一種慣性導(dǎo)航與激光掃描融合的采煤機(jī)定位裝置的制造方法
【專利摘要】一種慣性導(dǎo)航與激光掃描融合的采煤機(jī)定位裝置，屬于采煤機(jī)定位技術(shù)領(lǐng)域。定位裝置包括在采煤機(jī)機(jī)身上固定有定位裝置防爆外殼、激光信號接收模塊；慣性導(dǎo)航定位裝置、激光掃描微處理器安裝在防爆裝置內(nèi)；慣性導(dǎo)航定位裝置通過傳感器得到實時角速率、實時加速度，并將數(shù)據(jù)傳至慣性導(dǎo)航微處理器；激光掃描裝置中，激光掃描基站布置在采煤機(jī)工作區(qū)域，其激光信號被激光信號接收模塊接收，同時數(shù)據(jù)傳至激光掃描微處理器；微處理器通過串口與上位機(jī)連接，將各自采集的定位數(shù)據(jù)傳至采煤機(jī)定位控制系統(tǒng)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，其采用基于最小二乘法—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的融合算法確定采煤機(jī)位置，實現(xiàn)精確定位，安全可靠。
【專利說明】
一種慣性導(dǎo)航與激光掃描融合的采煤機(jī)定位裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種采煤機(jī)定位的裝置及方法，特別是一種慣性導(dǎo)航與激光掃描融合的采煤機(jī)定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]定位技術(shù)，是指對目標(biāo)采取某種手段進(jìn)行測量，進(jìn)而獲得目標(biāo)位置信息的技術(shù)。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷進(jìn)步，在生產(chǎn)生活中，定位的地位也越來越高。在諸多定位領(lǐng)域中，對礦井下各類設(shè)備的定位正慢慢步入人們的視野。由于近年來礦井下安全事故頻發(fā)、災(zāi)害嚴(yán)重等問題突出，因此對礦井下設(shè)備的定位顯得尤為重要，這同時也是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和安全生產(chǎn)的前提條件。在煤炭資源的開采過程中，采煤機(jī)是井下作業(yè)重要的設(shè)備之一，因此，對采煤機(jī)的位置定位就顯得尤為重要。然而，由于礦井下的特殊條件，其環(huán)境的復(fù)雜性使得很多通常采用的定位手段在礦井下達(dá)不到定位精度的要求，甚至在礦井下無法實現(xiàn)對采煤機(jī)位置的確定。在這種背景下，慣性導(dǎo)航定位、激光掃描定位等技術(shù)的不斷發(fā)展，使得對采煤機(jī)位置的精確定位成為可能。
[0003]在采煤機(jī)的傳統(tǒng)校準(zhǔn)方式中，往往不能實現(xiàn)精確校準(zhǔn)，存在固有誤差。當(dāng)前，煤礦井下一般采用的采煤機(jī)定位方式主要有齒輪計數(shù)法、紅外對射法、超聲波反射法、無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位法及純慣性導(dǎo)航法。其中，采煤機(jī)齒輪計數(shù)定位法是通過對行走部齒輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)進(jìn)行計數(shù)，并依據(jù)液壓支架來定位出采煤機(jī)的位置，這種方法比較簡單，成本低，但由于采煤機(jī)在作業(yè)過程中是沿著工作面橫向及縱向運動，而齒輪計數(shù)法只能確定采煤機(jī)行走路程，因此造成定位不精確，產(chǎn)生很大誤差;紅外對射定位法則是在采煤機(jī)機(jī)身安裝紅外發(fā)射裝置，在液壓支架固定有紅外接收裝置，在采煤機(jī)作業(yè)過程中，通過接收裝置對接收信號強(qiáng)弱的分析，從而判斷采煤機(jī)具體位置，采用這個方法的缺點是不能連續(xù)的檢測采煤機(jī)的位置，同時紅外信號的發(fā)射和接收必須處于同一水平面，否則很難有效的接收信號，因此在實際的井下環(huán)境中，由于干擾因素眾多，往往也不能精確定位；無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位是通過WIF1、ZIGBEE、UWB或藍(lán)牙等技術(shù)對采煤機(jī)位置進(jìn)行定位，這種定位方式往往受制于定位系統(tǒng)不穩(wěn)定以及技術(shù)研究不成熟、成本過高因此無法在井下運用；純慣性定位法是利用加速度計和陀螺儀得出采煤機(jī)的軸加速度及軸角速度，然后通過算法來確定采煤機(jī)的位置，這種方法缺點是由于陀螺儀和加速度計存在漂移，累積誤差不斷增大，因此精度很難保證，也無法實現(xiàn)對采煤機(jī)的絕對定位。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有的采煤機(jī)定位方式，如齒輪計數(shù)法、紅外對射法、超聲波反射法、無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位法及純慣性導(dǎo)航法等，對礦井下采煤機(jī)的位置定位仍存在較大誤差，往往受制于其檢測方式自身與礦井下檢測環(huán)境的影響，對采煤機(jī)的定位無法滿足對精度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]實用新型目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種慣性導(dǎo)航與激光掃描融合的采煤機(jī)定位裝置，解決單純的采用慣性導(dǎo)航定位存在累積誤差不斷增大的問題，實現(xiàn)對采煤機(jī)的位置精確定位。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的慣性導(dǎo)航與激光掃描融合的采煤機(jī)定位裝置，包括:采煤機(jī)、慣性導(dǎo)航定位裝置、激光掃描裝置、定位裝置防爆外殼及上位機(jī);在采煤機(jī)機(jī)身上固定有定位裝置防爆外殼和激光掃描裝置的激光信號接收模塊;慣性導(dǎo)航定位裝置安裝在定位裝置防爆外殼內(nèi)；
[0007]所述的慣性導(dǎo)航定位裝置包括三軸陀螺儀、三軸加速度計、慣性導(dǎo)航微處理器;三軸陀螺儀包括有三軸陀螺傳感器，三軸加速度計包括有三軸加速度傳感器;在采煤機(jī)運行過程中，慣性導(dǎo)航定位裝置通過三軸陀螺儀測得三個方向上的實時角速率，通過三軸加速度計測得三個方向上的實時加速度值，并將三軸陀螺傳感器和三軸加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)采樣至慣性導(dǎo)航微處理器，慣性導(dǎo)航微處理器通過串口與上位機(jī)連接；
[0008]所述的激光掃描裝置包括激光掃描基站、激光信號接收模塊和激光掃描微處理器;激光掃描基站布置在采煤機(jī)工作區(qū)域;激光掃描微處理器安裝在定位裝置防爆外殼內(nèi)；激光信號接收模塊與激光掃描微處理器連接，激光掃描微處理器通過串口與上位機(jī)連接，將激光掃描定位數(shù)據(jù)傳至上位機(jī)中采煤機(jī)定位控制系統(tǒng);激光掃描基站發(fā)射的激光由采煤機(jī)機(jī)身上的激光信號接收模塊進(jìn)行接收，接收到的時間信息被激光掃描微處理器進(jìn)行采集處理;上位機(jī)通過對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行判別處理，采用最小二乘法確定系數(shù)權(quán)值、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行定位評估的融合算法以最終確定采煤機(jī)位置，實現(xiàn)精確定位。
[0009]有益效果，由于采用了上述方案，采煤機(jī)定位裝置，將慣性導(dǎo)航定位、激光掃描定位進(jìn)行融合來實現(xiàn)對采煤機(jī)的定位;解決了單純的采用慣性導(dǎo)航定位會存在累積誤差不斷增大的問題，造成采煤機(jī)定位精度失準(zhǔn)，采用激光掃描的定位方式可以實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，并可以將準(zhǔn)確的位置信息賦值給慣性導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定為每一次的定位初值，從而去除累積誤差;激光掃描方式雖然定位精確，但是掃描往往因為井下惡劣的環(huán)境而受到影響，如粉塵、遮蔽物等，使得掃描無法得出結(jié)果，同時也存在因時間同步、時間延遲等問題產(chǎn)生誤差，此時，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以在激光掃描位置信息偏差過大或無法定位的時刻，給出采煤機(jī)定位結(jié)果;兩種方式進(jìn)行相互結(jié)合，采用融合優(yōu)化算法進(jìn)一步的處理，得到采煤機(jī)位置坐標(biāo)，實現(xiàn)對采煤機(jī)位置的精確定位。
[0010]優(yōu)點:
[0011 ] (I)選取慣性導(dǎo)航與激光掃描融合的采煤機(jī)定位方法，利用了兩種定位方法本身的優(yōu)勢，即慣性導(dǎo)航定位抗干擾能力強(qiáng)、激光掃描定位準(zhǔn)確的優(yōu)點，同時有效的抑制了慣性導(dǎo)航時間累積誤差以及激光掃描容易受到干擾和遮擋影響的缺點，保證了定位的精度，減少定位誤差，符合采煤機(jī)定位的要求。
[0012](2)本實用新型方法使用，安全可靠，安裝和操作方便，規(guī)避了在實際動態(tài)測量中產(chǎn)生誤差的情形，具有重要的參考價值和實際意義。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型慣性導(dǎo)航與激光掃描融合的采煤機(jī)定位裝置布置圖。
[0014]圖2是本實用新型定位裝置防爆外殼內(nèi)部示意圖。
[0015]圖中:1、采煤機(jī);2、定位裝置防爆外殼;3、激光信號接收模塊;4、慣性導(dǎo)航定位裝置;4-1、三軸陀螺儀;4-2、三軸加速度計;4-3、慣性導(dǎo)航微處理器;5、激光掃描微處理器;6、上位機(jī)。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖中的實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明:
[0017]本實用新型的慣性導(dǎo)航與激光掃描融合的采煤機(jī)定位裝置，包括:采煤機(jī)1、慣性導(dǎo)航定位裝置4、激光掃描裝置、定位裝置防爆外殼2及上位機(jī)6;在采煤機(jī)I機(jī)身上固定有定位裝置防爆外殼2和激光掃描裝置的激光信號接收模塊;慣性導(dǎo)航定位裝置4安裝在定位裝置防爆外殼2內(nèi)；
[0018]所述的慣性導(dǎo)航定位裝置4包括三軸陀螺儀4-1、三軸加速度計4-2、慣性導(dǎo)航微處理器4-3;三軸陀螺儀4-1包括有三軸陀螺傳感器，三軸加速度計4-2包括有三軸加速度傳感器;在采煤機(jī)運行過程中，慣性導(dǎo)航定位裝置4通過三軸陀螺儀4-1測得三個方向上的實時角速率，通過三軸加速度計4-2測得三個方向上的實時加速度值，并將三軸陀螺傳感器和三軸加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)采樣至慣性導(dǎo)航微處理器，慣性導(dǎo)航微處理器通過串口與上位機(jī)連接；
[0019]所述的激光掃描裝置包括激光掃描基站、激光信號接收模塊3和激光掃描微處理器5;激光掃描基站布置在采煤機(jī)工作區(qū)域;激光掃描微處理器5安裝在定位裝置防爆外殼2內(nèi)；激光信號接收模塊3與激光掃描微處理器5連接，激光掃描微處理器5通過串口與上位機(jī)6連接，將激光掃描定位數(shù)據(jù)傳至上位機(jī)6中采煤機(jī)定位控制系統(tǒng);激光掃描基站發(fā)射的激光由采煤機(jī)機(jī)身上的激光信號接收模塊進(jìn)行接收，接收到的時間信息被激光掃描微處理器5進(jìn)行采集處理;上位機(jī)6通過對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行判別處理，采用最小二乘法確定系數(shù)權(quán)值、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行定位評估的融合算法以最終確定采煤機(jī)位置，實現(xiàn)精確定位。
【主權(quán)項】
1.一種慣性導(dǎo)航與激光掃描融合的采煤機(jī)定位裝置，包括采煤機(jī)、慣性導(dǎo)航定位裝置、激光掃描裝置、定位裝置防爆外殼及上位機(jī);其特征是:所述采煤機(jī)機(jī)身上固定有定位裝置防爆外殼和與激光掃描裝置相連的激光信號接收模塊;所述慣性導(dǎo)航定位裝置安裝在定位裝置防爆外殼內(nèi)，慣性導(dǎo)航定位裝置和激光掃描裝置分別接上位機(jī)； 所述的慣性導(dǎo)航定位裝置包括三軸陀螺儀、三軸加速度計、慣性導(dǎo)航微處理器;三軸陀螺儀包括有三軸陀螺傳感器，三軸加速度計包括有三軸加速度傳感器;慣性導(dǎo)航微處理器通過串口與上位機(jī)連接； 所述的激光掃描裝置包括激光掃描基站、激光信號接收模塊和激光掃描微處理器;激光掃描基站布置在采煤機(jī)工作區(qū)域;激光掃描微處理器安裝在定位裝置防爆外殼內(nèi)；激光信號接收模塊與激光掃描微處理器連接，激光掃描微處理器通過串口與上位機(jī)連接。
【文檔編號】G01C21/16GK205426176SQ201520981940
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月1日
【發(fā)明人】劉鳴, 劉一鳴, 張博淵, 楊濱海, 左雪, 李雨潭
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)