專利名稱：自動(dòng)化連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及自動(dòng)化的控制運(yùn)載工具，且更具體地涉及自動(dòng)操作使一個(gè)或多個(gè)用于連續(xù)采礦作業(yè)的地下采礦運(yùn)載工具的設(shè)備以及方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)進(jìn)行象例如采煤作業(yè)那樣的地下挖掘作業(yè)時(shí)，人們期望提高效率使采煤設(shè)備連續(xù)作業(yè)將煤從開采面上剝離下來。為了達(dá)到這個(gè)目的，意味著就必須能夠快速而連續(xù)地將從開采點(diǎn)采得的礦物拖運(yùn)到遠(yuǎn)離開采點(diǎn)的地方。目前可以得到的且用于原煤采掘的一種這樣的連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)，包括一連串的樞軸連接到一起的傳送裝置機(jī)構(gòu)。這種系統(tǒng)的組件貫穿了連續(xù)采礦機(jī)形成的礦井坑道。連續(xù)采礦機(jī)將固體礦藏打碎為尺寸便于運(yùn)輸?shù)奈锪?，以便將物料運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)離采礦機(jī)作業(yè)點(diǎn)的地方。組成這樣一種系統(tǒng)的一些組件可以是自驅(qū)動(dòng)的履帶式移動(dòng)運(yùn)輸裝置單元，而其它組件可以是橫跨或跨接在移動(dòng)單元之間的傳送裝置。在連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)中使用的移動(dòng)單元往往稱為移動(dòng)式跨接載體(MBCs)并且通常在鏈接的運(yùn)輸裝置單元上安裝有履帶，每個(gè)單元都由一名采礦工人操作駕駛。
在例如包括若干個(gè)移動(dòng)式跨接載體的連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)中，若干個(gè)移動(dòng)式跨接載體中的第一個(gè)設(shè)置在緊鄰連續(xù)采礦機(jī)傾卸端的位置處。移動(dòng)式跨接載體和連續(xù)采礦機(jī)協(xié)調(diào)一致移動(dòng)，并且用位于其接納端的料斗接納采掘得到的物料?？蛇x擇地，可在連續(xù)采礦機(jī)和移動(dòng)式跨接載體之間設(shè)置供料破碎機(jī)以粉碎大塊礦料。移動(dòng)式跨接載體的傾卸端樞軸地連接到另一連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)組件，通常是機(jī)載跨接式傳送裝置(piggyback bridge conveyor)或“pig”。一系列樞軸連接的移動(dòng)式跨接載體和跨接式傳送裝置繞過轉(zhuǎn)角鏈接形成連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)，并且使其與連續(xù)采礦機(jī)協(xié)調(diào)一致移動(dòng)。傳統(tǒng)的MBC具有前、后延伸的傳送裝置，在操作者的操作下可以提升或降低。在傾斜坡度和高度變化情形下，這些自由度足以保證各個(gè)機(jī)載傳送裝置端部距離坑道頂面與坑道底面之間保持有間隙。視特定采掘工作需要，可將成對的履帶式運(yùn)載工具和跨接式傳送裝置增加到該系統(tǒng)中以延長系統(tǒng)的全長。最后的跨接式傳送裝置連接或?qū)?zhǔn)一個(gè)帶式運(yùn)送機(jī)，帶式運(yùn)送機(jī)在使用期間固定在地面上。因此連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)為從開采面上采到的礦料提供了一種快速高效的運(yùn)送手段。
多個(gè)鏈接的MBC和機(jī)載跨接式傳送裝置可以“Z字型”方式延伸例如幾百英尺的距離。這些組件能夠在連續(xù)采礦機(jī)的帶動(dòng)下，導(dǎo)航穿過各個(gè)拐彎。部分地為了適應(yīng)系統(tǒng)的操作，每個(gè)MBC都包括有臺(tái)車(dolly)，位于一端或兩端。臺(tái)車是可在縱向上滑動(dòng)的，并且設(shè)置有連接各個(gè)跨接式傳送裝置的連接點(diǎn)。臺(tái)車使得前行的MBC前進(jìn)時(shí)，尾隨的跨接式傳送裝置協(xié)調(diào)一致地跟隨前進(jìn)。尾隨的跨接式傳送裝置還將帶動(dòng)尾隨的MBC的臺(tái)車前行。在前行組件向前行進(jìn)期間，尾隨的MBC可以保持一小段時(shí)間靜止不動(dòng)。然后尾隨的MBC以相同方式向前行進(jìn)，再牽引另外一個(gè)機(jī)載跨接式傳送裝置和臺(tái)車。以這種方式，鏈接的組件可以以不同步方式向前行進(jìn)，但是MBC操作者一般不能看到在他前面或后面的MBC，并且被與他所在MBC連接的機(jī)載傳送裝置遮擋了視野。MBC操作者只能看到駕駛室兩側(cè)的礦壁，而且由于光線條件和他過于接近駕駛室兩側(cè)礦壁的原因限制了他對駕駛室兩側(cè)礦壁的觀察。而且，每個(gè)傳統(tǒng)的MBC都要求操作者在開采作業(yè)期間總是呆在駕駛室內(nèi)。尤其對于一長串MBC和機(jī)載傳送裝置，許多的人工操作增大了費(fèi)用成本并且增加了員工受傷的可能。
因此，對連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)存在這樣的要求，要求減少為操作系統(tǒng)所必需的人工數(shù)目并且增強(qiáng)對整個(gè)運(yùn)載系統(tǒng)精確定位的能力。
MBC或機(jī)載跨接式傳送裝置可能會(huì)碰到需要調(diào)整高度以保證距礦道頂面留有間隙。MBC和跨接式傳送裝置在人工進(jìn)行高度調(diào)整期間必須停下來且保持靜止不動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方法以及設(shè)備，用于檢測移動(dòng)式跨接運(yùn)載裝置的位置。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種方法以及設(shè)備，用于根據(jù)坑道頂面和地面狀況自動(dòng)地提升和降低傳送裝置。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種方法以及設(shè)備，用于測定機(jī)載傳送裝置和至少一個(gè)移動(dòng)式跨接運(yùn)載裝置之間的角度。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種設(shè)備以及方法，用于測定單個(gè)移動(dòng)式跨接運(yùn)載裝置以及構(gòu)成連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)的多個(gè)移動(dòng)式跨接運(yùn)載裝置與機(jī)載傳送裝置的移動(dòng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種方法以及設(shè)備，用于對帶有上述目的的整個(gè)連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。


結(jié)合下列附圖的詳盡說明描述可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示同一部件，其中圖1是根據(jù)已公開的設(shè)備以及方法改進(jìn)并使用的傳統(tǒng)移動(dòng)式跨接載體和機(jī)載傳送裝置的側(cè)視圖。
圖2是地下挖掘場地的俯視圖，說明了依照本發(fā)明的自動(dòng)化連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)的通常的定位與組態(tài)。
圖3是示意說明依照本發(fā)明的傳感器布置的俯視圖。
圖4是說明信號(hào)輸入到電子控制器或自電子控制器輸出的方框圖。
圖5是闡述說明本發(fā)明基本控制過程的流程圖。
圖6是說明典型的對量程數(shù)據(jù)的遞歸分離的曲線圖。
圖7是闡述說明本發(fā)明的線性查找算法的流程圖。
圖8是掃描器坐標(biāo)框架測量與全局坐標(biāo)框架測量的比較示圖。
圖9是本發(fā)明典型的計(jì)劃路徑以及相關(guān)測量的俯視圖。
圖10是闡述說明Hooke & Jeeves算法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
機(jī)械部件在本發(fā)明中，連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)的至少一對移動(dòng)式跨接載體(MBC)和機(jī)載傳送裝置(“Pigs”)單元是如此自動(dòng)操作的，能夠?qū)Ш酵ㄟ^地下坑道，只需要很少操作者或者根本不需要操作者介入或干涉。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過使用一系列安設(shè)在各個(gè)MBC上的傳感器和電子控制器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，其中電子控制器接收來自各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，通過一種或多種算法處理數(shù)據(jù)而后將指令發(fā)送到MBC的移動(dòng)機(jī)構(gòu)和高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。同時(shí)在該優(yōu)選實(shí)施方案中，每個(gè)MBC都能夠進(jìn)行工作(導(dǎo)航)，獨(dú)立于在連續(xù)采礦裝置中的其它MBC，期望每個(gè)MBC控制器都能夠與其它MBC的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和協(xié)作。
圖1中顯示了一種典型的移動(dòng)式跨接載體(MBC)10和機(jī)載跨接運(yùn)輸裝置成對單元。MBC10通過利用一對履帶組件(track assemblies)12而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。因?yàn)樽?、右履帶組件12彼此獨(dú)立工作，所以可借助于兩個(gè)履帶組件間的差速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。每個(gè)MBC都包括有尾部陰軛14和頭部陽軛18。陰軛14還具有開孔16，開孔16用于容納尾隨的機(jī)載傳送裝置的陽軛36的連接銷38。相應(yīng)地，陽軛18包含連接銷20，連接銷20用于連接到前行的機(jī)載傳送裝置的陰軛32的開孔34。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，陽軛18和可以滑動(dòng)方式移動(dòng)的臺(tái)車22連接并且是臺(tái)車22的構(gòu)成部件，臺(tái)車22安設(shè)在履帶(track)28上。可以利用傳統(tǒng)已知手段例如液壓傳動(dòng)裝置24相對于臺(tái)車22抬升或降低陽軛18，由此升高或降低相應(yīng)的機(jī)載傳送裝置30。類似地，如有必要，適當(dāng)裝備例如液壓傳動(dòng)裝置24那樣的起抬升或降低作用的裝置，則可以抬升或降低陰軛14，由此升高或降低尾隨的機(jī)載傳送裝置30(未示出)。顯而易見，陽軛18和相應(yīng)配合的陰軛32的位置可以互換，與圖1所示的正相反。例如，可在MBC10上設(shè)置陰軛32，而在機(jī)載傳送裝置30上設(shè)置陽軛18。
在圖2中顯示了連續(xù)采礦與拖運(yùn)組合系統(tǒng)的全景視圖。連續(xù)采礦機(jī)40從礦井中挖掘未開采的煤或其它感興趣的材料42(在圖2中用陰影表示)。在圖2中用不加陰影的方式表示礦井中已經(jīng)開采過的部分。連續(xù)采礦機(jī)40將采得的物料送到第一MBC10A。然后通過連接到MBC10A和MBC10B并且設(shè)置在兩者之間的第一機(jī)載傳送裝置30A將該物料傳送到下一個(gè)MBC10B。根據(jù)將被占用的距離，舉例來講，可以增設(shè)另外的MBC10C、10D與10E和機(jī)載傳送裝置30B、30C、30D與30E，以便擴(kuò)延該連續(xù)采礦與拖運(yùn)組合系統(tǒng)。固定的且可擴(kuò)延的運(yùn)輸帶50與尾部機(jī)載傳送裝置30E連接，并且將采得礦料輸出到適當(dāng)?shù)耐到煌üぞ?、傳送帶系統(tǒng)、或者礦井外的其它配給裝置上。
采礦作業(yè)期間當(dāng)連續(xù)采礦機(jī)向前移動(dòng)時(shí)，MBC10A-E和機(jī)載傳送裝置30A-E也向前移動(dòng)。類似地，當(dāng)連續(xù)采礦機(jī)由開采區(qū)向后退時(shí)，這些MBC和機(jī)載傳送裝置向后移動(dòng)。在傳統(tǒng)的連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)中，MBC10A-E每一個(gè)都有駕駛員駕駛，以便駕駛MBC和機(jī)載傳送裝置繞著礦井坑道行進(jìn)，特別是要避讓未開采礦料構(gòu)成的礦柱60。通常由未開采礦柱60以及其它未開采礦料42限定了坑道壁62，連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)必須通過導(dǎo)航才能避讓坑道壁通過坑道。
圖3闡釋說明了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的傳感器的總體布置示意圖。圖中顯示了MBC10B和機(jī)載傳送裝置30B以及部分的機(jī)載傳送裝置30A和MBC10C。本發(fā)明自動(dòng)化的連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)應(yīng)用了三種類型的傳感器元件，下面將做更加充分的描述。第一種傳感器元件是距離測量裝置70。距離測量裝置70測量MBC和鄰近礦壁之間的距離。至少使用一個(gè)距離測量裝置，但優(yōu)選使用多個(gè)。已經(jīng)知道將距離測量裝置設(shè)置在MBC的縱向側(cè)面上是精確測量的最佳位置。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，利用紅外線激光測距掃描儀SICK(德國的SICK Optik公司)作為距離測量裝置。也可以在MBC的縱向側(cè)面上的多個(gè)位置上固定可供選擇的非接觸距離測量裝置，諸如美國馬薩諸塞州Hingham城的Massa Technologies制造的超聲波測距裝置。距離定位裝置的另一可供選擇的實(shí)施方案是接觸型傳感器，用以執(zhí)行上述同樣的測量，諸如被動(dòng)式或活動(dòng)式接觸傳感器，其通過觸覺裝置或者通過借助接觸使局部電路接通來檢測坑道壁的存在。在這種電接觸實(shí)施方案中，當(dāng)?shù)剡m用的礦井安全標(biāo)準(zhǔn)必須考慮電壓和電流的內(nèi)在安全問題。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知曉，如要區(qū)分辨別該接觸傳感器在空氣中的自由移動(dòng)、間歇或持續(xù)不變地與剛度更高的礦壁的接觸，活動(dòng)式或被動(dòng)式接觸傳感器就需要具有對作用在這種接觸傳感器上的相對推力或轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測的手段。
用于本發(fā)明自動(dòng)化的連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)中的第二種類型傳感器是高度測定裝置76，測量連接有機(jī)載傳送裝置30的MBC10和礦道底面或礦道頂面或礦道底面、頂面二者之間的間隙。每個(gè)MBC10優(yōu)選地僅需要一個(gè)高度測定裝置76，但可以使用多個(gè)測定裝置76以得到冗余可靠性。根據(jù)由高度測定裝置獲取的測量值，相對于礦道頂面可以對連接的機(jī)載傳送裝置30的高度進(jìn)行調(diào)整，或者通過臺(tái)車液壓傳動(dòng)裝置24以液壓方式提升或降低臺(tái)車22，或者通過設(shè)置在驅(qū)動(dòng)組件12上的液壓傳動(dòng)裝置26以液壓方式提升或降低MBC10自身的裙高(skirt height)(適意性地顯示在圖1中)，下面將做更具體的描述。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，高度測定裝置是諸如由美國馬薩諸塞州Hingham城的Massa Technologies制造的超聲波測距裝置。本領(lǐng)域眾所周知，這些裝置發(fā)射出超聲波信號(hào)，由諸如礦道頂面或礦道底面那樣的感興趣的表面反射回來，從而計(jì)算出該表面與傳感器之間間距。該傳感器必須時(shí)時(shí)檢測這個(gè)距離或間隙，例如檢測頻率大于每秒鐘一次測量。已經(jīng)知道，以正常車輛行使速率每秒鐘一英尺行進(jìn)，若頻率大于100次測量/秒將致使產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于所需的大量數(shù)據(jù)。
一個(gè)用于高度測定與控制的可供選擇的實(shí)施方案包括連接有一小段柔性鋼絲繩的限位開關(guān)。鋼絲繩的近端剛性地連接到限位開關(guān)的操縱桿上。鋼絲繩的遠(yuǎn)端在傳送裝置下方延伸，并且當(dāng)運(yùn)輸車輛向前或向后移動(dòng)時(shí)沿著礦道底面拖行。設(shè)若該鋼絲繩不接觸底面時(shí)，其相對定向是近似垂直的，而限位開關(guān)可以感知這種狀況。然后限位開關(guān)發(fā)信號(hào)給運(yùn)輸裝置升降機(jī)的液壓控制閥以降低運(yùn)輸裝置的高度。一旦當(dāng)該鋼絲繩拖曳在礦道底面上時(shí)，其相對定向?qū)⑦h(yuǎn)遠(yuǎn)偏離垂直方向，而限位開關(guān)同樣也可以感知這種狀態(tài)。然后限位開關(guān)發(fā)信號(hào)給運(yùn)輸裝置升降機(jī)的液壓控制閥以升高運(yùn)輸裝置的高度。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以知曉，該限位開關(guān)優(yōu)選地具有一個(gè)對升降控制“不作用”的死區(qū)，此時(shí)鋼絲繩剛好拖曳觸及礦道底面上并且鋼絲繩的相對定向近似于垂直。
例如在圖1中顯示的MBC，其頭部陽軛18和尾部陰軛14附接有連接銷20或開孔16，連接銷20或開孔16與機(jī)載傳送裝置30相應(yīng)的開孔34或連接銷38相連接。這些連接銷或開孔具有超過180度的方位角角度運(yùn)動(dòng)量、十到二十度的俯仰角度自由度以及若干度的轉(zhuǎn)動(dòng)角度自由度。如前面所詳盡記述的那樣，MBC具有滑動(dòng)臺(tái)車22，其上設(shè)置有與機(jī)載傳送裝置連接的連接銷或開孔。如前面在圖1中所披露的那樣，臺(tái)車可滑動(dòng)地安設(shè)在履帶28上。這個(gè)臺(tái)車的運(yùn)動(dòng)行程，典型地在MBC的臨出端(out-by end)，給機(jī)載傳送裝置和MBC之間連接提供了一個(gè)自由的縱向滑行自由度。再來參看圖3，將臺(tái)車位置測定裝置72，例如一個(gè)線性電位計(jì)，安裝到各個(gè)MBC10以檢測并記錄臺(tái)車22在履帶28上的相對移動(dòng)，因此當(dāng)達(dá)到一個(gè)預(yù)先設(shè)定的測量值時(shí)，MBC控制器80可以確定連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)是向前還是向后移動(dòng)并且可以確定移動(dòng)速度有多快。用另一種方式講，假設(shè)第一MBC10A是向前移動(dòng)的，它將拖動(dòng)尾部跟隨的機(jī)載傳送裝置30A向前移動(dòng)。機(jī)載傳送裝置30A位于第二MBC10B之前因而將帶動(dòng)第二MBC10B前進(jìn)，并且機(jī)載傳送裝置30A與MBC10B的臺(tái)車22相連接。運(yùn)輸裝置30A將牽引臺(tái)車22在履帶28上向前移動(dòng)，通過線性電位計(jì)72可測知該移動(dòng)。然后可將所需的向前移動(dòng)量作為信號(hào)發(fā)送給控制器80(圖4)。
當(dāng)保持連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)保持MBC和附接的機(jī)載傳送裝置之間的自由度以繞避礦柱行駛時(shí)，MBC和附接的機(jī)載傳送裝置之間的自由度大小，對于將連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)的各單元鏈接起來是很重要的，此時(shí)該自由度允許不同步的各個(gè)MBC的精確速度與位置足以包括在操作者(或者在本發(fā)明中，用以驅(qū)動(dòng)MBC的計(jì)算機(jī)控制器)能力可控的范圍。如果MBC和附接的機(jī)載傳送裝置之間的角度太大，就存在整個(gè)連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)折裂或者部分傾翻的危險(xiǎn)。通過感測在各個(gè)連接銷和開孔連接處的MBC10和機(jī)載傳送裝置30之間的角度，間接測定機(jī)載傳送裝置30的位置。因此，如圖3中所示，應(yīng)用于本發(fā)明自動(dòng)化連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)的第三種類型傳感器是測定MBC10和附接的機(jī)載傳送裝置30之間角度的角度測量裝置74。因?yàn)镸BC10通常連接有一個(gè)前導(dǎo)的和一個(gè)尾隨的機(jī)載傳送裝置30，所以每個(gè)MBC10將包含兩套角度測量裝置74。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，角度測量裝置74是角度電位計(jì)或旋轉(zhuǎn)電位計(jì)，如本領(lǐng)域所知的那樣。在電位計(jì)和連接銷上連接點(diǎn)之間的傳統(tǒng)柔性連接適于平面外的角度運(yùn)動(dòng)。這個(gè)特征未見諸于就本發(fā)明人所知的任何礦用設(shè)備。而且，連接這種鏈接單元的普遍方法中實(shí)質(zhì)上圓柱形連接銷和實(shí)質(zhì)上圓錐形開孔之間的間隙很大。用于傳統(tǒng)的拖車應(yīng)用領(lǐng)域的球接頭由于沒有方便的位置留給電位計(jì)因而不適用于本發(fā)明的發(fā)明目的。本發(fā)明優(yōu)選地將這種電位計(jì)安設(shè)到球形的接頭結(jié)構(gòu)內(nèi)，用以減小在傳統(tǒng)柔性連接方式中常見的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。
工作方式如下面將詳細(xì)描述的那樣，為了使連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)的各個(gè)元件(MBC10和機(jī)載傳送裝置30)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，必須對由各個(gè)傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、積分與處理，只有這樣該連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)才能夠跟隨著前進(jìn)式連續(xù)采礦機(jī)40進(jìn)行移動(dòng)并且能夠根據(jù)坑道底面和頂面之間的間距而將機(jī)載傳送裝置降低。圖4圖示解釋了本發(fā)明的通常輸入/輸出配置。
本發(fā)明連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)的操作中心是電子控制器80。因?yàn)槊總€(gè)MBC10都可以，并且優(yōu)選地，獨(dú)立于拖運(yùn)鏈中的其它MBC而進(jìn)行工作，每個(gè)MBC10都包含有它自己的控制器80。當(dāng)前，優(yōu)選地將個(gè)人計(jì)算機(jī)用于每個(gè)MBC10作為控制器80。MBC控制器是在運(yùn)行WINDOWS OS(美國華盛頓州雷蒙德市的微軟公司的制品)的PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，該P(yáng)C機(jī)的最低配置需求是200MHz CPU(美國加利福尼亞州圣克拉拉市的英特爾公司的制品)和64M字節(jié)的RAM。一種圖形程序設(shè)計(jì)語言LABVIEW(美國德克薩斯州Austin的NationalInstruments公司的制品)，用作搜集各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲取工具。所有的控制算法都用C語言寫成，并且編譯為LABVIEW可以方便調(diào)用的格式。基于PC的控制器與各個(gè)MBC的傳感器通過串行電纜或者并行電纜進(jìn)行通訊。每個(gè)MBC還都裝備有左、右履帶速度或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制器82、84，它們是驅(qū)動(dòng)履帶組件的一部分。左、右驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制器82、84還包括有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制板。這些控制板接收控制器80發(fā)出的速度指令，并且在考慮動(dòng)力傳遞損耗以及誤差校正的前提下對航跡執(zhí)行閉環(huán)的速度控制，使實(shí)際航跡速度保持逼近于所期望的航跡速度。
通常，來自距離測量裝置70、高度測定裝置76以及角度測量裝置74的傳感器數(shù)據(jù)由控制器80接收。傳感器和控制器80可以連續(xù)監(jiān)測MBC的位置。另一種方案是，根據(jù)接收到的線性電位計(jì)72的預(yù)先設(shè)定的強(qiáng)度信號(hào)，控制器80得知前行的機(jī)載傳送裝置30A是向前或是向后移動(dòng)臺(tái)車22，且因此MBC在控制之下將向前或向后移動(dòng)。如在下面描述中進(jìn)一步詳細(xì)說明的那樣，控制器80對由傳感器接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并且計(jì)算MBC在其控制之下的移動(dòng)路徑。而且，控制器根據(jù)機(jī)載傳送裝置與礦道底面或頂面之間的間距來確定是前行的機(jī)載傳送裝置需要或是尾隨的機(jī)載傳送裝置需要升高或降低，或者兩者都需要。然后控制器發(fā)信號(hào)給一個(gè)或兩個(gè)履帶組件12的左、右驅(qū)動(dòng)控制器82、86的驅(qū)動(dòng)控制器插件88、90，使履帶組件12移動(dòng)。如有必要改變頂面間隙，則控制器80還將發(fā)信號(hào)給臺(tái)車22以升高或降低臺(tái)車22。控制器80還可以用便于使用者閱讀的格式輸出相關(guān)測量數(shù)據(jù)到顯示器96。在需要人工介入的情況下將人工用戶控制94連通到控制器80。
圖5更詳盡地給出了前述輸入/輸出處理步驟的流程圖。對所有的通訊端口進(jìn)行初始化100并且隨即對距離測量傳感器(SICK激光探測器)進(jìn)行初始化102。還對角度以及高度傳感器進(jìn)行初始化104并且在步驟106對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制器插件進(jìn)行初始化。初始化步驟100、102、104與106通常由控制器80在采掘操作開始時(shí)執(zhí)行。當(dāng)開始采掘操作時(shí)，控制器發(fā)送請求，請求得到激光掃描器和角度的與高度的傳感器的距離數(shù)據(jù)108。激光測距掃描器和傳感器響應(yīng)返回所請求數(shù)據(jù)并且讀回到控制器80。將來自傳感器的原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)換110為適當(dāng)格式。將以包含181個(gè)元素的數(shù)值陣列形式存在的原始距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為2×181矩陣，其中第一行和第二行分別代表角度和相應(yīng)的測得距離。將角度的與線性的電位計(jì)讀數(shù)分別轉(zhuǎn)換為角度(度)和長度(英寸/米)?？刂破骼弥本€查找算法(LFA)抽取距離數(shù)據(jù)中的有效直線(significantlines)112。然后控制器根據(jù)LFA結(jié)果計(jì)算MBC的當(dāng)前位置114并且將全局坐標(biāo)框架與LFA結(jié)果聯(lián)系起來116。由控制器生成MBC的依循路徑118并且根據(jù)MBC相對于該路徑的位置和方向的相對偏差來計(jì)算兩個(gè)履帶組件的速度120。下面將進(jìn)一步詳細(xì)地描述步驟110-120，尤其是直線查找算法。
假設(shè)啟用人工超馳122，則控制程序終上124。此外，連續(xù)采礦機(jī)40和各個(gè)MBC10包含有緊急安全停止機(jī)構(gòu)。控制器詢問是否實(shí)施緊急停止126，并且如果實(shí)施了緊急停止，則將導(dǎo)向速度指令設(shè)定為零128?？刂破髯詈髮?dǎo)向速度指令發(fā)送給驅(qū)動(dòng)控制器插件130。然后除非實(shí)施了緊急停止(其將致使移動(dòng)距離為零)，MBC將沿著適當(dāng)方向移動(dòng)。然后控制序列經(jīng)由循環(huán)132返回到步驟108。
使附設(shè)有機(jī)載傳送裝置的MBC的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，必須考慮這樣幾個(gè)物理因素。例如，MBC和機(jī)載傳送裝置之間樞軸的位置確定了在連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)中它的幾何結(jié)構(gòu)，且由于不存在其它力的作用因此它是引導(dǎo)各個(gè)MBC/機(jī)載傳送裝置片段所必需的。當(dāng)處于可達(dá)到的最高速度時(shí)為保持容限內(nèi)的組態(tài)制導(dǎo)就有必要利用補(bǔ)償控制，利用有效力與MBC相作用。雖然不可直接測量重力和銷傳遞力(pin-transmittedforces)的作用效應(yīng)，但是MBC驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能表現(xiàn)卻依賴它們。對MBC進(jìn)行自動(dòng)控制還需要了解當(dāng)前速度(由驅(qū)動(dòng)輪測得)和期望速度估算值，期望速度估算值是部分地根據(jù)當(dāng)前的與預(yù)測的偏離計(jì)劃路徑的偏差而得到的。利用假設(shè)是適當(dāng)?shù)挠?jì)劃路徑，新的控制規(guī)則將對該MBC附近的系統(tǒng)組態(tài)的近期歷史進(jìn)行采樣，應(yīng)用一個(gè)預(yù)測滑移的內(nèi)部模型，從而補(bǔ)償期望速度以克服這種滑移。該系統(tǒng)組態(tài)歷史(在車輛系統(tǒng)中各個(gè)鏈環(huán)的位置和角度)對所需補(bǔ)償?shù)挠绊懞艽?，因?yàn)樗梢蕴峁﹥蓧K信息第一，自上一時(shí)間幀以來地面狀況是如何變化的，以及歸因于當(dāng)前組態(tài)的對地面狀況的靈敏度。例如，當(dāng)所有的機(jī)載傳送裝置角度近似為零度時(shí)，橫向滑移只與重力、局部傾斜和表面切應(yīng)力有關(guān)。但是，當(dāng)機(jī)載角(pig angle)都為90°時(shí)，相鄰的MBC施加一個(gè)力矩和一個(gè)橫向切應(yīng)力，作用在對象MBC上，易于導(dǎo)致對象MBC傾斜。就這一點(diǎn)而論，控制器必須考慮這些因素，和其它因素，以及對它們的補(bǔ)償問題。
A)MBC/機(jī)載傳送裝置的移動(dòng)因?yàn)檫B續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)具有很多獨(dú)特特性，所以為連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)是很復(fù)雜的。例如，連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)的移動(dòng)是通過完整約束和不完整約束而控制的。另外，該系統(tǒng)自由度大小根據(jù)系統(tǒng)的組態(tài)而變化、而且系統(tǒng)中履帶車輛模型非常復(fù)雜。這些特性對導(dǎo)航問題造成許多困難，并且產(chǎn)生的問題非常具有挑戰(zhàn)性。
在地下坑道環(huán)境中導(dǎo)航連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)的基本思路是在任何時(shí)候都能對每個(gè)MBC進(jìn)行準(zhǔn)確的適當(dāng)定位。為了達(dá)到這個(gè)目的，系統(tǒng)中的每個(gè)MBC都必須緊緊依循在坑道底面上的一個(gè)虛擬路徑。這種虛擬路徑是由路徑計(jì)劃者根據(jù)例如由激光測距儀感測得到的環(huán)境數(shù)據(jù)而生成的。通過利用這樣一個(gè)事實(shí)每個(gè)MBC都能在臺(tái)車的移動(dòng)限制范圍內(nèi)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，在確定了每個(gè)MBC的當(dāng)前位置之后，該系統(tǒng)可以控制每個(gè)MBC緊緊依循計(jì)劃路徑而運(yùn)動(dòng)，并且同時(shí)不會(huì)突破臺(tái)車限制。因?yàn)镸BC可以彼此獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，更有效地是為每個(gè)MBC設(shè)置局部控制器，而不是為所有MBC只提供一個(gè)中心控制器。
一個(gè)至關(guān)重要的信息是，所有的自動(dòng)機(jī)車系統(tǒng)都需要知道它的當(dāng)前位置和方向(即POSE)。因此，系統(tǒng)必須能夠在其工作環(huán)境中對其自身進(jìn)行定位。在本發(fā)明中，來自激光掃描器的距離數(shù)據(jù)能夠用于計(jì)算MBC的當(dāng)前POSE。通過利用“直線查找算法”(LFA)，利用遞歸直線分裂技術(shù)從距離數(shù)據(jù)中抽取出兩個(gè)最長的直線。直線查找算法每次只對一個(gè)激光掃描器的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。參看圖7，在步驟202，LFA接收由LABVIEW收集的2×181矩陣形式的距離數(shù)據(jù)，其中第一行和第二行分別代表角度和相應(yīng)測得的距離。因?yàn)榧す鈷呙杵鞯慕欠直媛试O(shè)定為1°，所以我們可以得到從0°到180°的181個(gè)距離值。一旦收集到距離數(shù)據(jù)，該算法在步驟204通過經(jīng)由角電位計(jì)檢查前、后機(jī)載傳送裝置角度并且將相應(yīng)于那些角度的開始片段和結(jié)尾片段切除掉，將壞的或不需要的距離數(shù)據(jù)濾除。這可避免該算法將來自礦壁和連續(xù)拖運(yùn)系統(tǒng)兩者的距離數(shù)據(jù)混淆到一起。同時(shí)，該算法還忽略了相應(yīng)測得距離大于特定限值的所有距離數(shù)據(jù)，以避免錯(cuò)誤判斷距離數(shù)據(jù)。然后在步驟206，通過檢測相鄰測得距離值的差而將距離數(shù)據(jù)分組。只要當(dāng)測得距離值的差大于一個(gè)預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，就在該點(diǎn)處劃分距離數(shù)據(jù)。這有助于我們區(qū)分彼此妨礙的不同礦壁的輪廓。在將距離數(shù)據(jù)分組之后，選擇包含最長直線的最大的組供進(jìn)一步分析用。
在步驟208，該算法利用遞歸直線分裂技術(shù)將距離數(shù)據(jù)的選定組分裂為小組。這種技術(shù)通過參看圖6可以得到清楚的解釋。由該視圖可見，給出了一組數(shù)據(jù)點(diǎn)。如圖6中虛線所示，該技術(shù)首先在同屬該組的第一點(diǎn)和最后一點(diǎn)之間進(jìn)行連線。然后，計(jì)算該組中每一點(diǎn)到那條直線的距離。如果最大距離超出了指定限值，則該算法在距該直線最大距離的點(diǎn)處分裂該組?，F(xiàn)在該組已分為了兩個(gè)小組，并且對所有分裂后殘余的組進(jìn)一步實(shí)施同樣步驟(在每個(gè)小組中第一點(diǎn)和最后一點(diǎn)之間進(jìn)行連線，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的距離等等)。繼續(xù)執(zhí)行該步驟直至所有小組都滿足該指定限值。結(jié)果是分成了四組，在圖6中以實(shí)線區(qū)別表示。在距離數(shù)據(jù)分裂為小組之后，在步驟210選擇出表征為兩條最長直線的兩個(gè)最大小組。在該實(shí)施方案中，選定從左邊數(shù)第一組和第三組以匹配直線穿過。這兩條直線近似地表示出了通過激光掃描器在任意時(shí)刻獲取的礦壁的整個(gè)輪廓，并且它們可用于確定MBC在所有控制周期中的當(dāng)前POSE。
一旦執(zhí)行直線查找算法，控制器就執(zhí)行一個(gè)定位算法，計(jì)算并且因此確定MBC的POSE。該算法首先要確立全局坐標(biāo)框架，如在圖8中所示的那樣。兩條在前獲得的直線之間的角度確定了坐標(biāo)框架的位置以及方向。如果該角度值大于指定閾值，比方說160°，則這兩條直線看起來就構(gòu)成了一條直線。此時(shí)，算法可將坐標(biāo)框架原點(diǎn)設(shè)定在我們所期望的在這兩條直線之一上的任意位置；但是，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，為了簡便的緣故，將原點(diǎn)設(shè)定為在這兩條直線上的最接近激光掃描器的一點(diǎn)。坐標(biāo)框架的方向是通過將角度平分線方向設(shè)定為Y軸來確定的。另一方面，如果角度值小于指定閾值，則將原點(diǎn)位置設(shè)定為這兩條線的交點(diǎn)，而可依照前述方法確定方向。
由于距離數(shù)據(jù)是在激光掃描器坐標(biāo)框架中測得的，因此必須將點(diǎn)坐標(biāo)從激光掃描器坐標(biāo)框架中轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)框架中。參看圖8，假設(shè)一個(gè)物體的POSE的在全局坐標(biāo)框架中為(x，y，θ)，而假設(shè)(dx，dy，dθ)是全局坐標(biāo)框架的POSE在掃描器坐標(biāo)框架中表示形式。該坐標(biāo)框架的x-軸方向dθ由dθ＝γ-(π/2)弧度來確定。因?yàn)槿藗冎兰す鈷呙杵靼惭b在MBC上的什么地方，所以人們知道MBC相對于各個(gè)傳感器的幾何中心的位置。通過下列公式可以實(shí)現(xiàn)物體的POSE的從掃描器坐標(biāo)框架到全局坐標(biāo)框架的坐標(biāo)變換(1)xy1=R′-R′Porg001XY1]]>和(2)θ＝φ-dθ
其中R=cos(dθ)-sin(dθ)sin(dθ)cos(dθ)]]>Porg＝[dx dy]T(X，Y，φ)＝以掃描器坐標(biāo)框架形式表達(dá)的POSE由于激光掃描器在MBC上的確切位置是已知的，所以在掃描器坐標(biāo)框架中的MBC幾何中心POSE也是已知的。前述計(jì)算中的(dx，dy，dθ)值也是已知的。因此，利用上面的公式(1)和(2)可以確定MBC相對于全局坐標(biāo)框架的位置。
一旦確定了位置，該自動(dòng)MBC然后需要確定它想要到哪里去。路徑規(guī)劃是可移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域最難的問題之一。解決路徑計(jì)劃問題的方法基于這樣一個(gè)思路，構(gòu)形空間使機(jī)載傳送裝置和礦壁之間的間隙最大，將此作為最佳判則。但是，下面將要詳細(xì)描述的本發(fā)明中應(yīng)用的方法考慮了多個(gè)最佳判則。
現(xiàn)在參看圖9，礦道中典型的轉(zhuǎn)折角(γ)分別是是90、120和135度。由于用于連續(xù)采礦機(jī)40的導(dǎo)向系統(tǒng)的誤差，這些角度通常會(huì)發(fā)生細(xì)小變化。礦道的平均寬度U一般是20英尺。根據(jù)γ和U的值，可以限定描述出一個(gè)特定類型的轉(zhuǎn)折過程。路徑計(jì)劃策略的一個(gè)作用是，對于任意給定尺寸的CHS，路徑計(jì)劃策略能夠生成CHS中每個(gè)MBC都必須依循的最安全路徑，如虛線300所示。已經(jīng)有人提出了可完成這種任務(wù)的路徑計(jì)劃算法。這種算法的輸入是礦道和CHS的尺寸(γ和U)、路徑的兩端端點(diǎn)、以及兩端端點(diǎn)處的坡度?；谶@些輸入量，搜索算法生成一系列MBC路徑的四元多項(xiàng)式曲線，滿足端點(diǎn)條件，并且對每個(gè)生成的多項(xiàng)式曲線進(jìn)行價(jià)值函數(shù)值估算。價(jià)值函數(shù)J定義如下J=∫0L(w1α2(s)+w2β2(s)-w3d2(s)-w4verr(s))ds]]>其中w1，w2，w3，w4＝重力因子。
α＝前面的MBC和機(jī)載傳送裝置之間的角度β＝后面的MBC和機(jī)載傳送裝置之間的角度
d＝機(jī)載傳送裝置和礦壁之間的最小間隙。
verr＝導(dǎo)向速度的最大允許誤差。
s＝路徑弧長。
L＝路徑總長度。
搜索的目的是尋找使價(jià)值函數(shù)值為最小的路徑。搜索算法應(yīng)用了稱為“Hooke & Jeeves”方法的優(yōu)化方法。其對搜索范圍進(jìn)行探索，并且保存在每次迭代中得到價(jià)值函數(shù)最小值的搜索方向。當(dāng)當(dāng)前迭代的價(jià)值函數(shù)值和前次迭代的價(jià)值函數(shù)值的差值小于指定數(shù)值時(shí)，或者當(dāng)?shù)螖?shù)超過一個(gè)限定值時(shí)，終止搜索。Hooke & Jeeves方法的流程圖顯示在圖10中，其中x0，x1，…xn表示路徑系數(shù)，在下文將進(jìn)一步描述說明。對價(jià)值函數(shù)的判讀是，CHS的各個(gè)片段之間的角度必須最小化；換言之，CHS的配置應(yīng)當(dāng)盡可能地直一些，避免CHS折曲。反過來，當(dāng)機(jī)載傳送裝置拐彎時(shí)其間隙應(yīng)當(dāng)最大化以避免發(fā)生碰撞。同時(shí)，計(jì)劃路徑應(yīng)當(dāng)為每個(gè)導(dǎo)向的MBC提供很高的誤差容限，或者我們可以講該路徑允許MBC在導(dǎo)向速度控制過程中具有很大誤差以便完成這個(gè)拐彎操作。在這里，單詞“完成”意味著該系統(tǒng)拐彎時(shí)不會(huì)碰撞礦壁。
在估算每個(gè)多項(xiàng)式曲線選項(xiàng)的價(jià)值時(shí)，由機(jī)載傳送裝置長度分隔的一對MBC精確地沿著生成路徑運(yùn)動(dòng)。整個(gè)路徑長度分為許多小段。MBC運(yùn)動(dòng)的每一段，α、β、與d的值簡單地由幾何方法確定，但是每個(gè)MBC的verr只能通過計(jì)算機(jī)模擬獲取。這種模擬在搜索算法的主程序內(nèi)進(jìn)行。首先計(jì)算在MBC當(dāng)前組態(tài)下的下一個(gè)控制周期的MBC導(dǎo)向速度。這些速度稱為標(biāo)稱速度，MBC必須精確維持該速度以保證MBC在經(jīng)過一個(gè)控制周期之后達(dá)到位于該路徑上的下一個(gè)組態(tài)。但是，MBC不可能精確地執(zhí)行所接收指令給出的標(biāo)稱速度。諸如動(dòng)力傳遞損耗和控制誤差等若干因素導(dǎo)致與標(biāo)稱速度的偏差。將這種速度誤差格式化定義為標(biāo)稱速度的百分?jǐn)?shù)。下列公式用于計(jì)算MBC在一個(gè)控制周期內(nèi)執(zhí)行的實(shí)際速度vr，actual＝(1±verr)←→vr，normvl，actual＝(1±verr)←→vl，norm做兩個(gè)假設(shè)，假設(shè)兩個(gè)導(dǎo)向verr相等，而且假設(shè)vr，actual和vl，actual在一個(gè)控制周期中是恒定不變的。verr的值總為正值且沒有上限。該模擬開始時(shí)verr的值是零，并且計(jì)算MBC在一個(gè)控制周期內(nèi)的凈移動(dòng)。然后，該模擬檢查MBC是否與礦壁有碰撞。假設(shè)沒有碰撞，該模擬持續(xù)增大verr的值并且在發(fā)生碰撞時(shí)終止。導(dǎo)致碰撞的verr的值是在該MBC組態(tài)下速度控制過程中的最大可容許誤差。累積所有的加權(quán)取平方的沿整個(gè)選項(xiàng)路徑的αs、βs、ds和verrs，就可以獲得每條路徑的價(jià)值估算。
對于90度拐彎，路徑起始于一段通道當(dāng)中而到達(dá)另一段通道當(dāng)中。這使得該路徑在兩邊都連接為直線路徑。這條路徑具有的坑道寬度為20英尺和22英尺，其公式系數(shù)表列于下面的表1中，同時(shí)列入表中的還有拐彎為120度和135度的情形。
表1

具中y＝ax2+bx+c本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能知曉，上面給出的二次方程式是用于求解路徑系數(shù)的。這個(gè)公式無疑足以得到適當(dāng)路徑計(jì)劃，引入的系數(shù)越多，則路徑計(jì)劃越精確。但是，顯而易見，使用的系數(shù)數(shù)目越多，則所需的計(jì)算時(shí)間就越長。因此最優(yōu)選的是使用四階多項(xiàng)式方程，例如采用下列形式y(tǒng)＝c0x4+c1x3+c2x2+c3x+c4根據(jù)MBC在礦井中所處位置，每個(gè)MBC的全路徑都包括一系列交替的拐彎和直線路段；但是，存在一種稱為“S-拐彎”的特定類型拐彎的例外，“S-拐彎”被公認(rèn)為最困難的情形。S-拐彎路徑由兩個(gè)相互連接的拐彎組成。因?yàn)镾-拐彎的兩端都不位于通道當(dāng)中，所以S-拐彎的兩端必須連接為直線路徑。因此，直接在一個(gè)S-拐彎之后進(jìn)行另一個(gè)S-拐彎是不可能的。然而，這種情形只發(fā)生在90度坑道內(nèi)，120度和135度坑道沒有足夠空間允許S-拐彎起止于礦井通道當(dāng)中。
因?yàn)椋瑸榈玫阶罴崖窂剿阉魉惴ɑㄙM(fèi)很多時(shí)間，所以執(zhí)行在線路徑計(jì)劃是不可能的。這個(gè)問題的解決方法是，通過以離線方式對可能的拐彎類型進(jìn)行路徑計(jì)劃，并且建立一個(gè)包含相應(yīng)于每個(gè)特定拐彎的路徑系數(shù)的查找表(例如表1)。一旦MBC控制器確定拐彎是何種類型，則控制器立即就能由查找表通過內(nèi)插法計(jì)算出適當(dāng)?shù)穆窂较禂?shù)。盡管這種方法生成的路徑與現(xiàn)場在線計(jì)算相比未達(dá)最佳標(biāo)準(zhǔn)，但是試運(yùn)行的結(jié)果表明將自身導(dǎo)航通過模擬坑道的系統(tǒng)性能的劣化因素降低了。
基于這些，MBC知道了它當(dāng)前的POSE以及它應(yīng)當(dāng)依循的路徑，接下來MBC必須確定它如何達(dá)到所期望的目的地。路徑循跡算法計(jì)算MBC的兩個(gè)引導(dǎo)組件速度，使得MBC可以精確依循路徑。而在對兩輪機(jī)器人(在運(yùn)動(dòng)學(xué)上等同于履帶車輛)的路徑循跡控制方面已經(jīng)有了很多相關(guān)文獻(xiàn)資料，本發(fā)明使用的路徑循跡算法是Aguilar等人提出的(“Robust Path-Following Control with Exponential Stability for MobileRobots”，Proc.of the 1998 IEEE Int.Conf.On Robotics and Automation，Leuven，Belgium，May 1998)。
在任何時(shí)候?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)路徑循跡都需要將γe與θe這兩個(gè)參數(shù)輸入導(dǎo)MBC控制器。γe是MBC中心到路徑之間的最短距離，而θe是由路徑切線測得的方向偏差。給定一個(gè)向前或向后的速度v，則可以通過下式計(jì)算出MBC的角速度ω=-4v[(α1α2)γe+(α1+α2)sin(θe2)sign(v)]]]>其中α1和α2是恒定的控制器增益，通過對它的調(diào)整來接收所期望的MBC的循跡響應(yīng)。
速度v與MBC的臺(tái)車的、以及在運(yùn)動(dòng)方向上緊鄰在后的MBC的臺(tái)車的容許移動(dòng)距離(allowable traverse distance)直接相關(guān)。比較兩個(gè)臺(tái)車的移動(dòng)距離，并且選擇具有較小值的一個(gè)。這個(gè)距離標(biāo)稱為“滑動(dòng)量”。
因此可以由下式計(jì)算出在前與在后的速度v=±dollyT]]>其中v當(dāng)向前/向后移動(dòng)時(shí)其分別表現(xiàn)為正值/負(fù)值。
T＝控制循環(huán)周期，秒。
±dolly＝由線性電位計(jì)得到的臺(tái)車的速率然后，可以由下式確定左、右履帶速度Vr=v+ωB2]]>Vl=v-ωB2]]>其中B＝履帶之間的距離。
路徑循跡算法，包含路徑計(jì)劃算法，優(yōu)選地采用例如C語言之類的通用計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)。再有優(yōu)選地將兩種算法組合在一個(gè)程序中，因?yàn)樗鼈儍烧呃昧舜罅康墓眯畔ⅰ?br> B)機(jī)載傳送裝置的高度在本發(fā)明中，對前行或尾隨的機(jī)載傳送裝置的高度伸縮控制是通過如下連續(xù)過程實(shí)現(xiàn)對由高度測定傳感器測得的距離測量執(zhí)行連續(xù)處理步驟，計(jì)算到給定的設(shè)定點(diǎn)的差值，并且應(yīng)用該差值的比例值去操控液壓控制閥24的開口(參見圖1)。處理步驟包括將距離測量值和多個(gè)在先測量值進(jìn)行比較，計(jì)算許多個(gè)周期的移動(dòng)平均值，忽略遠(yuǎn)離中心的數(shù)據(jù)點(diǎn)，而后計(jì)算較少周期的平均值。因此可以排除潛在干擾數(shù)據(jù)而獲取可靠的間隙測量值，而且減小了使傳統(tǒng)的低通濾波方法經(jīng)常遭遇的時(shí)間延遲。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員明白，有大量模擬的或數(shù)字的濾波技術(shù)可以替代剛剛描述的優(yōu)選實(shí)施方案。
高度控制的設(shè)定點(diǎn)優(yōu)選地由開采操作者確定，并且用作測量值信息處理器的輸入量。當(dāng)進(jìn)行單向距離測量時(shí)，例如，只測量距底面的距離時(shí)，這個(gè)設(shè)定點(diǎn)確定了在假定高度提升的情形下與在假定高度下降的情形下的目標(biāo)距離值。當(dāng)進(jìn)行雙向距離測量時(shí)，例如，測量距底面距離和距頂面距離時(shí)，這些設(shè)定點(diǎn)確定了高度控制的一個(gè)“不作用”區(qū)以及在假定高度提升的情形下與在假定高度下降的情形下的目標(biāo)距離值。優(yōu)點(diǎn)還在于應(yīng)用了冗余雙重測量，通過測量值信息處理器進(jìn)行選擇以確定哪一種測量信號(hào)或者兩種測量信號(hào)是有效的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知曉，對距設(shè)定點(diǎn)的測得距離的比例值進(jìn)行選擇以便得到近于臨界的衰減響應(yīng)。這種PID-控制技術(shù)是本領(lǐng)域公知技術(shù)。
除了上述應(yīng)用之外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員明白，只要不背離本發(fā)明的范圍、精神或教導(dǎo)，可以對本發(fā)明方法進(jìn)行改動(dòng)或變化。因此，本發(fā)明的意圖是，說明書的描述說明用于幫助理解，而本發(fā)明的請求保護(hù)范圍僅由權(quán)利要求書及其等價(jià)物所劃定。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)化運(yùn)載工具穿行曲徑的路徑計(jì)劃方法，該運(yùn)載工具具有前端部分和后端部分，所述前端部分樞軸地連接到鄰接的細(xì)長前端結(jié)構(gòu)，而所述后端部分樞軸地連接到鄰接的細(xì)長后端結(jié)構(gòu)，由壁限定出的曲徑具有交叉路口，每個(gè)交叉路口都具有基本相同度數(shù)的角度，其中該度數(shù)是已知的，并且該運(yùn)載工具相對于曲徑的位置與方向是已知的，該方法包括確定與該運(yùn)載工具相鄰近的壁之間的曲徑寬度；以及從基于寬度和度數(shù)的表中選擇能使價(jià)值函數(shù)值最小化的多項(xiàng)式曲線，由此選定的多項(xiàng)式曲線表示能為該運(yùn)載工具以及前端與后端結(jié)構(gòu)將不碰撞曲徑壁提供最大保險(xiǎn)系數(shù)的路徑。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該表是離線生成的，該方法進(jìn)一步包括步驟基于表示該運(yùn)載工具和后端結(jié)構(gòu)、前端結(jié)構(gòu)的可允許的位置與方向的參數(shù)，且基于一組隨機(jī)系數(shù)，針對具有第一寬度和第一角度的曲徑，生成多項(xiàng)式曲線；重復(fù)上述步驟多次，每次都利用不同的一組隨機(jī)系數(shù)；確定使價(jià)值函數(shù)最小化的多項(xiàng)式曲線的系數(shù)；將表示最小化的價(jià)值函數(shù)的曲線的系數(shù)，以及相應(yīng)的第一寬度和角度存儲(chǔ)到所述表中；以及針對其它寬度和角度重復(fù)上述步驟，由此建立的表具有表示針對給定寬度與角度的最小化價(jià)值函數(shù)的系數(shù)。
3.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括步驟假設(shè)運(yùn)載工具和鄰接性結(jié)構(gòu)之間的角度是最小化的則當(dāng)使價(jià)值函數(shù)最小化時(shí)進(jìn)行加權(quán)處理；假設(shè)通過拐彎時(shí)結(jié)構(gòu)和曲徑之間的間隙是最大化的則當(dāng)使價(jià)值函數(shù)最小化時(shí)進(jìn)行加權(quán)處理；以及假設(shè)運(yùn)載工具依循曲線的誤差容限是最大化的則當(dāng)使價(jià)值函數(shù)最小化時(shí)進(jìn)行加權(quán)處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)計(jì)用于地下環(huán)境的自動(dòng)化連續(xù)拖運(yùn)設(shè)備以及方法。每個(gè)移動(dòng)式跨接載體(10)都包含有距離測量裝置(70)和角度測量裝置(74)，用于測定移動(dòng)式跨接載體(10)的位置以及相連的機(jī)載傳送裝置(30)的角度位置。應(yīng)用測定頂面高度的裝置(76)調(diào)整機(jī)載傳送裝置(30)的高度。對每個(gè)移動(dòng)式跨接載體(10)，通過電子控制器(80)接收來自各個(gè)傳感器的輸入信號(hào)，計(jì)算移動(dòng)式跨接載體(10)以及相連的機(jī)載傳送裝置(30)的位置和方向。然后控制器規(guī)劃移動(dòng)式跨接載體(10)的最佳移動(dòng)路徑，并且計(jì)算跨接載體上各自獨(dú)立運(yùn)作的履帶組件的移動(dòng)速率，使得跨接載體(10)和機(jī)載傳送裝置(30)能夠盡可能地依循規(guī)劃路徑。
文檔編號(hào)G05D1/00GK1991305SQ20071000137
公開日2007年7月4日 申請日期2001年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月10日
發(fā)明者R·H·斯特吉斯, M·特維格, A·卡那拉特 申請人:Dbt美洲有限公司, 弗吉尼亞知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)有限公司