掘進機激光定位裝置及掘進的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種掘進機激光定位裝置及掘進機，該掘進機激光定位裝置包激光發(fā)射器、激光定位傳感器及安裝在激光定位傳感器上并與其信號連接的激光靶，激光靶通過移動機械臂與激光定位傳感器連接，移動機械臂通過驅(qū)動機構(gòu)帶動所述激光靶在預(yù)定方向運動；激光定位傳感器根據(jù)激光靶接收的激光束生成位置信號；所述控制器接收位置信號并根據(jù)其控制所述驅(qū)動機構(gòu)帶動所述激光靶運動到預(yù)定位置。實施本發(fā)明后，由于在激光定位傳感器上設(shè)置帶移動機械臂的激光靶，并通過控制器控制激光靶移動到預(yù)定位置，因此不需要將激光靶尺寸設(shè)計的過大或頻繁移動設(shè)備來使激光束不脫靶，提高了掘進機工作效率，減少調(diào)整的復(fù)雜性。
【專利說明】掘進機激光定位裝置及掘進機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦用機械【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種掘進機激光定位裝置及掘進機。

【背景技術(shù)】
[0002]懸臂式掘進機等礦用工程機械工作環(huán)境粉塵大、噪聲強烈、照明條件差，嚴(yán)重影響了操作手的身心健康與工作效率，為了解決上述問題，行業(yè)內(nèi)一些企業(yè)提出了自動截割、模擬斷面顯示概念，以期望將操作手從惡劣的環(huán)境中解放出來，而實現(xiàn)上述概念的核心問題就是設(shè)備的井下準(zhǔn)確定位。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中提供了了一種基于攝像頭和航姿儀的掘進自動導(dǎo)向系統(tǒng)，它包括設(shè)置在掘進機機身上的掘進機控制模塊、激光靶面、攝像頭、航姿儀、數(shù)據(jù)采集模塊和中央處理器，以及設(shè)置在掘進巷道上的激光指向儀，激光指向儀位于掘進機機身后方，通過調(diào)整掘進機身使激光指向儀的激光發(fā)射頭對準(zhǔn)激光靶面的中心，攝像頭投射在激光靶面上，攝像頭的信號輸出經(jīng)計算處理可得到設(shè)備的位置信息。
[0004]另外還有確定掘進機機身位姿的裝置主要由線激光發(fā)射器、線激光發(fā)射器機架、激光標(biāo)靶、可編程計算機控制器、A/D轉(zhuǎn)換模塊和兩個傾角傳感器等組成。線激光發(fā)射器由激光指向儀和線激光器機架定位，發(fā)出扇形激光束，在掘進機機身上形成線形光斑。激光革巴上的光敏元件感應(yīng)激光束并產(chǎn)生電流信號，通過計算可確定激光束在激光標(biāo)靶上的位置，結(jié)合兩個傾角傳感器測量掘進機的俯仰角和滾動角，從而完成掘進機機身位姿參數(shù)測量。
[0005]上述現(xiàn)有技術(shù)中，主要是通過激光靶接收激光發(fā)射器發(fā)出的激光來確定設(shè)備的位置，激光靶及其輔助裝置固定在設(shè)備上，為了使激光靶能順利接收到激光信號，則需要激光靶尺寸足夠大或頻繁移動設(shè)備，從而導(dǎo)致掘進機工作效率低、速度慢、調(diào)整復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提出一種掘進機激光定位裝置及設(shè)置有該激光定位裝置的掘進機。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供一種掘進機激光定位裝置，包括:
[0008]安裝在掘進機的行進巷道內(nèi)的激光發(fā)射器；
[0009]安裝在所述掘進機上的激光定位傳感器；
[0010]安裝在所述激光定位傳感器上并與其信號連接的激光靶，所述激光靶通過移動機械臂與所述激光定位傳感器連接，所述移動機械臂通過驅(qū)動機構(gòu)帶動所述激光靶在預(yù)定方向運動；所述激光靶用于接收所述激光發(fā)射器發(fā)射的激光束，所述激光定位傳感器根據(jù)所述激光靶接收的所述激光束生成位置信號；
[0011]與所述驅(qū)動機構(gòu)及所述激光定位傳感器信號連接的控制器，所述控制器接收所述位置信號并根據(jù)所述位置信號控制所述驅(qū)動機構(gòu)帶動所述激光靶運動到預(yù)定位置。
[0012]進一步地，所述激光定位傳感器頂部設(shè)置有鉸接座；
[0013]所述移動機械臂一端鉸接在所述鉸接座上，另一端連接所述激光靶。
[0014]進一步地，所述移動機械臂的端部設(shè)置傾角傳感器，所述傾角傳感器用于測量所述移動機械臂的傾斜角度，并生成角度信號；
[0015]所述控制器與所述傾角傳感器信號連接，并接收所述角度信號，所述控制器根據(jù)所述角度信號及所述位置信號計算所述掘進機的位移及姿態(tài)角。
[0016]進一步地，所述驅(qū)動機構(gòu)為設(shè)置在所述激光定位傳感器上用于驅(qū)動所述移動機械臂在預(yù)定方向運動的驅(qū)動油缸；或，
[0017]所述驅(qū)動機構(gòu)為設(shè)置在所述激光定位傳感器上用于驅(qū)動所述移動機械臂在預(yù)定方向運動的驅(qū)動電機。
[0018]進一步地，所述移動機械臂包括鉸接在所述鉸接座上的第一機械臂以及與所述第一機械臂鉸接的第二機械臂；
[0019]所述激光靶安裝在所述第二機械臂上；
[0020]所述驅(qū)動裝置包括:
[0021]一端鉸接在所述激光定位傳感器上的第一驅(qū)動油缸，所述第一驅(qū)動油缸另一端鉸接在所述第一機械臂上，用于驅(qū)動所述第一機械臂沿第一方向運動；以及，
[0022]一端鉸接在所述第一機械臂上的第二驅(qū)動油缸，所述第二驅(qū)動油缸另一端鉸接在所述第二機械臂上，用于驅(qū)動所述第二機械臂沿第二方向運動。
[0023]進一步地，所述激光發(fā)射器通過支架安裝在所述巷道的頂部。
[0024]進一步地，所述驅(qū)動油缸通過液壓油路連接油箱；
[0025]所述液壓油路上設(shè)置有控制所述驅(qū)動油缸進回油狀態(tài)的控制閥；
[0026]所述控制閥與所述控制器連接。
[0027]進一步地，所述驅(qū)動電機通過電路連接電源；
[0028]所述電路上設(shè)置有控制所述驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速的調(diào)速器；
[0029]所述調(diào)速器與所述控制器連接。
[0030]進一步地，所述激光祀為圓盤結(jié)構(gòu)。
[0031]本發(fā)明還提供一種掘進機，所述掘進機設(shè)置有上述的掘進機激光定位裝置。
[0032]本發(fā)明通過在激光定位傳感器上設(shè)置帶移動機械臂的激光靶，并通過控制器控制移動機械臂帶動激光靶移動到預(yù)定位置，因此不需要將激光靶尺寸設(shè)計得過大或頻繁移動設(shè)備來使激光束不脫靶，提高了掘進機工作效率，減少了調(diào)整的復(fù)雜性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0034]圖1為本發(fā)明實施例模型應(yīng)用到掘進機工作環(huán)境上的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明實施例一的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3為本發(fā)明實施例二的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明實施例二的控制原理示意圖。
[0038]附圖標(biāo)記說明:
[0039]圖中，1、掘進機；2、巷道；3、激光發(fā)射器；31、支架；32、激光束；4、激光定位傳感器；41、鉸接座；5、激光靶；6、移動機械臂；61、第一機械臂；62、第二機械臂；7、驅(qū)動機構(gòu)；71、第一驅(qū)動油缸；72、第二驅(qū)動油缸；8、傾角傳感器；81、第一傾角傳感器；82、第二傾角傳感器；9、控制器。

【具體實施方式】
[0040]應(yīng)當(dāng)指出，本部分中對具體結(jié)構(gòu)的描述及描述順序僅是對具體實施例的說明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的保護范圍有任何限制作用。此外，在不沖突的情形下，本部分中的實施例以及實施例中的特征可以相互組合。
[0041]針對現(xiàn)有的掘進機在通過激光定位時，為了使激光靶能順利接收到激光束信號，需要將激光靶尺寸設(shè)計得較大，或者頻繁移動掘進機，以使激光束不會偏離激光靶；而設(shè)計尺寸較大的激光靶，既增加成本，也影響掘進機的行駛，而頻繁移動掘進機，造成掘進機行進較慢，調(diào)整也復(fù)雜，工作效率低。本發(fā)明實施例提供一種掘進機激光定位裝置，通過將激光定位傳感器4上的激光靶5設(shè)置成通過移動機械臂6控制的可移動激光靶，并通過驅(qū)動機構(gòu)7驅(qū)動移動機械臂6運動，以使激光靶5可以移動到預(yù)定方向，從而防止激光束32偏離激光靶5，有效減少激光靶的設(shè)計尺寸，而且也可以減少掘進機頻繁調(diào)整位置。該掘進機定位裝置在采集掘進機位置信息時，需要結(jié)合激光定位傳感器采集的激光靶5上激光束32的位置生成位置信號，然后結(jié)合移動機械臂6上設(shè)置的角度傳感器8采集的角度信號來生成掘進機的位移及姿態(tài)角。
[0042]實施例一
[0043]請參閱圖1和圖2，該掘進機激光定位裝置包括激光發(fā)射器3、激光定位傳感器4、激光靶5和控制器；其中，激光發(fā)射器3通過支架31安裝在掘進機1的進巷道2頂部，并沿一定的方向發(fā)生激光束32 ;安裝在掘進機1上的激光定位傳感器4通過其上的激光靶5接收激光束32 ;激光束32照射在激光靶5上后，激光定位傳感器4采集激光束32所在激光靶5上的位置，并生成位置信號，然后將位置信號傳輸給控制器，控制器可以根據(jù)該位置信號確定激光束32所照射在激光靶5的位置。
[0044]該激光靶5為圓盤結(jié)構(gòu)，并通過移動機械臂6與激光定位傳感器4連接，移動機械臂6通過驅(qū)動機構(gòu)7帶動所述激光靶5在預(yù)定方向運動；該驅(qū)動機構(gòu)7也與控制器信號連接，控制器在確定的激光束32偏離激光靶5中心的情況下，控制驅(qū)動機構(gòu)7帶動激光靶5運動到預(yù)定位置，以使激光束32重新回到激光靶5的中央?yún)^(qū)域。
[0045]如圖2所示，該激光定位傳感器4頂部設(shè)置有鉸接座41，移動機械臂6 —端鉸接在鉸接座41上，另一端連接激光靶5。該移動機械臂6可以通過驅(qū)動機構(gòu)7在一個自由度方向上運動，以使激光靶5在一個方向上自由運動，從而使激光束32照射在激光靶5的中央?yún)^(qū)域。為了更為精準(zhǔn)地控制激光束32照射在激光靶的中央?yún)^(qū)域，可以設(shè)置兩個自由度方向上運動的移動機械臂(在實施例二中將詳細說明)，該兩個自由度方向設(shè)置的移動機械臂可以成一定夾角設(shè)置，便于激光靶5活動區(qū)域更大；當(dāng)然，也可以設(shè)置三個、四個或者更多個自由度方向上運動的移動機械臂，并對應(yīng)有各自的驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動，在此不再贅述。
[0046]由于激光靶5是通過移動機械臂6設(shè)置在激光定位傳感器4上，所以激光靶5的位置是隨移動機械臂6變化的，所以在通過該掘進機激光定位裝置定位掘進機位置信息時，需要采集移動機械臂6的位置信息，本發(fā)明實施例一是通過在移動機械臂6的端部設(shè)置傾角傳感器8，傾角傳感器8用于測量移動機械臂6的傾斜角度，并生成角度信號；控制器與傾角傳感器8信號連接，并接收所述角度信號，控制器中預(yù)存移動機械臂6的長度值，并根據(jù)采集移動機械臂6的角度信號，便可以計算出激光靶5相對于激光定位傳感器4的位置信息，然后根據(jù)激光定位傳感器4所采集的位置信號能計算出激光束32相對激光靶5的位置信息，進而計算出掘進機的位置信息(位移及姿態(tài)角)。
[0047]本發(fā)明實施例一中優(yōu)選的傾角傳感器8可以作為安裝在移動機械臂6與鉸接座41鉸接部位的編碼器，編碼器用于測量移動機械臂6旋轉(zhuǎn)的角度，并生成上述角度信號。
[0048]本發(fā)明實施例一中選擇的驅(qū)動機構(gòu)7可以為設(shè)置在所述激光定位傳感器4上用于驅(qū)動移動機械臂6在預(yù)定方向運動的驅(qū)動油缸；當(dāng)然，作為其他選擇，也可以選擇設(shè)置在激光定位傳感器4上用于驅(qū)動移動機械臂6在預(yù)定方向運動的驅(qū)動電機。
[0049]在選擇驅(qū)動油缸作為驅(qū)動移動機械臂6的驅(qū)動機構(gòu)7時，該驅(qū)動油缸通過液壓油路連接油箱，在液壓油路上設(shè)置有控制控制驅(qū)動油缸進油和回油的控制閥；該控制閥與控制器連接。通過控制器可以控制控制閥的開度，以控制驅(qū)動油缸的進回油狀態(tài)，進而控制移動機械臂6的移動速度，使激光靶5移動速度可控。
[0050]在選擇驅(qū)動電機作為驅(qū)動移動機械臂6的驅(qū)動機構(gòu)7時，該驅(qū)動電機通過電路連接電源，該電路上設(shè)置有控制所述驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速的調(diào)速器；該調(diào)速器與控制器連接。通過控制器控制調(diào)速器，可以控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，進而控制移動機械臂6的移動速度，使激光靶5移動速度可控。
[0051]實施例二
[0052]如圖1、圖3和圖4所示，該實施例二與上述實施例一的主要區(qū)別在于:移動機械臂6包括鉸接在鉸接座41上的第一機械臂61以及與第一機械臂61鉸接的第二機械臂62 ；激光靶5安裝在第二機械臂62上。而驅(qū)動裝置7包括第一驅(qū)動油缸71和第二驅(qū)動油缸72，第一驅(qū)動油缸71 一端鉸接在激光定位傳感器4上，另一端鉸接在第一機械臂61上，用于驅(qū)動第一機械臂61沿第一方向運動；第二驅(qū)動油缸72 —端鉸接在第一機械臂61上,另一端鉸接在第二機械臂62上，用于驅(qū)動所述第二機械臂62沿第二方向運動。這樣可以滿足激光靶5在兩個自由度方向上運動，進一步提高激光靶5運動的精準(zhǔn)性，保證激光束32在激光靶5的中央?yún)^(qū)域。
[0053]由于移動機械臂6設(shè)置成包括第一機械臂61和第二機械臂62結(jié)構(gòu)的兩個機械臂，所以傾角傳感器8也可以設(shè)置成兩個，分別為第一傾角傳感器81和第二傾角傳感器82，第一傾角傳感器81可以設(shè)置在第一機械臂61與鉸接座41鉸接的部位，優(yōu)選為編碼器；第二傾角傳感器82可以設(shè)置在第二機械臂62與第一機械臂61鉸接的部位，優(yōu)選為編碼器；第一傾角傳感器81和第二傾角傳感器82分別用于測量第一機械臂61與激光定位傳感器4之間的角度以及第二機械臂62與第一機械臂61之間的角度，并分別生成第一角度信號和第二角度信號，傳輸給控制器9。
[0054]如圖4所示，控制器9與激光定位傳感器4信號連接，還與第一驅(qū)動油缸71、第二驅(qū)動油缸72、第一傾角傳感器81和第二傾角傳感器82連接，控制器9通過采集激光定位傳感器4上激光束32的位置信號，控制第一驅(qū)動油缸71和第二驅(qū)動油缸72驅(qū)動第一機械臂61和第二機械臂62運動，使激光束32始終落在激光靶5的中央?yún)^(qū)域；而且控制器9還可以根據(jù)上述位置信號以及采集的第一傾角傳感器81和第二傾角傳感器82生成的第一角度信號和第二角度信號來確定掘進機1的位置信息，以確定掘進機1的位移以及姿態(tài)角。
[0055]以實施例二為例來說明本發(fā)明實施例的工作原理，如圖1、圖3和圖4所示，該激光定位傳感器4通過連桿安裝在掘進機1上，激光定位傳感器4上安裝有激光靶5，激光靶5通過第一機械臂61和第二機械臂62鉸接在激光定位傳感器4上。激光發(fā)射器3通過支架31固定在巷道2頂部，用于指示巷道掘進的方向。激光發(fā)射器3發(fā)射的激光束32投射到激光定位傳感器4的激光靶5上，其投射點位置(如圖4所示激光束32在激光靶5上的點)即確定為激光發(fā)射器3與激光定位傳感器4的相對位置。激光定位傳感器6根據(jù)激光束32照射到激光靶5上的位置生成位置信號，控制器9采集激光定位傳感器6所生成的位置信號。當(dāng)該位置信號因掘進機1的運動而發(fā)生偏移時，則控制器9輸出相應(yīng)的控制指令，使驅(qū)動機構(gòu)7 (第一驅(qū)動油缸71和第二驅(qū)動油缸72)產(chǎn)生相應(yīng)的動作，從而激光靶5在第一機械臂61和第二機械臂62的帶動下，使激光束32在激光靶5上的投射點位置回到激光靶5的中央?yún)^(qū)域，避免因設(shè)備移動而使激光束32脫離激光靶5。
[0056]在第一機械臂61與鉸接座41鉸接的部位設(shè)置有第一傾角傳感器81，在第二機械臂62與第一機械臂61鉸接的部位設(shè)置第二傾角傳感器82，分別用于測量第一機械臂61與激光定位傳感器4之間的角度以及第二機械臂62與第一機械臂61之間的角度，并分別生成第一角度信號和第二角度信號，傳輸給控制器9 ;控制器9根據(jù)激光定位傳感器4生成的位置信號及上述第一角度信號和第二角度信號可以確定掘進機的位置關(guān)系，進而確定掘進機的運動位移及姿態(tài)角。
[0057]本發(fā)明其他實施例還提供了一種掘進機，該掘進機設(shè)置有上述的掘進機激光定位
>J-U ρ?α裝直。
[0058]由于上述的掘進機激光定位裝置具有上述技術(shù)效果，因此，設(shè)置有該掘進機激光定位裝置的掘進機也應(yīng)具備相應(yīng)的技術(shù)效果，其具體實施過程與上述實施例類似，茲不贅述。
[0059]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，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(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種掘進機激光定位裝置，其特征在于，包括: 安裝在掘進機(I)的行進巷道(2)內(nèi)的激光發(fā)射器(3)； 安裝在所述掘進機(I)上的激光定位傳感器(4)； 安裝在所述激光定位傳感器(4)上并與其信號連接的激光靶(5)，所述激光靶(5)通過移動機械臂(6)與所述激光定位傳感器(4)連接，所述移動機械臂(6)通過驅(qū)動機構(gòu)(7)帶動所述激光靶(5)在預(yù)定方向運動；所述激光靶(5)用于接收所述激光發(fā)射器(3)發(fā)射的激光束(32)，所述激光定位傳感器(4)根據(jù)所述激光靶(5)接收的所述激光束(32)生成位置信號； 與所述驅(qū)動機構(gòu)(7)及所述激光定位傳感器(4)信號連接的控制器(9)，所述控制器(9)接收所述位置信號并根據(jù)所述位置信號控制所述驅(qū)動機構(gòu)(7)帶動所述激光靶(5)運動到預(yù)定位置。
2.如權(quán)利要求1所述的掘進機激光定位裝置，其特征在于:所述激光定位傳感器(4)頂部設(shè)置有鉸接座(41)； 所述移動機械臂(6) —端鉸接在所述鉸接座(41)上，另一端連接所述激光靶(5)。
3.如權(quán)利要求1所述的掘進機激光定位裝置，其特征在于:所述移動機械臂(6)的端部設(shè)置傾角傳感器(8)，所述傾角傳感器(8)用于測量所述移動機械臂(6)的傾斜角度，并生成角度信號； 所述控制器(9)與所述傾角傳感器(8)信號連接，并接收所述角度信號，所述控制器(9)根據(jù)所述角度信號及所述位置信號計算所述掘進機的位移及姿態(tài)角。
4.如權(quán)利要求2所述的掘進機激光定位裝置，其特征在于:所述驅(qū)動機構(gòu)(7)為設(shè)置在所述激光定位傳感器(4)上用于驅(qū)動所述移動機械臂(6)在預(yù)定方向運動的驅(qū)動油缸；或， 所述驅(qū)動機構(gòu)(7)為設(shè)置在所述激光定位傳感器(4)上用于驅(qū)動所述移動機械臂(6)在預(yù)定方向運動的驅(qū)動電機。
5.如權(quán)利要求2所述的掘進機激光定位裝置，其特征在于:所述移動機械臂(6)包括鉸接在所述鉸接座(41)上的第一機械臂(61)以及與所述第一機械臂￠1)鉸接的第二機械臂(62)； 所述激光靶(5)安裝在所述第二機械臂(62)上； 所述驅(qū)動裝置(7)包括: 一端鉸接在所述激光定位傳感器(4)上的第一驅(qū)動油缸(71)，所述第一驅(qū)動油缸(71)另一端鉸接在所述第一機械臂出1)上，用于驅(qū)動所述第一機械臂￠1)沿第一方向運動；以及， 一端鉸接在所述第一機械臂￠1)上的第二驅(qū)動油缸(72)，所述第二驅(qū)動油缸(72)另一端鉸接在所述第二機械臂(62)上，用于驅(qū)動所述第二機械臂(62)沿第二方向運動。
6.如權(quán)利要求1所述的掘進機激光定位裝置，其特征在于:所述激光發(fā)射器(3)通過支架(31)安裝在所述巷道(2)的頂部。
7.如權(quán)利要求4所述的掘進機激光定位裝置，其特征在于:所述驅(qū)動油缸通過液壓油路連接油箱； 所述液壓油路上設(shè)置有控制所述驅(qū)動油缸進回油狀態(tài)的控制閥； 所述控制閥與所述控制器(9)連接。
8.如權(quán)利要求4所述的掘進機激光定位裝置，其特征在于:所述驅(qū)動電機通過電路連接電源； 所述電路上設(shè)置有控制所述驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速的調(diào)速器； 所述調(diào)速器與所述控制器(9)連接。
9.如權(quán)利要求1所述的掘進機激光定位裝置，其特征在于:所述激光靶(5)為圓盤結(jié)構(gòu)。
10.一種掘進機，其特征在于:所述掘進機設(shè)置有權(quán)利要求1-9中任一項所述的掘進機激光定位裝置。
【文檔編號】E21D9/00GK104296733SQ201410468857
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】楊文林, 孫海艦, 文斌 申請人:三一重型裝備有限公司