本發(fā)明涉及掘進(jìn)機(jī)位姿檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種掘進(jìn)機(jī)橫向偏移測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

隨著礦用巷道掘進(jìn)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，目前，遠(yuǎn)程操控掘進(jìn)機(jī)已逐漸成為新興的智能化煤礦采掘機(jī)械。而掘進(jìn)機(jī)在井下的位姿測(cè)量已成為遠(yuǎn)程操控掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)。

以掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)方向?yàn)閄軸正方向，垂直于X軸的水平向右為Y軸正方向，豎直向上為Z軸正方向建立巷道坐標(biāo)系，則掘進(jìn)機(jī)的位姿參數(shù)由4個(gè)單項(xiàng)因數(shù)組成：偏向角，橫滾角，俯仰角，橫向偏移。掘進(jìn)機(jī)在實(shí)際工作中，其機(jī)身位姿可能出現(xiàn)上述參數(shù)中的一種，也可能是多種狀態(tài)組合，其機(jī)身的三個(gè)位置角度可采用慣性導(dǎo)航組件進(jìn)行測(cè)量，而橫向偏移則不能。

目前橫向偏移的測(cè)量主要采用單靶激光測(cè)距的方式，如圖1所示。使用巷道已有的初始校準(zhǔn)點(diǎn)，在校準(zhǔn)點(diǎn)安裝兩個(gè)具有一定角度的反射面F1和F2組成一個(gè)接收靶，兩反射面之間的夾角可調(diào)并可準(zhǔn)確獲得（具體大小與激光測(cè)距儀匹配）。

初始位置時(shí)，A和B分別為固定在掘進(jìn)機(jī)上的兩個(gè)高精度激光測(cè)距儀測(cè)得設(shè)備到F1、F2面之間的距離，其中激光測(cè)距儀的測(cè)量精度±0.001mm，量程100米；α為兩反射面之間夾角的一半，初始位置時(shí)距離為A0和B0。

掘進(jìn)過程中，如果掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)軌跡一直是沿著X向進(jìn)行直線移動(dòng)，沒有Y向平移，則A=B；一旦掘進(jìn)過程中發(fā)生了Y向側(cè)滑（即平移），則A≠B，程序根據(jù)A和B的實(shí)際值進(jìn)行判斷側(cè)移距離和方向，并將檢測(cè)結(jié)果反饋給掘進(jìn)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)行實(shí)時(shí)修正軌跡。

1）當(dāng)A＜B時(shí)，則掘進(jìn)機(jī)向-Y方向平移了，平移距離C=(|A-B|/2)tanα；

2）當(dāng)A＞B時(shí)，則掘進(jìn)機(jī)向+Y方向平移了，平移距離C=(|A-B|/2)tanα；

3）當(dāng)A=B時(shí)，則掘進(jìn)機(jī)未發(fā)生平移。

此測(cè)量方法的接收靶由兩個(gè)對(duì)接的反射面組成，兩反射面的對(duì)接線位于巷道斷面的中心線上，每個(gè)反射面負(fù)責(zé)接收巷道寬度方向一半范圍內(nèi)的激光，每個(gè)反射面對(duì)應(yīng)一個(gè)激光測(cè)距儀。目前的測(cè)量方法單個(gè)反射面接收范圍是巷道寬度的一半，接收范圍較小，容易產(chǎn)生測(cè)量時(shí)激光脫靶的現(xiàn)象，同時(shí)在兩反射面的交接位置處是一個(gè)棱角，激光在這里會(huì)產(chǎn)生漫發(fā)射效應(yīng)，大大的減少了反射利用率，難以接收激光信號(hào)，導(dǎo)致測(cè)量覆蓋范圍不全面，這就容易形成部分測(cè)量數(shù)據(jù)丟失。因此，創(chuàng)造出一種測(cè)量時(shí)不易脫靶，測(cè)量覆蓋范圍全面的掘進(jìn)機(jī)橫向偏移測(cè)量方法是目前要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提出一種掘進(jìn)機(jī)橫向偏移測(cè)量方法，本測(cè)量方法具有測(cè)量時(shí)不易脫靶、測(cè)量覆蓋范圍全面等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種掘進(jìn)機(jī)橫向偏移測(cè)量方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）在巷道的初始校準(zhǔn)點(diǎn)安裝兩獨(dú)立的反射面F1和F2，其中，反射面F1和F2均為獨(dú)立的豎直平面，反射面F1和F2的長度方向位于水平方向并與巷道寬度匹配，反射面F1和F2上下交叉成一定的角度θ；

2）在掘進(jìn)機(jī)上安裝有激光測(cè)距儀A和激光測(cè)距儀B，激光測(cè)距儀A和激光測(cè)距儀B位于不同高度以分別對(duì)應(yīng)測(cè)量兩反射面F1和F2之間的距離；初始位置時(shí)，激光測(cè)距儀A與反射面F1之間的距離為LA0，激光測(cè)距儀B與反射面F2之間的距離為LB0，且LA0=LB0；

3）以掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)方向?yàn)閄軸，橫向垂直于X軸的方向?yàn)閅軸，縱向垂直與X軸的方向?yàn)閆軸建立三維坐標(biāo)；

4）掘進(jìn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)距離LX，激光測(cè)距儀A與反射面F1之間的距離為LA，以及激光測(cè)距儀B與反射面F2之間的距離為LB：

a、當(dāng)LA≠LB時(shí)，則掘進(jìn)機(jī)發(fā)生橫向平移，平移距離E=(|LA-LB|/2)tanθ/2；平移方向根據(jù)LA-LB是正還是負(fù)即可確定，當(dāng)LA-LB為正時(shí)，掘進(jìn)機(jī)向激光測(cè)距儀A所在側(cè)橫向平移；當(dāng)LA-LB為負(fù)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)向激光測(cè)距儀B所在側(cè)橫向平移；

b、當(dāng)LA=LB時(shí)，則掘進(jìn)機(jī)未發(fā)生平移；

5）掘進(jìn)機(jī)控制器根據(jù)步驟4）測(cè)得的偏移方向和偏移距離進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)修正軌跡。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還包括校準(zhǔn)用激光發(fā)射器D和激光發(fā)射器C，激光發(fā)射器D與激光測(cè)距儀A位于同一高度，激光發(fā)射器C和激光測(cè)距儀B位于同一高度，激光測(cè)距儀A和激光發(fā)射器C位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測(cè)距儀B和激光發(fā)射器D位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測(cè)距儀A和激光測(cè)距儀B位于和巷道軸線垂直的同一豎直平面內(nèi)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述反射面設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)反方向的巷道中心頂部，反射面的中心線位于巷道斷面的中心線上。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：

1）本發(fā)明的接收靶由兩個(gè)獨(dú)立的反射面組成，兩反射面的中心線位于巷道斷面的中心線上，每個(gè)反射面可以接收巷道寬度方向全部范圍內(nèi)的激光，本發(fā)明中單個(gè)反射面接收范圍是巷道寬度的全部范圍，單個(gè)反射面接收范圍是現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量范圍的2倍，在測(cè)量時(shí)不容易產(chǎn)生激光脫靶的現(xiàn)象；

2）本發(fā)明由于激光在各自獨(dú)立完整的接收靶上運(yùn)行，解決了中間交叉過渡位置不能接收激光的缺陷，補(bǔ)全了測(cè)量范圍，覆蓋了全部的測(cè)量數(shù)據(jù)；

3）本發(fā)明增加了兩個(gè)激光發(fā)生器，在安裝時(shí)通過激光發(fā)生器對(duì)激光測(cè)距儀進(jìn)行水平和豎直方向準(zhǔn)確定位，防止激光測(cè)距儀在安裝過程中偏差過大影響測(cè)量結(jié)果。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)距示意圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的測(cè)距示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的測(cè)距示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：如圖2和圖3所示，本實(shí)施例的一種掘進(jìn)機(jī)橫向偏移測(cè)量方法，包括如下步驟：

1）在巷道的初始校準(zhǔn)點(diǎn)安裝兩獨(dú)立的反射面F1和F2，其中，反射面F1和F2均為獨(dú)立的豎直平面，反射面F1和F2的長度方向位于水平方向并與巷道寬度匹配，反射面F1和F2的中心線位于巷道斷面的中心線上，反射面F1和F2上下交叉成一定的角度θ；

2）在掘進(jìn)機(jī)上對(duì)應(yīng)兩反射面F1和F2分別安裝激光測(cè)距儀A、激光發(fā)射器D和激光測(cè)距儀B、激光發(fā)射器C，其中，激光測(cè)距儀A、激光發(fā)射器D位于同一高度，激光測(cè)距儀B和激光發(fā)射器C位于同一高度，激光測(cè)距儀A和激光發(fā)射器C位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測(cè)距儀B和激光發(fā)射器D位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測(cè)距儀A和激光測(cè)距儀B位于和巷道軸線垂直的同一豎直平面內(nèi)；初始位置時(shí)，激光測(cè)距儀A與反射面F1之間的距離為LA0，激光測(cè)距儀B與反射面F2之間的距離為LB0，且LA0=LB0；

3）以掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)方向?yàn)閄軸，橫向垂直于X軸的方向?yàn)閅軸，縱向垂直與X軸的方向?yàn)閆軸建立三維坐標(biāo)；

4）掘進(jìn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)距離LX，激光測(cè)距儀A與反射面F1之間的距離為LA，以及激光測(cè)距儀B與反射面F2之間的距離為LB：

a、當(dāng)LA≠LB時(shí)，則掘進(jìn)機(jī)發(fā)生橫向平移，平移距離E=(|LA-LB|/2)tanθ/2；平移方向根據(jù)LA-LB是正還是負(fù)即可確定，當(dāng)LA-LB為正時(shí)，掘進(jìn)機(jī)向激光測(cè)距儀A所在側(cè)橫向平移；當(dāng)LA-LB為負(fù)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)向激光測(cè)距儀B所在側(cè)橫向平移；

b、當(dāng)LA=LB時(shí)，則掘進(jìn)機(jī)未發(fā)生平移；

5）掘進(jìn)機(jī)控制器根據(jù)步驟4）測(cè)得的偏移方向和偏移距離進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)修正軌跡。

本發(fā)明采用雙反射面交叉組合，反射面F1和F2設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)反方向的巷道中心頂部，同時(shí)每一個(gè)反射面單獨(dú)接收一道激光測(cè)距儀和一道激光發(fā)生器，兩個(gè)獨(dú)立的激光反射面F1和F2上下交叉成一定的角度θ。為了更方便的解決初始位置的水平和豎直校準(zhǔn)問題，增加激光發(fā)射器C和激光發(fā)射器D，方便激光校準(zhǔn)儀校正激光測(cè)距儀的水平度和豎直度。掘進(jìn)過程中，根據(jù)LA和LB的實(shí)際值進(jìn)行判斷側(cè)移方向和計(jì)算側(cè)移距離，并將檢測(cè)結(jié)果反饋給掘進(jìn)機(jī)主控制器，掘進(jìn)機(jī)主控制器及時(shí)對(duì)掘進(jìn)機(jī)位姿進(jìn)行修正，使掘進(jìn)機(jī)一直沿巷道中心線前進(jìn)。

實(shí)施例2：如圖2和圖4所示，在掘進(jìn)機(jī)上對(duì)應(yīng)兩反射面F1和F2分別安裝激光測(cè)距儀D、激光發(fā)射器A和激光測(cè)距儀C、激光發(fā)射器B，其中，激光測(cè)距儀D和激光發(fā)射器A位于同一水平面內(nèi)，激光測(cè)距儀C和激光發(fā)射器B位于同一水平面內(nèi)，激光測(cè)距儀D和激光發(fā)射器B位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測(cè)距儀C和激光發(fā)射器A位于和巷道軸線平行的同一豎直面內(nèi)，激光測(cè)距儀D和激光測(cè)距儀C位于和巷道軸線垂直的同一豎直平面內(nèi)，初始位置時(shí)，激光測(cè)距儀D與反射面F1之間的距離為LD0，激光測(cè)距儀C與反射面F2之間的距離為LC0，且LD0=LC0；掘進(jìn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)距離LX，激光測(cè)距儀D與反射面F1之間的距離為LD，以及激光測(cè)距儀C與反射面F2之間的距離為LC：

a、當(dāng)LD≠LC時(shí)，則掘進(jìn)機(jī)發(fā)生橫向平移，平移距離E=(|LD-LC|/2)tanθ/2；平移方向根據(jù)LD-LC是正還是負(fù)即可確定，當(dāng)LD-LC為正時(shí)，掘進(jìn)機(jī)向激光測(cè)距儀D所在側(cè)橫向平移；當(dāng)LD-LC為負(fù)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)向激光測(cè)距儀C所在側(cè)橫向平移；

b、當(dāng)LD=LC時(shí)，則掘進(jìn)機(jī)未發(fā)生平移。

本發(fā)明的接收靶由兩個(gè)獨(dú)立的反射面組成，兩反射面的中心線位于巷道斷面的中心線上，每個(gè)反射面可以接收巷道寬度方向全部范圍內(nèi)的激光，本發(fā)明中單個(gè)反射面接收范圍是巷道寬度的全部范圍，單個(gè)反射面接收范圍是現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量范圍的2倍，在測(cè)量時(shí)不容易產(chǎn)生激光脫靶的現(xiàn)象；由于激光在各自獨(dú)立完整的接收靶上運(yùn)行，解決了中間交叉過渡位置不能接收激光的缺陷，補(bǔ)全了測(cè)量范圍，覆蓋了全部的測(cè)量數(shù)據(jù)；增加了兩個(gè)激光發(fā)生器，在安裝時(shí)通過激光發(fā)生器對(duì)激光測(cè)距儀進(jìn)行水平和豎直方向準(zhǔn)確定位，防止激光測(cè)距儀在安裝過程中偏差過大影響測(cè)量結(jié)果。

最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管申請(qǐng)人參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。