一種懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)身與截割頭位姿檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種煤礦井下采掘設(shè)備位置與姿態(tài)及其特殊部位的位姿檢測(cè)的
技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種懸臂式掘進(jìn)機(jī)的位姿及其截割部位的位姿測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 懸臂式掘進(jìn)機(jī)是井下采掘裝備中十分重要的一種，是我國(guó)煤巷綜掘機(jī)械化生產(chǎn)中 應(yīng)用最為廣泛的巷道掘進(jìn)設(shè)備，其主要用于部分?jǐn)嗝娴慕馗?，其突出的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在其回 轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝有可伸縮擺動(dòng)的懸臂，在懸臂的前端裝有截割頭，通過(guò)懸臂的擺動(dòng)W及截割頭 的旋轉(zhuǎn)，可W實(shí)現(xiàn)煤巖的脫落，掘進(jìn)機(jī)操作臺(tái)可W對(duì)截割頭的運(yùn)行軌跡進(jìn)行控制，可W截割 出各種形狀的，例如矩形、拱形等斷面的巷道，掘進(jìn)機(jī)同時(shí)擁有行走及裝載功能。
[0003] 巷道掘進(jìn)過(guò)程中，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的一般工藝流程為：掘進(jìn)機(jī)行走到制定位置（準(zhǔn) 備環(huán)節(jié)）一截割一錯(cuò)桿支護(hù)一永久支護(hù)（鋪錯(cuò)網(wǎng)）一循環(huán)。目前懸臂式掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)時(shí)的 指向及定位主要通過(guò)巷道后方的激光指向儀在巷道斷面上形成的光斑作為掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的 主要參考，通過(guò)掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的手動(dòng)操作W及過(guò)往經(jīng)驗(yàn)控制掘進(jìn)機(jī)截割頭的運(yùn)行軌跡，從而 完成巷道斷面的截割。煤礦綜掘工作面的工作環(huán)境十分惡劣，噪音較大且粉塵嚴(yán)重，對(duì)于工 作人員的健康W及工作效率有較大的影響，雖然激光指向儀的指向精度較高，但是在具體 的操作環(huán)境下，由于綜掘工作面粉塵嚴(yán)重，可見度較低，很大程度上要依賴掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的經(jīng) 驗(yàn)進(jìn)行控制，因此在該種情況下巷道的超挖欠挖現(xiàn)象十分嚴(yán)重，在真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境下一般 會(huì)有工作人員在巷道掘進(jìn)面附近對(duì)于巷道的成型截割情況進(jìn)行檢查與反饋，在一定程度上 控制了巷道的超挖與欠挖，但是增加了工作的人員數(shù)量，進(jìn)一步增大了危險(xiǎn)性，因此在進(jìn)行 巷道斷面截割時(shí)，掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程控制W及自主巡航是未來(lái)的發(fā)展方向。
[0004] 懸臂式掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程控制及自主巡航需要及時(shí)檢測(cè)出掘進(jìn)機(jī)的位姿信息W及截 割部的位置，確定機(jī)身與截割頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而推斷出巷道斷面的成形狀況，結(jié)合煤礦綜 掘面的巷道質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，確定是否符合設(shè)計(jì)要求，首先要確定的就是掘進(jìn)機(jī)的方向角，即 掘進(jìn)機(jī)機(jī)身中線與巷道設(shè)計(jì)中線之間的角度。
[0005] 現(xiàn)有的測(cè)量懸臂式掘進(jìn)機(jī)位姿的方法有；通過(guò)全站儀（防爆型）等類似設(shè)備和通 過(guò)相關(guān)設(shè)備從地上轉(zhuǎn)移到井下的空間位置參考點(diǎn)測(cè)量出掘進(jìn)工作進(jìn)行前掘進(jìn)機(jī)所處的精 確空間位置，比較其與巷道設(shè)計(jì)中線的差值，測(cè)得掘進(jìn)機(jī)相對(duì)水平面的姿態(tài)參數(shù)，與設(shè)計(jì)中 經(jīng)過(guò)該點(diǎn)的軸線方向比較，求得兩者間的關(guān)系?，F(xiàn)在未有廣泛使用的截割頭位置測(cè)量方法， 大部分情況下憑借激光指向儀W及掘進(jìn)機(jī)司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制。
[0006] 中國(guó)專利文獻(xiàn)公告號(hào)為CN201013380Y公開的全自動(dòng)掘進(jìn)機(jī)，其通過(guò)航天技術(shù)中 的導(dǎo)航定位儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)在慣性空間的絕對(duì)位置坐標(biāo)，對(duì)掘進(jìn)機(jī)和截割頭進(jìn)行控制， W此實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)掘進(jìn)。該方案的關(guān)鍵是要測(cè)量出掘進(jìn)機(jī)的精確位置，而煤礦井下惡劣的環(huán) 境W及掘進(jìn)機(jī)自身的震動(dòng)已遠(yuǎn)超出了精密的航天儀器的正常工作條件，而且航天儀器一般 實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，掘進(jìn)機(jī)運(yùn)動(dòng)緩慢且掘進(jìn)工作周期較長(zhǎng)，故無(wú)法得到所需的精確結(jié)果，由于井下 存在大量粉塵及掘進(jìn)過(guò)程中的較大振動(dòng)，使其可靠性較低，另外，精密航天儀器的造價(jià)較 高，考慮到單個(gè)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的制造成本，推廣較為困難。
[0007] 中國(guó)專利文獻(xiàn)公告號(hào)為CN101629807A，公開了一種掘進(jìn)機(jī)機(jī)身位姿參數(shù)測(cè)量系統(tǒng) 及方法，該方案選擇采用線狀激光器發(fā)射扇形激光光束，線激光發(fā)射器由激光指向儀和線 激光器機(jī)架定位，發(fā)出扇形激光束，在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上形成線形光斑，通過(guò)檢測(cè)光斑位置，結(jié) 合已知的光敏元件與掘進(jìn)機(jī)機(jī)身位置關(guān)系計(jì)算得到掘進(jìn)機(jī)的位姿參數(shù)。該方法的問(wèn)題在于 不能得到掘進(jìn)機(jī)的方向角即無(wú)法得到掘進(jìn)機(jī)機(jī)身中線與巷道軸線之間的位置關(guān)系，而若獲 得所需的關(guān)系參數(shù)必先獲得掘進(jìn)機(jī)的精確空間位置，而該方案中卻沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量。 另由于該方案采樣基準(zhǔn)為扇形激光光束，扇形激光光束限制了其工作距離，在掘進(jìn)機(jī)不斷 掘進(jìn)及移動(dòng)的過(guò)程中，需要不斷的向前進(jìn)行移站，施工工作量增大，工作難度較高，同時(shí)在 此專利中沒(méi)有對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割頭的位置進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法得到完整的懸臂式掘進(jìn)機(jī)位姿信息。
[0008] 通過(guò)上述描述，準(zhǔn)確方便測(cè)量懸臂式掘進(jìn)機(jī)包括其截割頭的所有位姿信息，提出 一種簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)使用的檢測(cè)方法是在本技術(shù)領(lǐng)域中亟待解決的問(wèn)題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009] 一種懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)身與截割頭位姿檢測(cè)系統(tǒng)，其特征包括：設(shè)置于巷道后方的 兩個(gè)紅外激光發(fā)射器（1)、安裝在懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上的兩個(gè)球形接收器（2)、安裝于掘進(jìn) 機(jī)機(jī)身上的兩個(gè)兩軸傾角傳感器（4)，W及安裝于懸臂式掘進(jìn)機(jī)升降和回轉(zhuǎn)液壓缸內(nèi)的礦 用位移傳感器巧）。
[0010] 根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)身與截割頭位姿檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于： 所述的兩個(gè)紅外激光發(fā)射器（1)需安置于巷道兩幫距離掘進(jìn)機(jī)一定距離的位置，兩個(gè)紅外 激光發(fā)射器（1)含有相同的結(jié)構(gòu)，主要包括；電子羅盤電路、電源電路、鍵盤輸入設(shè)備、基 座、控制器、通訊電路、激光發(fā)射調(diào)制電路、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電路；兩個(gè)球形接收器（2)需安裝 在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身后部，兩個(gè)球形接收器（2)的安裝位置需與掘進(jìn)機(jī)機(jī)身中線重合，兩個(gè)接收 器（2)含有相同的結(jié)構(gòu)，主要包括；激光接收電路、通訊電路、坐標(biāo)解算器。
[0011] 根據(jù)權(quán)利要求2所述的懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)身與截割頭位姿檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于懸 臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上的兩軸傾角傳感器（4)需安裝在機(jī)身電控箱蓋板上，分別用于檢測(cè)機(jī)身 中線平行方向與機(jī)身中線垂直方向的相關(guān)參數(shù)，即懸臂式掘進(jìn)機(jī)的滾動(dòng)角與俯仰角；礦用 位移傳感器巧）需安裝在掘進(jìn)機(jī)懸臂式掘進(jìn)機(jī)升降和回轉(zhuǎn)的液壓缸內(nèi)。
[0012] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、使用方便且能完全體現(xiàn)懸 臂式掘進(jìn)機(jī)所有位姿參數(shù)的檢測(cè)方法，W此來(lái)實(shí)現(xiàn)井下掘進(jìn)機(jī)自主巡航與截割的關(guān)鍵問(wèn) 題。
[0013] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)身與截割頭的位姿檢測(cè)方法 中所需的設(shè)備包括；發(fā)射扇面激光與選通光的紅外激光發(fā)射器1、設(shè)置于掘進(jìn)機(jī)機(jī)身后部 與中線平行的可接收扇面激光信號(hào)并且能進(jìn)行坐標(biāo)解算的球形接收器2、設(shè)置機(jī)身電控箱 蓋板上的兩軸傾角傳感器4與安裝與掘進(jìn)機(jī)升降和回轉(zhuǎn)液壓缸內(nèi)的礦用油缸位移傳感器 5。
[0014]機(jī)身俯仰角0、滾動(dòng)角丫依靠機(jī)身上安裝的兩個(gè)傾角傳感器進(jìn)行測(cè)量。如權(quán)利要 求書中權(quán)利3所述。具體過(guò)程為：第一步，將兩臺(tái)傾角傳感器安裝在機(jī)身合適位置上。第 一臺(tái)傳感器的角度檢測(cè)方向，應(yīng)設(shè)定為與機(jī)身中線平行的方向：該傳感器的輸出信號(hào)，應(yīng) 反映機(jī)身平面與水平面在機(jī)身縱方向上的絕對(duì)夾角。第二臺(tái)傳感器的角度檢測(cè)方向，應(yīng)設(shè) 定為與機(jī)身中線垂直的方向；該傳感器的輸出信號(hào)，應(yīng)反映機(jī)身平面與水平面在機(jī)身橫向 上的絕對(duì)夾角。第二步，設(shè)法獲知當(dāng)前巷道底板的縱向水平傾角值、橫向水平傾角值。此項(xiàng) 數(shù)據(jù)可由煤礦地測(cè)部口設(shè)法負(fù)責(zé)提供。第=步，將第一臺(tái)傾角傳感器的角度讀數(shù)，與當(dāng)前巷 道底板的縱向傾角相減，即可獲得機(jī)身平面與當(dāng)前巷道底板平而縱向之間的夾角值。此數(shù) 值即是機(jī)身俯仰角0。將第二臺(tái)傾角傳感器的角度讀數(shù)，與當(dāng)前巷道底板的橫向傾角相減， 即可獲得機(jī)身平面與當(dāng)前巷道底板平面橫向之間的夾角值。此數(shù)值即是機(jī)身滾動(dòng)角丫。
[0015] 工作時(shí)，機(jī)身俯仰角0主要依靠?jī)奢S傾角傳感器4(用于監(jiān)測(cè)機(jī)身中線平行方法 的上的兩軸傾角傳感器A)獲取。具體過(guò)程為；第一步，將傾角傳感器A安裝在機(jī)身電控箱 蓋板上。A傳感器的角度檢測(cè)方向，應(yīng)設(shè)定為與機(jī)身中線平行的方向。該傳感器的輸出信 號(hào)，應(yīng)反映機(jī)身平面與水平面在機(jī)身縱方向上的絕對(duì)夾角。第二步，設(shè)法獲知當(dāng)前巷道底 板的縱向水平傾角值。此項(xiàng)數(shù)據(jù)可由煤礦地測(cè)部口設(shè)法負(fù)責(zé)提供。第=步，將傾角傳感器 A的角度讀數(shù)，與當(dāng)前巷道底板的縱向傾角相減，即可獲得機(jī)身平面與當(dāng)前巷道底板平面縱 向之間的夾角值。