一种用于采煤工作面设备群的测量、定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于采煤工作面设备群的测量、定位系统及方法，所述方法：获取尾自移动测量定位箱的基点，并对尾自移动测量定位箱的基点坐标进行人工标定；沿着可伸缩导轨从后向前依次计算出每个移动定位箱基点坐标；直至算出移动测量定位基站的基点坐标，再计算出移动测量定位基站上设置的移动测量定位器的坐标；通过移动测量定位基站上设置的移动测量定位器对设定距离范围内的移动测量定位器进行定位；设定距离范围外的移动测量定位器用设定范围内的移动测量定位器进行定位；发生位置改变的移动测量定位器通过未发生改变的移动测量定位器进行定位，并结合采煤机机身上传感器的监测数据和平差方法实现采煤工作面设备群的精确测量和定位。

【技术实现步骤摘要】
一种用于采煤工作面设备群的测量、定位系统及方法
本专利技术属于煤矿智能化开采
，具体涉及一种用于采煤工作面设备群的测量、定位系统及方法。
技术介绍
煤矿的智能化和无人化开采已是现代煤矿安全与生产的必由之路，目前，各大煤矿在智能化和无人化建设中投入了大量的人力和物力。但是，无论是从灾害预警和防治的角度，还是从智能化和无人化的角度，以及从提高生产效率的角度看，采煤工作面设备群的全程自动测量和绝对地理坐标定位技术已经成为制约煤矿实现可视化、智能化和无人化开采的技术瓶颈。目前，大多数研究还只停留在对采煤机自主导航上，其成果距智能化和无人化开采还相差甚远。仅煤机自主导航而言，比较先进的是公开号为“CN110847905A”的专利所公开得“采煤机自主导航系统及方法”,该方法把全站仪作为系统基准安装在运输上山与区段运输平巷交点，既不能适合区段运输平巷较长的情况，更不能处理采煤工作面非平直的运输巷道，事实上，很多大型矿井的工作面的运输巷道和回风巷道都长达几千米，而且由于煤层赋存地质条件的影响，几乎没有平直的运输巷道和回风巷道，故无法实现运输上山与区段运输平巷交点到回采工作面转载机的通视性。因此，仅对采煤机导航而言，公开号为“CN110847905A”的方法也无法适用于一般的回采工作面，更无法实现采煤工作面设备群在绝对地理坐标系统下的自动测量、导航和定位。此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种用于采煤工作面设备群的测量、定位系统及方法，是非常有必要的。
技术实现思路
针对现有技术的上述目前无法突破煤矿智能开采和无人开采技术瓶颈的缺陷，本专利技术提供一种用于采煤工作面设备群的测量、定位系统及方法，以解决上述技术问题。第一方面，本专利技术提供一种用于采煤工作面设备群的测量、定位系统，其特征在于，包括自移动测量定位箱、移动测量定位基站以及移动测量定位器；所述采煤工作面设备包括采煤机、刮板运输机、转载机、可伸缩带式输送机、液压支架及端头支架；若干液压支架并行设置在采煤工作面顶板下部，端头支架设置在采煤工作面两端的顶部下部；采煤机设置在采煤工作面顶板下部，采煤机与刮板运输机连接，采煤机与刮板运输机沿着采煤工作面向前推进；采煤工作面两端分别设有工作面运输顺槽和回风顺槽，工作面运输顺槽以及回风顺槽与采煤工作面的夹角与90度的差值小于设定阈值；转载机设置在采煤工作面与工作面运输顺槽连接处，转载机一端用于搭接刮板运输机；工作面运输顺槽内设置有可伸缩运输顺槽皮带，可伸缩带式输送机与转载机另一端搭接，可伸缩运输顺槽皮带上方设置有可伸缩导轨，用于引导自移动测量定位箱运动；移动测量定位基站设在转载机上方并与转载机固定连接；自移动测量定位箱的数量为若干个，自移动测量定位箱根据运输顺槽的平直情况设置在可伸缩导轨上；设定距离移动测量定位基站最近的自移动测量定位箱为首自移动测量定位箱，距离移动测量定位基站最远的自移动测量定位箱为尾自移动测量定位箱；移动测量定位器数量为若干个，分别设置于移动测量定位基站、液压支架、端头支架、刮板运输机、采煤机处；各移动测量定位器用于相互之间的互相定位；移动测量定位基站上还设置有激光靶球和姿态角传感器；自移动测量定位箱上还设置有激光靶球、姿态角传感器及激光全站仪；激光靶球用于相邻的自移动测量定位箱上的激光全站仪进行定位；姿态角传感器用于测量其所在的移动测量定位基站或自移动测量定位箱的航向角、俯仰角及横滚角；激光全站仪用于对相邻的移动测量定位基站或自移动测量定位箱上的激光靶球进行定位，以及对激光全站仪自身进行反向定位。进一步地，液压支架上设置有倾角传感器，用于检测液压支架的倾角；液压支架的油缸上设置有行程传感器，用于测量各立柱和推溜油缸的行程；采煤机上设置有旋转角度编码器，用于测量采煤机行走部轴的旋转角；采煤机及转载机上均设置有振动传感器，用于分别监测采煤机及转载机各向振动信号。进一步地，每个移动测量定位器均设置有发射模块和接收模块，两个移动测量定位器之间设置有信号强度通道及飞行时间通道。进一步地，转载机处还设置有4G/5G数据传输基站，4G/5G数据传输基站随着工作面的推进与转载机同步移动；4G/5G数据传输基站与自移动测量定位箱、移动测量定位基站、移动测量定位器、采煤机、液压支架上设置的移动测量定位器以及各传感器进行通信；远程设置有数据处理器和控制器，数据处理器和控制器与4G/5G数据传输基站无线连接，用于进行数据处理、平差计算以及对移动设备的导航控制。第二方面，本专利技术提供一种用于采煤工作面设备群的测量、定位方法，包括如下步骤：S1.获取尾自移动测量定位箱的基点，并对尾自移动测量定位箱的基点坐标进行人工标定；S2.沿着可伸缩导轨依次计算出尾自移动测量定位箱前方的移动测量定位箱基点坐标，直至计算出首移动测量定位箱基点坐标；S3.根据首移动测量定位箱基点坐标计算出移动测量定位基站的基点坐标，再计算出移动测量定位基站上设置的移动测量定位器的坐标；S4.通过移动测量定位基站上设置的移动测量定位器对设定距离范围内的端头支架、液压支架、刮板运输机及采煤机上设置的移动测量定位器进行定位；S5.设定距离范围外的端头支架、液压支架、刮板运输机及采煤机上设置的移动测量定位器用设定范围内的移动测量定位器进行定位；S6.当端头支架、液压支架、刮板运输机及采煤机发生位置改变时，则发生位置改变的端头支架、液压支架、刮板运输机及采煤机上的移动测量定位器通过未发生改变的移动测量定位器进行定位。进一步地，步骤S4、S5及S6中，移动测量定位器之间通过信号强度通道发送数据信号强度，通过飞行时间通道发送飞行时间信号；移动测量定位器之间通过信号飞行时间与飞行速度乘积计算出距离差，再以数据信号强度为权值进行最优平差计算，根据已知移动测量定位器获得待定位的移动测量定位器的坐标。进一步地，还包括如下步骤：S7.根据对应移动测量定位器计算出各端头支架及液压支架的位置坐标，获取各端头支架、及液压支架的姿态角传感器数据，获取推溜油缸的行程，计算出刮板运输机相应点的第一空间位置；S8.获取根据步骤S4定位的刮板运输机的移动测量定位器所在点的第二空间位置；S9.获取采煤机上姿态角传感器监测的航向角和采煤机行走部轴的编码器监测数据，计算出采煤机的行走轨迹，再计算出刮板运输机相应点的第三空间位置；S10.根据刮板运输机上点的第一空间位置、第二空间位置以及第三空间位置进行拟合平差得到刮板运输机的精确位姿和直线度。进一步地，步骤S3具体步骤如下：S31.以移动测量定位基站的激光靶球为基点设置基站坐标系；S32.获取移动测量定位基站上姿态角传感器测出的航向角、俯仰角以及横滚角，并根据移动测量定位基站的航向角、俯仰角及横滚角计算出基站坐标系的单位向量；S33.获取首移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于采煤工作面设备群的测量、定位系统，其特征在于，包括自移动测量定位箱、移动测量定位基站以及移动测量定位器；/n所述采煤工作面设备包括采煤机、刮板运输机、转载机、可伸缩带式输送机、液压支架及端头支架；/n若干液压支架并行设置在采煤工作面顶板下部，端头支架设置在采煤工作面两端的顶部下部；/n采煤机设置在采煤工作面顶板下部，采煤机与刮板运输机连接，采煤机与刮板运输机沿着采煤工作面向前推进；/n采煤工作面两端分别设有工作面运输顺槽和回风顺槽，工作面运输顺槽以及回风顺槽与采煤工作面的夹角与90度的差值小于设定阈值；/n转载机设置在采煤工作面与工作面运输顺槽连接处，转载机一端用于搭接刮板运输机；/n工作面运输顺槽内设置有可伸缩运输顺槽皮带，可伸缩带式输送机与转载机另一端搭接，可伸缩运输顺槽皮带上方设置有可伸缩导轨，用于引导自移动测量定位箱运动；/n移动测量定位基站设在转载机上方并与转载机固定连接；/n自移动测量定位箱的数量为若干个，自移动测量定位箱根据运输顺槽的平直情况设置在可伸缩导轨上；设定距离移动测量定位基站最近的自移动测量定位箱为首自移动测量定位箱，距离移动测量定位基站最远的自移动测量定位箱为尾自移动测量定位箱；/n移动测量定位器数量为若干个，分别设置于移动测量定位基站、液压支架、端头支架、刮板运输机、采煤机处；各移动测量定位器用于相互之间的互相定位；/n移动测量定位基站上还设置有激光靶球和姿态角传感器；/n自移动测量定位箱上还设置有激光靶球、姿态角传感器及激光全站仪；/n激光靶球用于相邻的自移动测量定位箱上的激光全站仪进行定位；/n姿态角传感器用于测量其所在的移动测量定位基站或自移动测量定位箱的航向角、俯仰角及横滚角；/n激光全站仪用于对相邻的移动测量定位基站或自移动测量定位箱上的激光靶球进行定位，以及对激光全站仪自身进行反向定位。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于采煤工作面设备群的测量、定位系统，其特征在于，包括自移动测量定位箱、移动测量定位基站以及移动测量定位器；
所述采煤工作面设备包括采煤机、刮板运输机、转载机、可伸缩带式输送机、液压支架及端头支架；
若干液压支架并行设置在采煤工作面顶板下部，端头支架设置在采煤工作面两端的顶部下部；
采煤机设置在采煤工作面顶板下部，采煤机与刮板运输机连接，采煤机与刮板运输机沿着采煤工作面向前推进；
采煤工作面两端分别设有工作面运输顺槽和回风顺槽，工作面运输顺槽以及回风顺槽与采煤工作面的夹角与90度的差值小于设定阈值；
转载机设置在采煤工作面与工作面运输顺槽连接处，转载机一端用于搭接刮板运输机；
工作面运输顺槽内设置有可伸缩运输顺槽皮带，可伸缩带式输送机与转载机另一端搭接，可伸缩运输顺槽皮带上方设置有可伸缩导轨，用于引导自移动测量定位箱运动；
移动测量定位基站设在转载机上方并与转载机固定连接；
自移动测量定位箱的数量为若干个，自移动测量定位箱根据运输顺槽的平直情况设置在可伸缩导轨上；设定距离移动测量定位基站最近的自移动测量定位箱为首自移动测量定位箱，距离移动测量定位基站最远的自移动测量定位箱为尾自移动测量定位箱；
移动测量定位器数量为若干个，分别设置于移动测量定位基站、液压支架、端头支架、刮板运输机、采煤机处；各移动测量定位器用于相互之间的互相定位；
移动测量定位基站上还设置有激光靶球和姿态角传感器；
自移动测量定位箱上还设置有激光靶球、姿态角传感器及激光全站仪；
激光靶球用于相邻的自移动测量定位箱上的激光全站仪进行定位；
姿态角传感器用于测量其所在的移动测量定位基站或自移动测量定位箱的航向角、俯仰角及横滚角；
激光全站仪用于对相邻的移动测量定位基站或自移动测量定位箱上的激光靶球进行定位，以及对激光全站仪自身进行反向定位。


2.如权利要求1所述的用于采煤工作面设备群的测量、定位系统，其特征在于，液压支架上设置有倾角传感器，用于检测液压支架的倾角；
液压支架的油缸上设置有行程传感器，用于测量各立柱和推溜油缸的行程；
采煤机上设置有旋转角度编码器，用于测量采煤机行走部轴的旋转角；
采煤机及转载机上均设置有振动传感器，用于分别监测采煤机及转载机各向振动信号。


3.如权利要求1所述的用于采煤工作面设备群的测量、定位系统，其特征在于，每个移动测量定位器均设置有发射模块和接收模块，两个移动测量定位器之间设置有信号强度通道及飞行时间通道。


4.如权利要求1所述的用于采煤工作面设备群的测量、定位系统，其特征在于，转载机处还设置有4G/5G数据传输基站，4G/5G数据传输基站随着工作面的推进与转载机同步移动；
4G/5G数据传输基站与自移动测量定位箱、移动测量定位基站、移动测量定位器、采煤机、液压支架上设置的移动测量定位器以及各传感器进行通信；
远程设置有数据处理器和控制器，数据处理器和控制器与4G/5G数据传输基站无线连接，用于进行数据处理、平差计算以及对移动设备的导航控制。


5.一种用于采煤工作面设备群的测量、定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.获取尾自移动测量定位箱的基点，并对尾自移动测量定位箱的基点坐标进行人工标定；
S2.沿着可伸缩导轨依次计算出尾自移动测量定位箱前方的移动测量定位箱基点坐标，直至计算出首移动测量定位箱基点坐标；
S3.根据首移动测量定位箱基点坐标计算出移动测量定位基站的基点坐标，再计算出移动测量定位基站上设置的移动测量定位器的坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢新明，尹红，
申请(专利权)人：山东蓝光软件有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37