时通过激光发生器对激光测距仪进行水平和竖直方向准确定位，防止激光测距仪在安装过程中偏差过大影响测量结果。

附图说明

图1为现有技术的测距示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明实施例1的测距示意图；

图4为本发明实施例2的测距示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1：如图2和图3所示，本实施例的一种掘进机横向偏移测量方法，包括如下步骤：

1）在巷道的初始校准点安装两独立的反射面F1和F2，其中，反射面F1和F2均为独立的竖直平面，反射面F1和F2的长度方向位于水平方向并与巷道宽度匹配，反射面F1和F2的中心线位于巷道断面的中心线上，反射面F1和F2上下交叉成一定的角度θ；

2）在掘进机上对应两反射面F1和F2分别安装激光测距仪A、激光发射器D和激光测距仪B、激光发射器C，其中，激光测距仪A、激光发射器D位于同一高度，激光测距仪B和激光发射器C位于同一高度，激光测距仪A和激光发射器C位于和巷道轴线平行的同一竖直面内，激光测距仪B和激光发射器D位于和巷道轴线平行的同一竖直面内，激光测距仪A和激光测距仪B位于和巷道轴线垂直的同一竖直平面内；初始位置时，激光测距仪A与反射面F1之间的距离为LA0，激光测距仪B与反射面F2之间的距离为LB0，且LA0=LB0；

3）以掘进机的掘进方向为X轴，横向垂直于X轴的方向为Y轴，纵向垂直与X轴的方向为Z轴建立三维坐标；

4）掘进过程中，实时监测掘进机的掘进距离LX，激光测距仪A与反射面F1之间的距离为LA，以及激光测距仪B与反射面F2之间的距离为LB：

a、当LA≠LB时，则掘进机发生横向平移，平移距离E=(|LA-LB|/2)tanθ/2；平移方向根据LA-LB是正还是负即可确定，当LA-LB为正时，掘进机向激光测距仪A所在侧横向平移；当LA-LB为负时，掘进机向激光测距仪B所在侧横向平移；

b、当LA=LB时，则掘进机未发生平移；

5）掘进机控制器根据步骤4）测得的偏移方向和偏移距离进行实时自动修正轨迹。

本发明采用双反射面交叉组合，反射面F1和F2设置在掘进机前进反方向的巷道中心顶部，同时每一个反射面单独接收一道激光测距仪和一道激光发生器，两个独立的激光反射面F1和F2上下交叉成一定的角度θ。为了更方便的解决初始位置的水平和竖直校准问题，增加激光发射器C和激光发射器D，方便激光校准仪校正激光测距仪的水平度和竖直度。掘进过程中，根据LA和LB的实际值进行判断侧移方向和计算侧移距离，并将检测结果反馈给掘进机主控制器，掘进机主控制器及时对掘进机位姿进行修正，使掘进机一直沿巷道中心线前进。

实施例2：如图2和图4所示，在掘进机上对应两反射面F1和F2分别安装激光测距仪D、激光发射器A和激光测距仪C、激光发射器B，其中，激光测距仪D和激光发射器A位于同一水平面内，激光测距仪C和激光发射器B位于同一水平面内，激光测距仪D和激光发射器B位于和巷道轴线平行的同一竖直面内，激光测距仪C和激光发射器A位于和巷道轴线平行的同一竖直面内，激光测距仪D和激光测距仪C位于和巷道轴线垂直的同一竖直平面内，初始位置时，激光测距仪D与反射面F1之间的距离为LD0，激光测距仪C与反射面F2之间的距离为LC0，且LD0=LC0；掘进过程中，实时监测掘进机的掘进距离LX，激光测距仪D与反射面F1之间的距离为LD，以及激光测距仪C与反射面F2之间的距离为LC：

a、当LD≠LC时，则掘进机发生横向平移，平移距离E=(|LD-LC|/2)tanθ/2；平移方向根据LD-LC是正还是负即可确定，当LD-LC为正时，掘进机向激光测距仪D所在侧横向平移；当LD-LC为负时，掘进机向激光测距仪C所在侧横向平移；

b、当LD=LC时，则掘进机未发生平移。

本发明的接收靶由两个独立的反射面组成，两反射面的中心线位于巷道断面的中心线上，每个反射面可以接收巷道宽度方向全部范围内的激光，本发明中单个反射面接收范围是巷道宽度的全部范围，单个反射面接收范围是现有技术测量范围的2倍，在测量时不容易产生激光脱靶的现象；由于激光在各自独立完整的接收靶上运行，解决了中间交叉过渡位置不能接收激光的缺陷，补全了测量范围，覆盖了全部的测量数据；增加了两个激光发生器，在安装时通过激光发生器对激光测距仪进行水平和竖直方向准确定位，防止激光测距仪在安装过程中偏差过大影响测量结果。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。