專利名稱：位姿自動測量裝置和工程機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量領(lǐng)域，具體而言，涉及一種位姿自動測量裝置和工程機械。
背景技術(shù)：
在煤礦采煤過程中，煤礦煤層的厚度、寬度及走向在開采前，已經(jīng)基本勘測完成，在煤礦中采煤的過程中，基本都是通過人工測量來確認機械當前的采煤位置，然后制定下一步采煤計劃。目前，通常采用激光定位方法來測量機械位姿，利用激光發(fā)射器、線激光發(fā)射器機架、激光標靶及傾角傳感器的融合實現(xiàn)位姿測量，在復雜煤層工況的情況下則顯得較為麻煩，具體表現(xiàn)為

I)激光發(fā)射器安裝時存在誤差，并且伴隨連采機遠離激光發(fā)射器的距離越大，其 引起的誤差也越大；2)復雜煤層開采時，連采機需要頻繁的轉(zhuǎn)彎及上下開采，此時由于頻繁挪動激光發(fā)射器，造成較大誤差；3)機械的實際工作路徑仍需要操作者進行人工的測量計算。因此，需要一種新的位姿測量方案，需要能夠解決以下至少一個問題I)解決由于人為安裝造成的誤差，將人為誤差因素降為最??；2)在煤層工況復雜的環(huán)境下，不需要頻繁的讓操作者進行安裝測量等；3)連采機在長時間工作的情況下，基本上可以定位連采機的當前工作位置；4)取代操作者人為測量連采機的工作路徑，完成自動計算工作路徑，并且精度較聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是基于上述問題，提出了一種位姿自動測量裝置，能夠減小測量誤差，并自動測量目標的位姿信息。有鑒于此，本發(fā)明提出了一種位姿自動測量裝置，包括單軸陀螺儀和/或多軸陀螺儀，實時檢測工程機械的水平角度信息；所述多軸陀螺儀和/或本體傾角傳感器，實時檢測所述工程機械的垂直角度信息；控制器，獲取所述工程機械的行走電機的線速度和角速度，根據(jù)所述行走電機的線速度和角速度，得到所述工程機械的位移，并結(jié)合所述水平角度信息、所述垂直角度信息以及所述位移，確定所述工程機械的位姿信息。在該技術(shù)方案中，可以自動獲取工程機械的位姿信息，而且采用單軸陀螺儀和/或多軸陀螺儀、多軸陀螺儀和/或本體傾角傳感器的組合，可以實時測量工程機械的位姿信息，而不必因工況調(diào)整測量設(shè)備，提高了檢測的效率，也進一步地提高了測量的準確度。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，還包括增量編碼器，設(shè)置在所述工程機械的減速機構(gòu)上，實時檢測所述行走電機的線速度和角速度，以提供給所述控制器。在該技術(shù)方案中，增量編碼器采集工程機械左右行走電機的線速度和角速度，控制器對線速度和角速度進行分析處理后，可以得到工程機械的轉(zhuǎn)動角度及行走部行進的位移。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述增量編碼器通過軟連接的方式，連接至所述減速機構(gòu)上。在該技術(shù)方案中，軟連接方式可以是通過彈性元件連接，由于增量編碼器連接至行走電機的減速機構(gòu)，在工作時會發(fā)生振動，容易造成增量式編碼器發(fā)生移動，甚至與其他部件相撞導致增量式編碼器損壞，而通過彈性元件連接至減速機構(gòu)，可以在增量式編碼器的位置發(fā)生變化時自動調(diào)節(jié)，而不會與其他部件相撞，提高了增量式編碼器的使用壽命。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述控制器從所述工程機械的變頻器中，讀取所述行走電機的線速度和角速度，其中，所述變頻器采用V/F開環(huán)變頻模式或無速度傳感器模式。

在該技術(shù)方案中，當變頻器采用V/F開環(huán)變頻模式或無速度傳感器變頻模式時，控制器可以直接從變頻器中讀取行走電機的實時角速度和線速度。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述控制器以總線方式連接至所述變頻器。在該技術(shù)方案中，控制器可以通過總線直接從變頻器中讀取行走電機的實時角速度和線速度。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述控制器還根據(jù)所述行走電機的線速度和角速度，得到所述工程機械的轉(zhuǎn)動角度，并對所述轉(zhuǎn)動角度和所述水平角度信息進行對比，按對比結(jié)果控制所述行走電機，以糾正所述工程機械的軸向和/或橫向滑動誤差。在該技術(shù)方案中，控制器可以根據(jù)轉(zhuǎn)動角度和水平角度的對比結(jié)果，對工程機械的軸向和/或橫向滑動進行糾正運算處理，并且可以彌補機械誤差造成的影響。在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述控制器根據(jù)所述工程機械的位姿信息，繪制所述工程機械的工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，控制器可以定時運算并記錄工程機械的位移及位姿，得到工程機械的實際工作路徑圖，工作路徑圖可以存儲至控制器中的閃存中，可以通過界面等人機接口，提供給用戶一個較為準確的采煤工作路徑圖。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，還包括時間設(shè)置模塊，設(shè)置時間信息，所述控制器按所述時間信息，定時獲取所述工程機械的位置信息，來繪制所述工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置定時的時間，時間越長其精度越差，時間越短其控制器資源占用越多，但是精度較高。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，還包括展現(xiàn)模塊，展現(xiàn)所述工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，通過將工作路徑圖展現(xiàn)，可以使用戶直觀地、方便地觀察到工程機械的工作路徑圖。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提出了一種工程機械，包括上述任一項所述的位姿自
動測量裝置。通過以上技術(shù)方案，可以實現(xiàn)一種位姿自動測量裝置和一種工程機械，能夠解決由于人為安裝造成的誤差，將人為誤差因素降為最??；在煤層工況復雜的環(huán)境下，不需要頻繁的讓操作者進行安裝測量等；連采機在長時間工作的情況下，基本上可以定位連采機的當前工作位置；取代操作者人為測量連采機的工作路徑，完成自動計算工作路徑，并且精度較聞。


圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量裝置的框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量方法的流程圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可 以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量裝置的框圖。如圖I所示，位姿自動測量裝置100包括單軸陀螺儀102和/或多軸陀螺儀104，實時檢測工程機械的水平角度信息；多軸陀螺儀104和/或本體傾角傳感器106，實時檢測工程機械的垂直角度信息；或采用多軸陀螺儀104同時檢測工程機械的水平角度信息及垂直角度信息；控制器108，獲取工程機械的行走電機的線速度和角速度，根據(jù)行走電機的線速度和角速度，得到工程機械的位移，并結(jié)合水平角度信息、垂直角度信息以及位移，確定工程機械的位姿信息。在該技術(shù)方案中，可以自動獲取工程機械的位姿信息，而且采用單軸陀螺儀102和/或多軸陀螺儀104、多軸陀螺儀104和/或本體傾角傳感器106的組合，可以實時測量工程機械的位姿信息，而不必因工況調(diào)整測量設(shè)備，提高了檢測的效率，也進一步地提高了測量的準確度。在上述技術(shù)方案中，還包括增量編碼器112，設(shè)置在工程機械的減速機構(gòu)上，實時檢測行走電機的線速度和角速度，以提供給控制器108。在該技術(shù)方案中，增量編碼器112采集工程機械左右行走電機的線速度和角速度，控制器108對線速度和角速度進行分析處理后，可以得到工程機械的轉(zhuǎn)動角度及行走部行進的位移。在上述技術(shù)方案中，增量編碼器112通過軟連接的方式，連接至所述減速機構(gòu)上。在該技術(shù)方案中，軟連接方式可以是通過彈性元件連接，由于增量編碼器112連接至行走電機的減速機構(gòu)，在工作時會發(fā)生振動，容易造成增量式編碼器112發(fā)生移動，甚至與其他部件相撞導致增量式編碼器112損壞，而通過彈性元件連接至減速機構(gòu)，可以在增量式編碼器112的位置發(fā)生變化時自動調(diào)節(jié)，而不會與其他部件相撞，提高了增量式編碼器112的使用壽命。在上述技術(shù)方案中，控制器108從工程機械的變頻器中，讀取行走電機114的線速度和角速度，其中，變頻器采用V/F開環(huán)變頻模式或無速度傳感器模式。在該技術(shù)方案中，當變頻器采用V/F開環(huán)變頻模式或無速度傳感器變頻模式時，控制器108可以直接從變頻器中讀取行走電機的實時角速度和線速度。
在上述技術(shù)方案中，控制器108以總線方式連接至變頻器。在該技術(shù)方案中，控制器108可以通過總線直接從變頻器中讀取行走電機的實時角速度和線速度。在上述技術(shù)方案中，控制器108還根據(jù)行走電機的線速度和角速度，得到工程機械的轉(zhuǎn)動角度，并對轉(zhuǎn)動角度和水平角度信息進行對比，按對比結(jié)果控制行走電機，以糾正工程機械的軸向和/或橫向滑動誤差。在該技術(shù)方案中，控制器108可以根據(jù)轉(zhuǎn)動角度和水平角度的對比結(jié)果，對工程機械的軸向和/或橫向滑動進行糾正運算處理，并且可以彌補機械誤差造成的影響。在上述任一技術(shù)方案中，控制器108根據(jù)工程機械的位姿信息，繪制工程機械的 工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，控制器108能夠得到工程機械的實際工作路徑圖，工作路徑圖可以存儲至控制器108中的閃存中。在上述技術(shù)方案中，還包括時間設(shè)置模塊，設(shè)置時間信息，控制器108按時間信息，定時獲取工程機械的位置信息，來繪制工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，控制器108可以定時運算并記錄工程機械的位移及位姿，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置定時的時間，時間越長其精度越差，時間越短其控制器資源占用越多，但是精度較高。在上述技術(shù)方案中，還包括展現(xiàn)模塊，展現(xiàn)工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，可以通過界面等人機接口，提供給用戶一個較為準確的采煤工作路徑圖，通過將工作路徑圖展現(xiàn)，可以使用戶直觀地、方便地觀察到工程機械的工作路徑圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，單軸陀螺儀102提供當前位姿水平角度信息；本體傾角傳感器106提供垂直角度信息；變頻器110帶動行走電機114,經(jīng)過減速機構(gòu)116,實現(xiàn)對履帶的行走部118的實時控制，增量式編碼器112安裝在減速機構(gòu)上，但可以測量行走電機114的實際轉(zhuǎn)速；利用單軸陀螺儀102、增量式編碼器112、本體傾角傳感器104反饋工況信息及控制器108處理,實現(xiàn)位姿的自動測量。單軸陀螺儀102實時采集連采機的水平角度信息Θ ;增量式編碼器112實時采集左右行走電機114的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過控制器108換算后得到工程機械的行走線速度V，行走角速度ω，可以設(shè)定逆時針為正；本體傾角傳感器104實時采集連采機的垂直角度信息α。在兩側(cè)行走電機114的減速機構(gòu)116安裝增量式編碼器112，增量式編碼器112可以采用軟連接方式連接至減速機構(gòu)116，最大程度地保護增量式編碼器112的使用壽命。增量式編碼器112通過減速機構(gòu)116采集行走電機114的實際速度實時反饋至控制器108，控制器108將線速度V和角速度ω運算處理后，得出連采機的位移P及轉(zhuǎn)動角度β，根據(jù)轉(zhuǎn)動角度β和水平角度信息Θ的對比分析，可以對連采機軸向及橫向滑動誤差進行糾正運算處理，并且可以彌補機械誤差造成的影響。控制器108可以采取定時運算記錄連采機位移及位姿的方式，記錄工程機械的實際工作路徑曲線圖，定時的時間需要綜合考慮，時間越長其精度越差，時間越短其控制器資源占用越多，但是精度較高。
控制器108對垂直角度信息、水平角度信息、位移信息進行運算處理后，獲得工程機械的實際工作路徑曲線圖，并存儲到控制器中的閃存中，可以通過界面等人機接口，提供給用戶一個較為準確的采煤工作路徑曲線圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量方法的流程圖。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量方法包括步驟202，單軸陀螺儀測量當前連采機的水平角度，增量式編碼器實時采集左右行走電機的轉(zhuǎn)速，本體傾角傳感器測量連采機的垂直角度；編碼器實時采集左右行走電機的轉(zhuǎn)速，通過計算轉(zhuǎn)換成履帶行走位移和轉(zhuǎn)動角度；步驟204，控制器分析換算后得出的轉(zhuǎn)動角度和單軸陀螺儀的測量角度對比分析 后，消除由于連采機橫向及軸向滑動引起的慣性誤差，并且實時更新連采機的當前位姿。步驟206，垂直角度、水平角度、位移換算后整合，獲得連采機的實際工作路徑曲線圖。在步驟206之后，繼續(xù)返回步驟204測量工程機械的實時位姿信息。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提出了一種工程機械，包括上述任一項所述的位姿自
動測量裝置。以上結(jié)合附圖詳細說明了本發(fā)明的技術(shù)方案，考慮到相關(guān)技術(shù)中，工程機械的位姿信息由人工測量和激光測量的測量結(jié)果誤差較大。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)一種位姿自動測量裝置和一種工程機械，能夠解決由于人為安裝造成的誤差，將人為誤差因素降為最?。辉诿簩庸r復雜的環(huán)境下，不需要頻繁的讓操作者進行安裝測量等；連采機在長時間工作的情況下，基本上可以定位連采機的當前工作位置；取代操作者人為測量連采機的工作路徑，完成自動計算工作路徑，并且精度較高。。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種位姿自動測量裝置，其特征在于，包括 單軸陀螺儀和/或多軸陀螺儀，實時檢測工程機械的水平角度信息； 所述多軸陀螺儀和/或本體傾角傳感器，實時檢測所述工程機械的垂直角度信息；控制器，獲取所述工程機械的行走電機的線速度和角速度，根據(jù)所述行走電機的線速度和角速度，得到所述工程機械的位移，并結(jié)合所述水平角度信息、所述垂直角度信息以及所述位移，確定所述工程機械的位姿信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，還包括 增量編碼器，設(shè)置在所述工程機械的減速機構(gòu)上，實時檢測所述行走電機的線速度和角速度，以提供給所述控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，所述增量編碼器通過軟連接的方式，連接至所述減速機構(gòu)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，所述控制器從所述工程機械的變頻器中，讀取所述行走電機的線速度和角速度，其中，所述變頻器采用V/F開環(huán)變頻模式或無速度傳感器模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，所述控制器以總線方式連接至所述變頻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，所述控制器還根據(jù)所述行走電機的線速度和角速度，得到所述工程機械的轉(zhuǎn)動角度，并對所述轉(zhuǎn)動角度和所述水平角度信息進行對比，按對比結(jié)果控制所述行走電機，以糾正所述工程機械的軸向和/或橫向滑動誤差。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，所述控制器根據(jù)所述工程機械的位姿信息，繪制所述工程機械的工作路徑圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，還包括 時間設(shè)置模塊，設(shè)置時間信息，所述控制器按所述時間信息，定時獲取所述工程機械的位置信息，來繪制所述工作路徑圖。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，還包括 展現(xiàn)模塊，展現(xiàn)所述工作路徑圖。
10.一種工程機械，其特征在于，包括權(quán)利要求I至9中任一項所述的位姿自動測量裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種位姿自動測量裝置，包括單軸陀螺儀和/或多軸陀螺儀，實時檢測工程機械的水平角度信息；所述多軸陀螺儀和/或本體傾角傳感器，實時檢測所述工程機械的垂直角度信息；控制器，獲取所述工程機械的行走電機的線速度和角速度，根據(jù)所述行走電機的線速度和角速度，得到所述工程機械的位移，并結(jié)合所述水平角度信息、所述垂直角度信息以及所述位移，確定所述工程機械的位姿信息。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提出了一種工程機械。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠減小測量誤差，并自動測量目標的位姿信息。
文檔編號G01B21/02GK102818557SQ20121027968
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者易定忠, 徐鵬, 李鵬 申請人:三一重型裝備有限公司