掘进机二维位移测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种掘进机二维位移测量装置及轨迹测量方法，目的是在掘进机工作面恶劣的环境下实时获取悬臂式掘进机的位置和轨迹信息。所述装置包括：里程测量装置，测量里程变化信息；角度测量装置，测量角度变化信息；张紧装置，连接载体与角度测量装置，具有张紧能力与减震能力；外壳，安装在整体装置外保护整体装置；计算与显示终端，处理里程、角度变化信息，得出实时位置与轨迹信息，并显示出来，以实现煤矿巷道的定向掘进，为煤矿的无人化、智能化奠定基础。通过上述技术方案设计的二维位移测量装置结构简单、使用方便，且设置方式灵活、通用性强。

Two dimensional displacement measuring device and method of roadheader

【技术实现步骤摘要】
掘进机二维位移测量装置及测量方法
本专利技术属于煤矿掘进机自动化
，具体涉及掘进机轨迹的实时测量方法。
技术介绍
无人化开采是目前煤炭行业发展的目标与方向，其装备的自动化、智能化是无人化的基础和前提。巷道掘进时煤炭开采工艺的重要环节之一，各种煤矿的建设中，在一定精度范围内保证航道的定向掘进是巷道施工任务的一项基本要求，掘进质量的好坏直接影响了煤矿的生产效率及安全，完成预期规划的程度越高越能保证矿井建设的效益，一旦掘进方向出现偏差将会影响整个采区的正常生产，严重时甚至会引发巷道内的地质灾难，导致井下安全事故，对综掘工作面的所有工作人员的人身安全造成威胁。目前煤矿中广泛应用的定向掘进手段是激光指向法，该方法通过矿工目测激光指向仪在巷道断面上行程的激光点的位置来判断掘进方向，具有肉眼精度有限，无法得到掘进机确切的位置数据，并且将矿工至于危险的掘进工作面中。掘进机的自主定位导航是其在煤矿无人化、智能化的关键基础，是实现无人化掘进的基础环节之一，处于实现煤炭无人化开采的最前端的感知阶段，研究掘进机位置的自动测量方法，能够实现掘进机在综掘作业的自动测量，从而为实现无人掘进提供可能，而掘进机行进轨迹的自主测量是自主定位导控的一种重要方法。为了实现定向掘进，保证煤矿的预期规划，对掘进机的轨迹进行测量极其重要。近年来，国内许多专家和学者针对掘进机在煤巷的位姿检测及导航做了很多研究，目前掘进机位姿检测大致可以分为：1、基于惯性导航技术的位姿检测方法，该方法通过惯性原理，利用三轴加速度计和三轴陀螺仪获得掘进机的加速度与角速度，对其关于时间积分得到掘进机的位置与姿态信息；2、基于全站仪的位姿检测方法，该方法利用光的反射原理，通过检测安装在机身不同位置上的多个棱镜的空间位置计算出掘进机在巷道中的位置与姿态；3、基于视觉测量的位姿检测方法，该方法通过在掘进机机身或掘进机后方巷道放置激光点，利用视觉感知激光点的相对位置，从而结算处掘进机的位置和姿态；4、基于iGPS的位姿检测方法，该方法将激光接收器安装在掘进机机身已知位置，通过测量激光接收器在发射站坐标下的三维坐标，实现对掘进机的绝对定位；7、基于超宽带(UWB)测距的位姿检测方法，该方法运用无线载波通信技术，在掘进机机身固定位置及后方分别放置主、从基站，通过基站间的通讯测得距离，，再根据不同算法的到掘进机的位置与姿态信息。以上方法在一定程度上完成了掘进机的位置检测，但都存在一定的局限性：(1)井下尤其是综掘工作面粉尘环境恶劣，机器视觉方法在该种环境下极易产生误判，导致精度较低；(2)惯性导航定位方法是大地及外部空间可靠使用的定位检测方法，应用条件在高速、实时、动态测量最为有效，自主性高，但由于煤矿井巷狭小空间，且因综掘工艺工序较多，掘进机静止时间较长，纯惯性器件的误差积累影响定位精度。(3)基于激光全站仪的方法在煤矿井巷应用中，工作环境黑暗、潮湿、视野狭窄，需要专业测量人员参与工作，增加了工作的复杂程度；(4)UWB技术精度较高，抗干扰能力强，但开机调试时间较长；(5)除惯性测量方法外，其他测量方法的动态测量能力差，且自主性不高。鉴于以上方法的局限性，为了实现悬臂式掘进机的高自主性导航，动态获取掘进机的位置数据，本专利技术提出一种用于掘进机二维位移测量装置的设计方案，并给出使用方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种掘进机二维位移测量装置及轨迹测量方法。本专利技术的技术方案是：一种掘进机二维位移测量装置，其特征是：包括里程测量装置、角度测量装置、张紧装置、外壳、计算与显示终端。所述里程测量装置由里程轮、轮轴、编码器和支架组成，里程轮通过轮轴安装在支架上，编码器(1)固定在支架上，编码器(1)通过轮轴与里程轮连接，当里程轮旋转时编码器将实时脉冲数输入至所述计算与显示终端；所述角度测量装置由齿轮盘、圆柱齿轮、托板、连接轴与编码器(2)组成，齿轮盘与托板通过连接轴同心连接，托板与上述支架固接，编码器(2)固接在托板上与圆柱齿轮连接，圆柱齿轮与齿轮盘啮合，当圆柱齿轮旋转时，编码器(2)将实时脉冲数输入值所述计算与显示终端；所述张紧装置在载体与角度测量装置间起到连接的作用，同时为里程测量装置提供张紧力，使里程轮与地面保持接触，能在遇到地面凸起时充当减震装置，为里程测量装置与角度测量装置提供缓冲，保证其安全；所述外壳安装在整体装置的外侧，为整体装置提供保护；所述计算与显示终端实时采集所述编码器(1)与编码器(2)的脉冲数，并进行计算得到载体运动的轨迹并显示出来。进一步的，所述张紧装置安装在载体下部，其上部与载体连接，下部与角度测量装置中所述齿轮盘连接。进一步的，所述里程轮应能够通过轮轴在支架上旋转，里程轮与轮轴之间、轮轴与编码器(1)之间应满足过度配合或过盈配合或通过键连接等，保证里程轮与编码器(1)同步转动。进一步的，所述齿轮盘可与所述托板绕同一中心旋转，在发生转动时带动托板上与所述编码器(1)相连的圆柱齿轮旋转。一种掘进机二维位移测量装置的轨迹测量方法，其特征是：(1)使用上述所述的一种掘进机二维位移测量装置；(2)将所述二维位移测量装置与载体底盘固定连接，使所述里程轮与地面接触；(3)使用时里程轮与地面实时接触、摩擦，从而带动轮轴、编码器(1)，编码器(1)输出一组方波脉冲到所述计算与显示终端，并由其分别计数；(4)根据编码器(1)输出的脉冲组判定出旋转方向，其中一个脉冲为零位脉冲，用于基准点定位，根据需要每当零位发出一个脉冲，则其余脉冲相应的计数器清零，并将脉冲发送至所述计算与显示终端，从而获得里程信息。(5)当载体偏移或旋转时，所述齿轮盘随载体转动，由于里程轮与地面的摩擦，所述支架保持静止，圆柱齿轮因和齿轮盘啮合而转动，从而带动编码器(2)并向所述计算与显示终端输出一组脉冲，后者通过解算得到角度信息。(6)所述计算与显示终端将里程信息与角度信息融合，即可得到载体各时刻相对自然坐标系的位置信息，使用终端将各时刻现对自然坐标系的位置信息在同一坐标系中依次连接，即可得到掘进机的实时轨迹，并将其输出至显示终端。(7)重复步骤(4)至(6)。综上所述，本专利技术独特设计的掘进机二维位移测量装置及轨迹测量方法，目的是在掘进机工作面恶劣的环境下实时获取悬臂式掘进机的位置和轨迹信息，以实现煤矿巷道的定向掘进，为煤矿的无人化、智能化奠定基础。通过上述技术方案设计的二维位移测量装置结构简单、使用方便，且设置方式灵活、通用性强。附图说明附图1为本专利技术总体结构示意图；附图2为二维位移测量装置结构左视剖面示意图；附图3为二维位移测量装置结构主视剖面示意图；附图4为二维位移测量装置轨迹测量方法示意图；其中：1、载体7、托板13、圆柱齿轮2、杆座8、支架14、滚珠3、壳体9、里程轮15、17螺栓4、顶盖10、轮轴16、限位销轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掘进机二维位移测量装置，其特征在于，所述装置应包括：/n里程测量装置，由里程轮、轮轴、编码器和支架组成，里程轮通过轮轴安装在支架上，编码器固定在支架上，编码器通过轮轴与里程计连接，当里程轮旋转时编码器将实时脉冲数输入至所述计算与显示终端；/n角度测量装置，由齿轮盘、圆柱齿轮、托板、连接轴与编码器(2)组成，齿轮盘与托板通过连接轴同心连接，托板与上述支架固接，编码器(2)固接在托板上与圆柱齿轮连接，圆柱齿轮与齿轮盘啮合，当圆柱齿轮旋转时，编码器(2)将实时脉冲数输入值所述计算与显示终端；/n张紧装置，在载体与角度测量装置间起到连接的作用，同时为里程测量装置提供张紧力，使里程轮与地面保持接触，能在遇到地面凸起时充当减震装置，为里程测量装置与角度测量装置提供缓冲，保证其安全；/n外壳，安装在整体装置的外侧，为整体装置提供保护；/n计算与显示终端，实时采集所述编码器(1)与编码器(2)的脉冲数，并进行计算得到载体运动的轨迹并显示出来。/n

【技术特征摘要】
1.一种掘进机二维位移测量装置，其特征在于，所述装置应包括：
里程测量装置，由里程轮、轮轴、编码器和支架组成，里程轮通过轮轴安装在支架上，编码器固定在支架上，编码器通过轮轴与里程计连接，当里程轮旋转时编码器将实时脉冲数输入至所述计算与显示终端；
角度测量装置，由齿轮盘、圆柱齿轮、托板、连接轴与编码器(2)组成，齿轮盘与托板通过连接轴同心连接，托板与上述支架固接，编码器(2)固接在托板上与圆柱齿轮连接，圆柱齿轮与齿轮盘啮合，当圆柱齿轮旋转时，编码器(2)将实时脉冲数输入值所述计算与显示终端；
张紧装置，在载体与角度测量装置间起到连接的作用，同时为里程测量装置提供张紧力，使里程轮与地面保持接触，能在遇到地面凸起时充当减震装置，为里程测量装置与角度测量装置提供缓冲，保证其安全；
外壳，安装在整体装置的外侧，为整体装置提供保护；
计算与显示终端，实时采集所述编码器(1)与编码器(2)的脉冲数，并进行计算得到载体运动的轨迹并显示出来。


2.根据权利要求1，所述连接装置，其特征在于安装在载体下部，其上部与载体连接，下部与角度测量装置中所述齿轮盘连接。


3.根据权利要求1，所述张紧装置，其特征在于其中有限位部件，限制其最大回弹位置。


4.根据权利要求1，所述里程轮应能够通过轮轴在支架上旋转，所述里程轮与轮轴之间、轮轴与编码器之间应...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴淼，兰玉，沈阳，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11