一种采煤机-液压支架相对定位的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种能够精确定位采煤机的方法及装置，尤其是一种采煤机-液压支 架相对定位的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 综采自动化的核心是"三机"协同动作，即液压支架、刮板输送机依靠采煤机的工 作位置及工作状态等信息进行自动控制，因此，综采自动化研宄的首要任务是采煤机智能 监控系统进行研宄，并且最为关键的就是采煤机的自主精确定位技术。目前，红外线采煤机 位置检测装置和轴编码器定位装置为井下工业现场最常用的两种定位方式，单独运用其中 一种定位方式会存在一定的问题，如在使用红外线位置检测装置时，会出现由于现场一些 物品遮挡红外信号，使其产生误判；在使用轴编码器定位时，采煤机的行走轮同刮板输送机 的销排啮合不是严格意义上的齿轮传动，只能算是一种"类齿轮齿排传动"，由于轮齿同销 排啮合时，有较大的空隙，这样会在计算过程中形成累积误差，该误差会随着时间累积而变 大，因此采用这些单一的方法对采煤机的定位可靠性和准确性不高。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种采煤机-液压支架相对定位的方 法及装置，通过红外传感器定位、轴编码器定位以及惯性导航定位三种定位策略融合对采 煤机进行定位，提高定位的可靠性和准确性。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采煤机-液压支架相对定位 装置，包括红外传感器、轴编码定位装置、惯性导航定位装置和中央系统处理单元，惯性导 航定位装置、轴编码定位装置和红外传感器分别电连接于中央系统处理单元；惯性导航定 位装置安装在采煤机的重心位置，轴编码定位装置放置在采煤机行走部行星减速器的低速 输出轴上，红外传感器包括安装在采煤机中心位置的红外线发射装置以及安装在各个液压 支架上的复数个红外线接收装置。
[0005] 一种采煤机-液压支架相对定位方法，包括以下步骤：
[0006] 红外线发射装置随着采煤机行走连续的发射红外信号，位于各液压支架上的红外 线接收装置会接收到强度不等的红外信号，靠近采煤机中心位置的红外线接收装置信号强 度最强，确定该信号最强的红外线接收装置所在的液压支架为采煤机正对的液压支架；
[0007] 轴编码定位装置根据行走部齿轮的传动比计算出采煤机的行走距离，通过对行走 距离进行计算求出该采煤机的位置；
[0008] 通过惯性导航定位装置上的三轴陀螺仪和三轴加速度计测得角速度和加速度后， 发送至中央系统处理单元，求得相应的位置参数，再进行计算得到采煤机的位置；
[0009] 分别通过红外线发射装置、轴编码定位装置和惯性导航定位装置定确定采煤机的 位置后，进行比较处理，最终确定采煤机的精确定位位置。
[0010] 红外传感器的定位方法为：
[0011] 通过安装在采煤机上的红外线发射装置发射信号，安装在液压支架上的红外线接 收装置接收信号，随着采煤机行走连续的发射红外信号，位于附近的红外线接收装置将会 接收到强度不等的红外信号，将信号发送至中央系统处理单元，根据信号强度确定出目前 采煤机所在位置[i，i+a]，信号最强的接收装置所在的液压支架即为红外传感器确定的采 煤机正对的液压支架；
[0012] 轴编码器定位装置的定位方法为：
[0013] 设输出轴到行走轮的齿轮传动比为i，轴编码器旋转一周生成的脉冲数目为N， 某一时刻所累计的脉冲数目为n(tj，行走轮的分度圆半径为R，采煤机的当前运行的距离 为：
[0014]
[0015] 结合液压支架的宽度以及液压支架在工作面上的分布情况进行采煤机和液压支 架的相对定位，设工作面液压支架宽度为0，相邻液压支架之间的平均距离为△ 0，液压 支架从采煤机行走开始端编号1~n，采煤机正对的液压支架的支架号为j，采煤机 行走距离同液压支架编号之间的关系为：
[0016] S(ti) =A|3 ? [nc(ti)-l] + |3 ?nc(ti)
[0017] 由此得出采煤机正对的支架号
[0018]
[0019] 惯性导航足位装置的足位方法为：
[0020] 通过惯性导航定位装置中的三轴陀螺仪和三轴加速度计测得对应的角度和加速 度后，发送到中央系统处理单元，通求得相应的位置参数，随后计算后得出采煤机的当前位 置；
[0021] 由采煤机机身上安装的三轴加速度计直接测得沿采煤机机身坐标系的比例分量 fb-fbfbh,，}y，h，
[0022] 设采煤机机身坐标系为固联在采煤机机身中部的一点Oxbybzb，三个坐标轴的初始 方位同平台坐标系重合，实现由采煤机机身至平台坐标系的坐标转换的采煤机姿态矩阵T 应满足如下的坐标转换方程：
[0023]
[0024] 通过实时解算算法获得采煤机的姿态矩阵T，
[0025]
[0026] 进而计算得到平台坐标系内的测量参数
[0027] 在平台坐标系下对三个方向的加速度进行两次积分计算，从而获得采煤机机身安 装点在惯性下的位移情况；通过四元数法进行采煤机姿态矩阵的实时求解，设采煤机机身 坐标系相对平台系做定轴转动的转动四元数为：
[0028] Q(t) =q0(t)+q! (t)ib+q2(t)jb+q3(t)
[0029] 三轴陀螺仪测得角速度《，Q随时间变化而变化，Q的实时求解通过解四元数微分 方程
[0030]
[0031] 得到，然后通过最佳正交化纠偏得到：
[0032]
[0033]由此，计算得到采煤机姿态矩阵T的实时值为：
[0034]
[0035] 采煤机机身坐标系下加速度的坐标转换：
[0036] UJJ
L7z
[0037] 在平台坐标系下对三个方向的加速度再加上重力加速度：
[0038]
[0039] -次积分求出对应的速度
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 二次积分求出对应的位移
[0044]
[0045]
[0046]
[0047] 其中各速度位移的初始值均为0 ;
[0048] 计算当前采煤机的位置k，结合液压支架的宽度以及液压支架在工作面上的分布 情况进行采煤机和液压支架的相对定位，设工作面液压支架宽度为0，相邻液压支架之间 的平均距离为△ 0，液压支架从采煤机行走开始端编号1~n，采煤机正对的液压支架的支 架号为k，采煤机行走距离同支架号之间的关系为：
[0049] S(ti)=A|3?[nc(ti)-l]+|3?nc(ti)
[0050] 由此得出采煤机正对的液压支架号
[0051]
[0052] 对三种定位方式进行比较：计算j、k是否都在[i,i+a]内，若只有j在范围内，那 么此时采煤机的位置就是在j处，若只有k在范围内，那么此时采煤机的位置就是在k处， 若j、k都在范围内，且j=k，此时位置为j或者k，若j辛k则采煤机位置取[i.i+a]中 间架号i+a/2。若j、k都不在范围内，那么采煤机位置取[i.i+a]中间架号i+a/2。
[0053] 本发明的有益效果是：解决现有采煤机方法定位不准确的问题，通过几种定位技 术的融合模型，增强了融合校正系统的准确性、可靠性和稳定性。
【附图说明】
[0054] 图1为本发明的原理框图；
[0055] 图2为本发明的流程图；
[0056] 图3为惯性导航定位装置系统原理图；
【具体实施方式】
[0057] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0058] 如图1至图3所示：本发明的采煤机-液压支架相对定位装置，包括红外传感器、 轴编码定位装置、惯性导航定位装置和中央系统处理单元，惯性导航定位装置、轴编码定位 装置和红外传感器分别电连接于中央系统处理单元；惯性导航定位装置安装在采煤机的重 心位置，轴编码定位装置放置在采煤机行走部行星减速器的低速输出轴上，红外传感器包 括安装在采煤机中心位置的红外线发射装置以及安装在各个液压支架上的复数个红外线 接收装置。
[0059] -种采煤机-液压支架相对定位方法，包括以下步骤：
[0060] 红外线发射装置随着采煤机行走连续的发射红外信号，位于各液压支架上的红外 线接收装置会接收到强度不等的红外信号，靠近采煤机中心位置的红外线接收装置信号强 度最强，确定该信号最强的红外线接收装置所在的液压支架为采煤机正对的液压支架；
[0061] 轴编码定位装置根据行走部齿轮的传动比计算出采煤机的行走距离，通过对行走 距离进行计算求出该采煤机的位置；
[0062] 通过惯性导航定位装置上的三轴陀螺仪和三轴加速度计测得角速度和加速度后， 发送至中央系统处理单元，求得相应的位置参数，再进行计算得到采煤机的位置；
[0063] 分别通过红外线发射装置、轴编码定位装置和惯性导航定位装置定确定采煤机的 位置后，进行比较处理，最终确定采煤机的精确定位位置。
[0064] 红外传感器的定位方法为：
[0065] 通过安装在采煤机上的红外线发射装置发射信号，安装在液压支架上的红外线接 收装置接收信号，随着采煤机行走连续的发射红外信号，位于附近的红外线接收装置将会 接收到强度不等的红外信号，将信号发送至中央系统处理单元，根据信号强度确定出目前 采煤机所在位置[i，i+a]，信号最强的接收装置所在的液压支架即为红外传感器确定的采 煤机正对的液压支架；
[0066] 轴编码器定位装置的定位方法为：
[0067] 设输出轴到行走轮的齿轮传动比