一种悬臂式掘进机位姿测量系统的快速布站和移站方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤矿用悬臂式掘进机的位姿测量技术领域，特别涉及一种悬臂式掘进 机位姿测量系统的快速布站和移站方法。
【背景技术】
[0002] 传统的悬臂式掘进机位姿测量方法是人工目视法，悬臂式掘进机在煤巷中唯一的 参考来自于点激光指向仪。在悬臂式掘进机后方安放1台点激光指向仪（指示巷道设计方 向），其在煤巷前部掘进断面形成一个光斑，悬臂式掘进机司机在作业中须以肉眼观察掘进 断面上光斑的位置，时时注意巷道走向是否正确，全凭经验来估计当前掘进机的位置和姿 态。随着技术的发展，出现了大量的现代化位姿测量方式，但这些现代化的位姿测量方式都 有一定的缺点，其中包括布站、移站过程较为复杂。煤矿掘进工作面属于较危险的工作环 境，如果布站、移站过程较为复杂，势必会延长工作人员在危险环境的工作时间，不利于煤 矿总体安全水平的提高。
[0003] 目前用于悬臂式掘进机的位姿测量技术十分匮乏，有限的悬臂式掘进机位姿测量 技术的布站和移站过程都极为复杂，不适用于煤矿掘进工作面。因此提出一种基于现有某 种悬臂式掘进机位姿测量技术的快速布站和快速移站方法，对提高煤矿总体安全系数，减 少人员伤亡，具有重大意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出一种悬臂式掘进机位姿测量系统的快速布站及快速移站 方法，可实现对悬臂式掘进机位姿测量系统的快速布站以及对悬臂式掘进机位姿的持续测 量。快速布站方法极大的缩短了工人在危险环境的工作时间。快速移站方法提高了该位姿 测量系统对悬臂式掘进机位姿的测量持续性，不断为悬臂式掘进机控制提供数据，提高了 巷道成型质量。
[0005] 本发明的技术方案是利用专用的金属排架安装扇面激光接收器，以实现对悬臂式 掘进机位姿测量系统的快速布站和快速移站，主要包含以下内容：
[0006] 1、一种用于煤矿用悬臂式掘进机位姿测量系统快速布站的金属排架，其特征在 于：包括横杆（1)，竖杆（2)，扇面激光接收器固定卡（3)。
[0007] --横杆（1)，其为矩形高强度金属杆，用于安装2个扇面激光接收器。其特点是中 部位置有三个螺孔，用于与竖杆连接。横杆两边各有一段镂空区，用于扇面激光接收器固定 环在横杆上移动。
[0008] --竖杆（2)，其为矩形高强度金属杆，用于安装1个扇面激光接收器。其特点是中 部位置有三个螺孔（稍大于横杆上的螺孔），用于与横杆连接。竖杆下部有一段镂空区，用 于扇面激光接收器固定环在竖杆上移动。同时竖杆上部有一卡环，连接锚杆。使整个金属 排架能悬挂在巷道中。
[0009] --扇面激光接收器固定卡（3)，用于固定扇面激光接收器。其特点是呈半球状，内 部中空，底部安装有磁铁，能将球状的扇面激光接收器吸住。其安装在横杆和竖杆上，能沿 横杆和竖杆移动，进而使扇面激光接收器沿横杆和竖杆做调整。
[0010] 2、一种用于煤矿用悬臂式掘进机位姿测量系统的快速布站方法，其特征在于布站 过程包含以下步骤：
[0011] (1)在煤巷掘进开始前，在悬臂式掘进机扇面激光发射端所发射扇面激光作用范 围内的顶板（煤巷顶部）上打一锚杆。
[0012] (2)将3个扇面激光接收器安装在金属排架上，使其感光部分朝向排架前方。
[0013] (3)将安装好的金属排架用竖杆上的卡环固定在锚杆上，同时进行上下调整，使其 处于扇面激光可照射范围内。
[0014] (4)用矿用激光全站仪等常规测量手段测得3个扇面激光接收器相对于空间大地 坐标系的坐标值，这3个扇面激光接收器确定的空间坐标系即为初始基准坐标系。
[0015] 3、一种用于煤矿用悬臂式掘进机位姿测量系统的快速移站方法，其特征在于布站 过程包含以下步骤：
[0016] (1)在完成悬臂式掘进机位姿测量系统的布站后，悬臂式掘进机开始进行掘进作 业。随着悬臂式掘进机向前移动，扇面激光发射端与扇面激光接收端的距离逐渐扩大，最终 脱离扇面激光有效作用范围。
[0017] (2)在悬臂式掘进机脱离扇面激光有效作用范围前，取另一安装好的金属排架，前 移到离悬臂式掘进机较近的位置。该前移金属排架上3个扇面激光接收器确定的空间坐标 系即为前移坐标系。
[0018] (3)对前移坐标系进行坐标系转换，使悬臂式掘进机上固定三点在前移坐标系中 的坐标值化归至初始基准坐标系。
[0019] (4)悬臂式掘进机继续向前掘进，前移坐标系成为新初始基准坐标系，这时可以取 下旧初始基准坐标系，待超出新初始基准坐标系的有效作用范围后，将旧初始基准坐标系 作为前移坐标系再向前移动。如此反复，直至悬臂式掘进机完成整个煤巷的掘进。
[0020] 本发明的有益效果：①一种可行的悬臂式掘进机位姿测量系统快速布站及快速移 站方法，提高了该位姿测量系统对悬臂式掘进机位姿的测量持续性，不断为悬臂式掘进机 控制提供数据，提高了巷道成型质量。②减少了工作人员在危险环境的工作时间，大大提高 了煤矿总体安全系数。
【附图说明】
[0021] 图1为金属排架结构图
[0022] 图2为金属排架安装示意图
[0023] 图3为扇面激光测量系统移动示意图
[0024] 图中：
[0025] 1:横杆2:竖杆
[0026] 3 :扇面激光接收器固定卡 4 :扇面激光接收器
[0027] 5 :煤巷顶板 6 :销杆
[0028] 具体实施方法
[0029] 本发明的技术方案是利用专用的金属排架安装扇面激光接收器，以实现对悬臂式 掘进机位姿测量系统的快速布站和快速移站，主要包含以下内容：
[0030] 1、图1所示为金属排架，包括横杆1，竖杆2,扇面激光接收器固定卡3。
[0031] -横杆1，矩形高强度金属杆，用于安装2个扇面激光接收器。其特点是中部位置 有三个螺孔，用于与竖杆连接。横杆两边各有一段镂空区，用于扇面激光接收器固定环在横 杆上移动。
[0032] 一竖杆2,其为矩形高强度金属杆，用于安装1个扇面激光接收器。其特点是中部 位置有三个螺孔（稍大于横杆上的螺孔），用于与横杆连接。竖杆下部有一段镂空区，用于 扇面激光接收器固定环在竖杆上移动。同时竖杆上部