一種井下無人駕駛鏟運機(jī)行駛定位系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鏟運機(jī)定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種井下無人駕駛鏟運機(jī)行駛定位系 統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，井下鏟運機(jī)的無人駕駛技術(shù)發(fā)展迅猛，作為無人駕駛的關(guān)鍵參數(shù)之一，如 何實時獲取鏟運機(jī)行駛中的位置信息成為研究重點，由于鏟運機(jī)的行駛環(huán)境為井下巷道， 地面上常規(guī)的GPS方法在井下無法使用；其次基于慣性導(dǎo)航的相關(guān)技術(shù)在井下，尤其是有 色金屬礦山因為磁場的因素也難以得到很高精度的數(shù)值，再次鏟運機(jī)行駛的路面坑坑洼洼 且具有連續(xù)拐彎等特性，傳統(tǒng)的基于里程計的行駛距離測量方法在鏟運機(jī)的應(yīng)用的精確度 無法滿足無人駕駛的需求。
[0003] 鑒于此，有必要研究一種可以準(zhǔn)確實現(xiàn)井下無人駕駛鏟運機(jī)行駛定位的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種井下無人駕駛鏟運機(jī)行駛定位系統(tǒng)及方法，具有穩(wěn)定可 靠，且精度較高的優(yōu)點。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] -種井下無人駕駛鏟運機(jī)行駛定位系統(tǒng)，包括：
[0007] 掃描式距離檢測模塊，用于在初始狀態(tài)下，利用激光測距技術(shù)實時測量井下無人 駕駛鏟運機(jī)相對于左右巷道的距離信息，
[0008] 傳動軸轉(zhuǎn)速檢測模塊，用于周期性測量井下無人駕駛鏟運機(jī)傳動軸的轉(zhuǎn)速；
[0009] 航向角偏差處理模塊，用于根據(jù)測量到的距離信息結(jié)合三角函數(shù)來計算井下無人 駕駛鏟運機(jī)的航向角偏差信息；
[0010] 信息計算處理模塊，用于根據(jù)航向角偏差信息與井下無人駕駛鏟運機(jī)傳動軸的轉(zhuǎn) 速來計算井下無人駕駛鏟運機(jī)相對于初始狀態(tài)下的位置信息。
[0011] 進(jìn)一步的，所述航向角偏差處理模塊，用于根據(jù)測量到的距離信息結(jié)合三角函數(shù) 來計算井下無人駕駛鏟運機(jī)的航向角信息包括：
[0012] 假設(shè)P點為激光測距點，測量時對無人駕駛鏟運機(jī)行駛方向進(jìn)行180°范圍內(nèi)掃 描，掃描光束每隔r測量一個反射光束長度，則通過三角函數(shù)可以計算出井下無人駕駛鏟 運機(jī)相對于光束1^與光束la+1端點確定的假想線段的角度偏差e
[0013]
[0014] 其中，i= 0, 1，2, 3, . . .，180表示掃描光束的序號山表示序號為i的光束，LA+1表 示序號為A+i的光束，A為光束Li與光束LA+1之間的夾角；NA表示光束Li在巷道上的端 點K與光束LA+1Q在巷道上的端點Hi之間的距離；
[0015] 解上述方程可得：
[0016]
[0017] 對單個數(shù)據(jù)的航向角的角度偏差0 "_(A+1)求均值，得到車輛相對于巷道壁的航向 角偏差式：
[0018]
[0019] 其中，m為參與計算掃描光束數(shù)據(jù)的最大序號，共有m-A+1對數(shù)據(jù)加入航向角度偏 差瓦啲計算。
[0020] 進(jìn)一步的，所述信息計算處理模塊，用于根據(jù)航向角信息與井下無人駕駛鏟運機(jī) 傳動軸的轉(zhuǎn)速來計算井下無人駕駛鏟運機(jī)相對于初始狀態(tài)下的位置信息包括：
[0021] 根據(jù)當(dāng)前采樣周期t內(nèi)井下無人駕駛鏟運機(jī)傳動軸的轉(zhuǎn)速來計算井下無人駕駛 鏟運機(jī)在當(dāng)前采樣周期t內(nèi)實際轉(zhuǎn)動的里程distance;
[0022] 將井下無人駕駛鏟運機(jī)行駛的距離distance與航向角度偏差瓦相結(jié)合，計算井 下無人駕駛鏟運機(jī)在當(dāng)前采樣周期t內(nèi)前進(jìn)的位置信息dx:
[0023] dx=distance?cos((/：l.* 3.1415)/180)：
[0024] 通過dx計算井下無人駕駛鏟運機(jī)在當(dāng)前采樣周期t，相對于初始狀態(tài)下的縱向位 置信息d:
[0025] d=dx+d' ；
[0026] 其中，d'為上一周期井下無人駕駛鏟運機(jī)相對于初始狀態(tài)下的縱向位置信息。
[0027] -種井下無人駕駛鏟運機(jī)行駛定位方法，該方法基于前述的系統(tǒng)實現(xiàn)，其包括：
[0028] 在初始狀態(tài)下，利用激光測距技術(shù)實時測量井下無人駕駛鏟運機(jī)相對于左右巷道 的距離信息，以及周期性測量井下無人駕駛鏟運機(jī)傳動軸的轉(zhuǎn)速；
[0029] 根據(jù)測量到的距離信息結(jié)合三角函數(shù)來計算井下無人駕駛鏟運機(jī)的航向角偏差 信息；
[0030] 根據(jù)航向角偏差信息與井下無人駕駛鏟運機(jī)傳動軸的轉(zhuǎn)速來計算井下無人駕駛 鏟運機(jī)相對于初始狀態(tài)下的位置信息。
[0031] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)測量到的距離信息結(jié)合三角函數(shù)來計算井下無人駕駛鏟運機(jī) 的航向角信息包括：
[0032] 假設(shè)P點為激光測距點，測量時對無人駕駛鏟運機(jī)行駛方向進(jìn)行180°范圍內(nèi)掃 描，掃描光束每隔1°測量一個反射光束長度，則通過三角函數(shù)可以計算出井下無人駕駛鏟 運機(jī)相對于光束1^與光束LA+1端點確定的假想線段的角度偏差0
[0033]
[0034] 其中，i= 0, 1，2, 3, . . .，180表示掃描光束的序號，Li表示序號為i的光束，LA+1表 示序號為A+i的光束，A為光束Q與光束LA+1之間的夾角；N品表示光束Li在巷道上的端 點K與光束LA+1Q在巷道上的端點Hi之間的距離；
[0035] 解上述方程可得：
[0036]
[0037] 對單個數(shù)據(jù)的航向角的角度偏差0 "_(A+1)求均值，得到車輛相對于巷道壁的航向 角偏差及：
[0038]
[0039] 其中，m為參與計算掃描光束數(shù)據(jù)的最大序號，共有m-A+1對數(shù)據(jù)加入航向角度偏 差式的計算。
[0040] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)航向角偏差信息與井下無人駕駛鏟運機(jī)傳動軸的轉(zhuǎn)速來計算 井下無人駕駛鏟運機(jī)相對于初始狀態(tài)下的位置信息包括：
[0041] 根據(jù)當(dāng)前采樣周期t內(nèi)井下無人駕駛鏟運機(jī)傳動軸的轉(zhuǎn)速來計算井下無人駕駛 鏟運機(jī)在當(dāng)前采樣周期t內(nèi)實際轉(zhuǎn)動的里程distance;
[0042] 將井下無人駕駛鏟運機(jī)行駛的距離distance與航向角度偏差瓦相結(jié)合，計算井 下無人駕駛鏟運機(jī)在當(dāng)前采樣周期t內(nèi)前進(jìn)的位置信息dx:
[0043] dx=distance?cos((/y. ? 3.1415)/180)；
[0044] 通過dx計算井下無人駕駛鏟運機(jī)在當(dāng)前采樣周期t時相對于初始狀態(tài)下的縱向 位置信息d:
[0045] d=dx+d' ；
[0046] 其中，d'為上一周期井下無人駕駛鏟運機(jī)相對于初始狀態(tài)下的縱向位置信息。
[0047] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，該方案針對井下巷道特殊的環(huán)境和鏟運 機(jī)特殊的行駛特性，可以準(zhǔn)確的進(jìn)行行駛過程中的實時定位；且該方案所涉及的工作裝置 穩(wěn)定可靠，精度較高。
【附圖說明】
[0048] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0049] 圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種井下無人駕駛鏟運機(jī)行駛定位系統(tǒng)的示意圖；
[0050] 圖2為本發(fā)明實施例一提供的掃描式距離檢測模塊測距的示意圖；
[0051] 圖3為本發(fā)明實施例一提供的航向角偏差處理模塊計算航向角偏差信息的示意 圖；
[0052] 圖4為本發(fā)明實施例一提供的傳動軸轉(zhuǎn)速檢測模塊的示意圖；
[0053] 圖5為本發(fā)明實施例一提供的一種井