1.一种悬臂式掘进机的导航定位及自动截割方法,其特征在于,包括以下步骤:
s1、在掘进机机身上布置主惯性导航组件及在截割臂安装辅惯性导航组件,同时,在巷道内架设的固定轨道上安装自动全站仪组件,自动全站仪组件用于测量掘进机的绝对位置和姿态,为主惯性导航组件提供初始位置信息;主惯性导航组件用于对掘进机机身进行航向及姿态检测,辅惯性导航组件用于对截割头进行空间位姿检测;
s2、对主惯性导航组件和辅惯性导航组件进行初始标定,然后根据测距传感器测量的掘进机机身距前帮和侧帮的距离,控制掘进机,调整掘进机机身在巷道中的位置;并结合主惯性导航组件、辅惯性导航组件的检测数据计算出掘进机截割头的空间位置;
s3、预先设定截割头工作的工艺路径,结合截割头的断面自动截割模型,建立截割头的垂直摆动与升降油缸的位置关系式以及截割头水平摆动与回转油缸的位置关系式,并根据截割头空间位置坐标与截割臂摆角之间的关系,控制升降油缸和回转油缸的行程,使截割头运动到自动截割的起点位置,按照工艺路径开始自动截割煤壁。
2.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机的导航定位及自动截割方法,其特征在于,截割头的垂直摆动与升降油缸的位置关系式为:
其中,l表示升降油缸的长度,lop表示升降油缸与机架的铰接点p与悬臂垂直回转中心o点的距离,loq表示升降油缸与悬臂的铰接点q与悬臂垂直回转中心o的距离,
截割头水平摆动与回转油缸的位置关系式为:
其中,伸长油缸的长度为lm,缩短油缸的长度为ln,
截割头空间位置坐标与截割臂摆角之间的关系为:
其中,(x,y,z)表示截割头在巷道的空间位置坐标,e表示水平回转台中心h与悬臂垂直回转中心o之间的距离,lor表示截割头中心与悬臂垂直回转中心o之间的距离。
3.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机的导航定位及自动截割方法,其特征在于,还包括根据截割头的垂直摆动与升降油缸的位置关系式确定悬臂下摆角极限值γmin和上摆角极限值γmax的步骤,以及根据截割头水平摆动与回转油缸的位置关系式,确定悬臂在水平面内最大摆角ρmax的步骤。
4.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机的导航定位及自动截割方法,其特征在于,所述主惯性导航组件为激光惯性导航组件,所述辅惯性导航组件为光纤惯性导航组件。
5.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机的导航定位及自动截割方法,其特征在于,还包括在悬臂式掘进机机身安装棱镜组的步骤,所述棱镜组安装于掘进机机身后部位置,左右各一对称布置,棱镜组用于与自动全站仪组件与配合使用。
6.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机的导航定位及自动截割方法,其特征在于,所述步骤s2中,对主惯性导航组件和辅惯性导航组件进行初始标定的方法为:根据自动全站仪组件的位置及掘进机速度为惯性导航系统提供初始位置信息,惯性导航系统对位置信息进行解算得到机身的位置和姿态角度等信息,作为惯性导航系统开始工作时的初始位置信息,完成工作前对主惯性导航组件和辅惯性导航组件的初始标定。
7.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机的导航定位及自动截割方法,其特征在于,截割一段时间后,对主惯性导航组件和辅惯性导航组件进行重新标定。