用于采煤机惯性导航精度测评系统的轨道及测评系统的制作方法

用于采煤机惯性导航精度测评系统的轨道及测评系统
【技术领域】
1.本发明涉及惯性导航精度测评领域，具体涉及用于采煤机惯性导航精度测评系统的轨道及测评系统，所述测评系统包括所述用于采煤机惯性导航精度测评系统的轨道。


背景技术：

2.惯性导航技术是无源导航，导航设备不需要向外界发射任何信号，也不需要实时接收外界信号，只需要给导航系统提供一次初始的位置，导航系统就可以在任何外界环境下(比如振动、冲击、湿热、雾气、粉尘等等)连续测量掘进机的位置和姿态，无惧地形的起伏和倾斜，并根据需要按照要求进行信息输出。
3.惯性导航系统以其可以提供导航信息的全面性和自主性，使其在生产作业环境非常恶劣的矿井中采煤机定位上的应用成为可能。采煤机在井下作业需要铺设轨道，在实际采煤过程中，采煤机采煤时进刀需要一定的角度，因此需要对轨道进行调整，但实际的调整会有误差。由于采煤的工作面很长，该误差会不断累积，使得轨道弯曲不平。采煤机惯性导航通过测算采煤机的运行轨迹，能够反推实际轨道的曲线，从而对轨道进行补偿，以维持轨道的在可接受的范围内保持动态平衡。
4.因此，在采煤机惯性导航的精度对于煤矿的开采显得尤为重要。目前现有的惯性导航的精度测评中，通常采用如《硅谷》2013年第05期《惯性导航系统的精度测试方法》中的飞车或跑车试验来进行，该试验通过gps作为测试基准。但该试验方法由于测试线路不固定，重复试验时会对于试验结果产生影响，测得的数据没有可比性。而且当有遮挡物时，gps也不能精确的定位，因此不能以此来模拟采煤机在井下作业时的状况。
5.因此，亟需一种适用于采煤机惯性导航的精度测评系统。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了用于采煤机惯性导航精度测评系统的轨道及包括其的测评系统，从而解决或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其它方面的问题中的一个或多个。
7.为了实现前述目的，本发明的第一方面提供了一种用于采煤机惯性导航精度测评系统的轨道，所述惯性导航精度测评系统包括移动载体和所述轨道，待测的惯性导航设置在所述移动载体上，并且所述移动载体能够在所述轨道的两端之间沿所述轨道往复运行，其中，所述轨道包括：刚性的导轨，所述导轨模拟采煤机的运行轨迹；以及支撑部，所述支撑部支撑所述导轨，并将所述导轨保持在固定的位置。
8.在如前所述的轨道中，可选地，所述轨道包括单个所述导轨、两个平行的所述导轨或多个平行的所述导轨。
9.在如前所述的轨道中，可选地，所述支撑部为沿着所述导轨的长度方向分布的多个支架。
10.在如前所述的轨道中，可选地，所述支撑部的顶端固定于所述导轨，所述支撑部的
底部固定于地面。
11.在如前所述的轨道中，可选地，所述导轨具有横向弯曲段和/或纵向起伏段和/或横向弯曲同时纵向起伏段。
12.在如前所述的轨道中，可选地，在所述轨道的起点和终点处分别设置有限位装置，所述限位装置适于与所述移动载体的限位开关相互作用，以用于在所述移动载体运行到所述起点或所述终点时使所述移动载体停止或者返向。
13.在如前所述的轨道中，可选地，所述限位装置独立地设置于所述导轨之外。
14.在如前所述的轨道中，可选地，所述起点处的限位装置与所述终点处的限位装置分别位于所述导轨的异侧。
15.在如前所述的轨道中，可选地，所述导轨的顶面和底面均用作所述移动载体的引导面。
16.为了实现前述目的，本发明的第二方面提供了一种采煤机惯性导航精度测评系统，其中，所述惯性导航精度测评系统包括移动载体以及如前述第一方面中任一项所述的轨道，所述移动载体能够在所述轨道的两端之间沿所述轨道往复运行，在所述移动载体上能够设置标杆导航及待测的惯性导航，通过将所述惯性导航的测量轨迹与所述标杆导航的测量轨迹相比较而测评所述惯性导航的精度。
17.本发明的第一方面提供的用于采煤机惯性导航精度测评系统的轨道为固定轨道。所述固定轨道有以下特点：首先，该固定的轨道能够用于模拟采煤机在井下作业时的运行状况；其次，能够确保每次测评的线路一致，以便于对重复测评的数据进行对比；最后，可以通过对固定轨道的建模，以精确该轨道每一点的位置，用于与惯性导航测出的数据进行对比，从而得到更准确的测评结果。
18.本发明的第二方面同时提供了一种包括上述轨道的采煤机惯性导航精度测评系统，该测评系统采用了上述轨道并且能够实现相应的有益效果和优点。因此，该系统可以实现惯性导航的长时间的反复测试、重复验证，使测评数据更精确、可靠。
【附图说明】
19.参照附图，本发明的公开内容将更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
20.图1为本发明的采煤机惯性导航精度测评系统的一个实施例的侧视示意图，其中示出了用于该采煤机惯性导航精度测评系统的轨道；
21.图2为图1的实施例的轨道的俯视示意图；
22.图3为图1的实施例的轨道的局部放大示意图；
23.图4为本发明的轨道的另一个实施例的俯视示意图；
24.图5为本发明的采煤机惯性导航精度测评系统的一个实施例的移动载体的侧视示意图；以及
25.图6为本发明的采煤机惯性导航精度测评系统的另一实施例的移动载体的侧视示意图。
26.附图标记：10-轨道；11-支撑部；11a-单支架；11b-双支架；11c-三角支架；12-限位装置；13-凹槽；14-导轨；20-移动载体；21-限位开关；22-前轮；23-后轮；30-惯性导航。
【具体实施方式】
27.参照附图和具体实施例，下面将以示例的方式来说明根据本发明的用于采煤机惯性导航精度测评系统的轨道及包括其的测评系统。
28.此外，对于在本文提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本发明仍然允许在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，从而应当认为这些根据本发明的更多实施例也是在本文的记载范围之内。
29.还需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示即本发明的移动载体的前后方向的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个或更多等，除非另有明确具体的限定。
31.图1为本发明的采煤机惯性导航精度测评系统的一个实施例的侧视示意图，其中示出了用于该采煤机惯性导航精度测评系统的轨道；图2为图1的实施例的轨道的俯视示意图。
32.从图1中可以看出，该惯性导航精度测评系统包括移动载体20和轨道10，以及图中未示出的基准测绘装置。所述移动载体10用以模拟采煤机，其能够在轨道10的两端之间沿轨道10往复运行，用以模拟采煤机在井下作业的实际运行状况。待测的惯性导航30设置在移动载体20上，并且在移动载体20往复运行于轨道10上的同时，惯性导航30能够监测该移动载体20的运行轨迹，根据该监测出的运行轨迹，并通过与其它测绘装置测得的基准轨迹比较，能够用以测评该惯性导航30的精度。
33.如图1和图2的实施例所示，轨道10包括导轨14和支撑部11，所述导轨14模拟采煤机的运行轨迹。所述导轨14可以同时具有横向弯曲和纵向起伏段，用以模拟采煤机在井下作业时所可能的起伏、弯曲的运行轨迹。在不同的实施例中，该导轨14可以仅具有横向弯曲段，也可以仅具有纵向起伏段。在此，并不排除轨道10具有局部的直段。在实际应用中，该横向弯曲段和/或该纵向起伏段可以根据具体环境以及需要测评的内容对进行设置，也可以设置多个横向弯曲段和/或该纵向起伏段，以更好地模拟采煤机在井下作业时的实际运行状况，从而使得测评数据能更准确地反映惯性导航30实际应用于采煤机井下作业的精度，方便研发人员对惯性导航30进行调试。
34.在图中的实施例中，所述导轨14为刚性的导轨，所述支撑部11支撑所述导轨14，并且支撑部11为沿着所述导轨14的长度方向分布，并将所述导轨14保持在固定的位置。如前所述，该刚性的导轨14为固定的轨道。在实际测评过程中，移动载体20能够在该轨道10的两端之间沿轨道10往复运行，用以模拟采煤机在井下作业的实际运行状况。该固定的轨道10能够固定移动载体20的运行路线，以减少运行路线对惯性导航30精度测评的影响，再通过移动载体20的往复运行，对惯性导航30的进行反复测试、重复验证，使测评数据更精确、可靠。
35.在实际运用中，还可以对固定轨道10进行建模，可以更具象地对比惯性导航30所测出的轨迹的精确度。
36.可以理解，在基准测绘装置为rtk-gnss测绘系统或全站仪-棱镜测绘系统的情况下，该固定的轨道10相对于非固定轨道每次都要rtk-gnss或者全站仪的棱镜去做基准数值然后用惯性导航与其对比而言，本实施例中的固定轨道，则可以重复利用，使用方便且成本低，在建立起实验平台后可以重复多次使用，并且避免了不同操作人员操作rtk-gnss或棱镜的水平不同导致的误差波动。在本实施例中，固定轨道将把测试的过程标准化，对操作人员要求低，有利于得出更加客观的结果。
37.根据图中的实施例，轨道10为单个导轨14，该单个导轨结构简单、材料节省，通过移动载体20抱紧(参见图6)轨道10，其能够随着该轨道10的高低起伏平稳地上坡和下坡，不易侧翻。在采煤机惯性导航精度测评中，移动载体20运行越平稳，就越能排除移动载体20的晃动对于测评结果的影响，从而能够更精确测评出惯性导航30的精度。
38.在可选的实施例中，轨道10也可以包括两个平行的导轨14或多个平行的导轨14。在一些情况下，相应的移动载体20可以具有相对简单的车轮结构设计，有益于简化制造难度、节省成本。
39.从图中还可以看出，在轨道10的起点和终点处分别设置有限位装置12，相对应地，移动载体20上设置有限位开关21。所述限位装置12适于与移动载体20的限位开关21相互作用，以用于在移动载体20运行到起点述终点时，限位装置12触发相应的限位开关21，从而使移动载体20停止或者返向。
40.具体地，如图中实施例所示，限位装置12独立地设置于导轨14之外，限位装置12不设置在该导轨14上，可以防止导轨14因限位装置12的设置而产生形变，从而影响测评的准确性。并且，起点处的限位装置12与终点处的限位装置12分别位于导轨14的异侧，相应地，如图所示，在移动载体20上的限位开关21也设置成异侧，可以保持移动载体20的左右平衡，使得移动载体20能够更平稳地在导轨14上往返运动。在实际应用中，也可以将限位装置12设置在导轨14上，也可以将限位装置12设置在导轨14的同侧，可以根据不同的测评环境以及测评内容进行具体地调整，只要能够实现移动载体20在导轨14的起点和终点处停止或者返向即可。
41.在此需要说明的是，在实际运用中，移动载体20的往返可以通过设置在移动载体20上的控制面板进行自动控制，也可以通过例如手机等移动终端进行远程控制。
42.在图中的实施例中，该导轨14的顶面作为移动载体20的引导面，在可选的实施例中，该导轨14的顶面也可以和底面配合用作移动载体20的引导面，参见图6，使移动载体20能够平稳地在导轨14上往返。
43.从图1可以看出，所述轨道10包括导轨14和支撑部11，该支撑部11为沿着导轨14的长度方向分布的多个支架。图3为图1的实施例的轨道的局部放大示意图。从图3可以清晰地看出，本发明的轨道10的支撑部11的支架可以有三种形式：单支架11a、双支架11b以及三角支架11c。单支架11a可以呈图中限位装置12处的单支架的形式；在一些实施例中，该单支架11a的顶端可以固定于导轨14，该单支架11a的底部可以垂直固定于地面。在可选的实施例中，单支架11a的底部也可以根据测评现场环境倾斜地固定于地面，只要能够确保导轨14稳固地支撑在地面上即可。在图中的实施例中，该单支架11a应用于固定限位装置12，设置在
固定限位装置12的两端，确保该限位装置12的高度能够触发位于移动载体20上的限位开关21，并且低于导轨14的高度，以免影响移动载体20在导轨14上的运动。在此需要说明的是，在具体应用中，根据实际测评现场情况，单支架11a也可以应用于支撑导轨14。
44.该双支架11b的主支架如同单支架，其顶端固定于导轨14，该双支架11b的主支架的底部垂直固定于地面。双支架11b的副支架的顶端交叉固定在主支架上，其下端固定于地面。在图中实施例中，双支架11b可以应用于固定导轨14的纵向起伏段的低处和直段处。在可选的实施例中，双支架11b的主支架的底部也可以根据测评现场环境倾斜地固定于地面，与其副支架形成夹角，以将轨道14稳固地支撑在地面上。在此需要说明的是，在具体应用中，根据实际测评现场情况，双支架11b也可以应用于支撑导轨14的其他段或限位装置12。
45.该三角支架11c的主支架如同单支架，其顶端固定于导轨14，该三角支架11c的主支架的底部垂直固定于地面。三角支架11c的两个副支架的顶端交叉固定在主支架上，其下端固定于地面，形成三角支撑。图中实施例中，双支架11b应用于固定导轨14的纵向起伏段的高处，能够使该段导轨14更稳固地固定在地面上。在可选的实施例中，三角支架11c的主支架的底部也可以根据测评现场环境倾斜地固定于地面，与其两个副支架形成夹角，以将轨道14稳固地支撑在地面上。在此需要说明的是，在具体应用中，根据实际测评现场情况，三角支架11c也可以应用于支撑导轨14的其他段或限位装置12。
46.综上，在具体应用中，可以根据测评现场环境以及测评内容选用单支架11a、双支架11b和/或三角支架11c，在节省材料的同时，又能使轨道10的每段导轨14牢固地固定于地面。可选地，在实际运用中也可以采用更多根支架进行固定，该些支架相互形成夹角，使轨道10能更牢固地固定在地面上。需要说明的是，上述的支架的连接和固定方式可以为螺栓连接，也可以为绑定、铆钉、焊接等。
47.图4为本发明的轨道的另一个实施例的俯视示意图。从图中可以看出，该轨道10包括导轨14和限位装置12，移动载体20运行在导轨14上，并且惯性导航30设置在移动载体20上，以监测移动载体20的运行轨迹。在图中的实施例中，该导轨14上设置有凹槽13，该凹槽13能够嵌入移动载体20的车轮，以固定移动载体20在导轨14上的位置，使其平稳地在导轨14上往复运动。
48.在可选的实施例中，导轨14上可以设置传送带，移动载体20可以固定在该传送带上，以同一速度平稳地在导轨14上往复运动。
49.图5为本发明的采煤机惯性导航精度测评系统的一个实施例的移动载体的侧视示意图。从图中可以看出，移动载体20在导轨14上运行，惯性导航30设置在该移动载体20上。
50.该移动载体20具有前轮22、后轮23，所述前轮22和所述后轮23能够沿轨道10行进，从而使得移动载体20沿轨道运行。在该实施例中，该前轮22和后轮23可以是两边为圆轮，中间为滚轴的形状，圆轮的直径略大于滚轴的直径，该滚轴的长度与导轨14的宽度相同。在移动载体20运行过程中，两边圆轮正好将导轨14保持在中间，滚轮贴合导轨14的顶面滚动，使移动载体20更平稳地沿着导轨14运行。该导轨14的顶面用作该移动载体20的引导面，使移动载体20的前轮22和后轮23能够沿着该顶面，在导轨14上运行。
51.该移动载体20能够在该轨道10的两端之间沿轨道10往复运行，用以模拟采煤机在井下作业的实际运行状况。该固定的轨道10能够固定移动载体20的运行路线，以减少运行路线对惯性导航30精度测评的影响，再通过移动载体20的往复运行，对惯性导航30的进行
反复测试、重复验证，使测评数据更精确、可靠。
52.从图中还可以看出，该移动载体20的限位开关21设置于前轮22和后轮23处，并且为异侧设置，以匹配于导轨14旁的限位装置12设置的位置(如图2)，从而当移动载体20运行到限位装置12的位置时，被限位装置12触发，从而使移动载体20停止或者返向。
53.在可选的实施例中，可以在前轮22和后轮23上各自分别安装电机，该移动载体20运行时，前后两个电机同时开启引导前轮22和后轮23转动，以保证该移动载体20运行的速度稳定。
54.在具体实施过程中，在该移动载体20上还可以进一步安装轮速编码器，该轮速编码器可以实时监控移动载体20的瞬时速度。该轮速编码器可以采用电池进行无源供电，从而不会对移动载体20在轨道10运行产生阻碍。在可选的实施例中，移动载体20也可以设置其它数量的一个或多个轮子，只要能够确保移动载体20在轨道10上平稳地运行即可。
55.图6为本发明的采煤机惯性导航精度测评系统的另一实施例的移动载体的侧视示意图。从图中可以看出，移动载体20在导轨14上运行，惯性导航30设置在该移动载体20上。该移动载体20具有前轮22、后轮23，所述前轮22和所述后轮23能够沿轨道10行进，从而使得移动载体20沿轨道运行。该前轮22分为上下两个车轮，同样后轮23也分为上下两个车轮。在该实施例中，该前轮22和后轮23可以是两边为圆轮、中间为滚轴的形状，圆轮的直径略大于滚轴的直径，该滚轴的长度与导轨14的宽度相同。在移动载体20运行过程中，两边圆轮正好将导轨14保持在中间，位于上方的前后两个滚轮贴合导轨14的顶面滚动，位于下方的前后两个滚轮贴合导轨14的底面滚动。该导轨14的顶面和底面均用作该移动载体20的引导面，使移动载体20的前轮22和后轮23能够沿着该顶面，在导轨14上运行。前轮22和后轮23的上下设置，在左右方向保持住导轨14的同时，在上下方向也能抱紧导轨14，以使移动载体20在运行过程中不易侧翻，从而使移动载体20能够更平稳地沿着导轨14运行。
56.该移动载体20能够在该轨道10的两端之间沿轨道10往复运行，用以模拟采煤机在井下作业的实际运行状况。该固定的轨道10能够固定移动载体20的运行路线，以减少运行路线对惯性导航20精度测评的影响，再通过移动载体20的往复运行，对惯性导航20的进行反复测试、重复验证，使测评数据更精确、可靠。
57.从图中还可以看出，该移动载体20的限位开关21设置于前轮22和后轮23处，并且为异侧设置，以匹配于导轨14旁的限位装置12设置的位置(如图2)，从而当移动载体20运行到限位装置12的位置时，被限位装置12触发，从而使移动载体20停止或者返向。
58.在可选的实施例中，可以在前轮22和后轮23上各自分别安装电机，该移动载体20运行时，前后两个电机同时开启引导前轮22和后轮23转动，以保证该移动载体20运行的速度稳定。
59.在具体实施过程中，在该移动载体20上还可以进一步安装轮速编码器，该轮速编码器可以实时监控移动载体20的瞬时速度。该轮速编码器可以采用电池进行无源供电，从而不会对移动载体20在轨道10运行产生阻碍。在可选的实施例中，移动载体20也可以设置其它数量的一个或多个轮子，只要能够确保移动载体20在轨道10上平稳地运行即可。
60.在不同的实施例中，移动载体20的具体形式不限。例如可以呈图5和图6实施例中的小车的形式，包括车轮和其所承载的载体平台，各种部件如惯性导航30、基准测绘装置的移动端(例如rtk-gnss测绘系统的移动站、全站仪-棱镜测绘系统的棱镜)、电控箱、上位机
等可以布置在载体平台上。小车能够通过车轮在轨道10上行走。
61.在可选的实施例中，移动载体20也可以为盒体，上述各种部件可以放置在盒体内，该盒体可以与上述可选实施例中安装有传送带的导轨14配合，该盒体底部固定在该传送带，由传送带引导该移动载体20在导轨14上往复运动。
62.在此需要说明的是，上述图5和图6的两个移动载体20的实施例可以根据实际情况与不同的导轨14(如图1或图4)配合应用，以符合实际测评环境以及测评内容的要求，以更好地模拟采煤机在井下作业的运行状况，从而获得更可靠的监测数据，以对惯性导航的精度进行测评。
63.本发明同时进一步提供一种包括上述轨道10以及移动载体20的采煤机惯性导航精度测评系统，该惯性导航精度测评系统的移动载体20能够在轨道10的两端之间沿轨道10往复运行，在移动载体20上能够设置基准测绘装置(例如标杆导航)及待测的惯性导航，通过将惯性导航30的测量轨迹与基准测绘装置(例如标杆导航)的测量轨迹相比较而测评惯性导航30的精度。由于该惯性导航精度测评系统采用上述轨道10，因此也具有上述轨道10的各个特征，因而也具备相应的优点。
64.本发明通过采用采煤机惯性导航精度测评系统的固定轨道，以实现模拟采煤机在井下作业时的运行状况；同时能够确保每次测评的线路一致，以便于对重复测评的数据进行对比；并且可以通过对固定轨道的建模，以精确该轨道每一点的位置，用于与惯性导航测出的数据进行对比，从而得到更准确的测评结果。本发明同时提供了一种包括上述轨道的采煤机惯性导航精度测评系统，该测评系统采用了上述轨道并且能够实现相应的有益效果和优点。因此，该系统可以实现惯性导航的长时间的反复测试、重复验证，使测评数据更精确、可靠。
65.本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明书中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施方式进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的范围内。