【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及定位，尤其涉及一種懸臂式掘煤機(jī)截割頭定位方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、掘煤機(jī)是工業(yè)發(fā)展中的一種極大提升地下礦場(chǎng)工作的效率與保障工人安全的大型機(jī)械設(shè)備，集挖、傳、裝等多功能于一體，傳統(tǒng)的掘煤機(jī)一直是采用人工駕駛的工作方式，但是在礦井下面工作環(huán)境惡劣，時(shí)常存在瓦斯、高粉塵、陰暗潮濕、悶熱等問(wèn)題甚至在很多礦山出現(xiàn)礦洞坍塌的事故，人工操作還因人而異、在操作規(guī)范、安全注意、工作效率上有很大差別，難以保障這類高強(qiáng)度、危險(xiǎn)作業(yè)的規(guī)范性、安全性。因此完成掘煤機(jī)大型化、全自動(dòng)化、智能化、無(wú)人化作業(yè)是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題，而其中實(shí)現(xiàn)掘煤機(jī)截割頭在礦洞巷道的定位是系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)目的在于公開(kāi)一種懸臂式掘煤機(jī)截割頭定位方法及系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)定位。
2、為達(dá)上述目的，本專利技術(shù)公開(kāi)的懸臂式掘煤機(jī)截割頭定位方法包括以下步驟：
3、步驟s1、將截割頭調(diào)節(jié)到初始點(diǎn)，得到截割頭相對(duì)于機(jī)身的三維位置坐標(biāo)與礦道坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
4、步驟s2、在截割頭開(kāi)始工作后，實(shí)時(shí)計(jì)算截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心的三維位置坐標(biāo)；
5、步驟s3、計(jì)算慣性導(dǎo)航系統(tǒng)當(dāng)前的方位角、俯仰角和滾動(dòng)角相比于初始點(diǎn)所發(fā)生的姿態(tài)變化角度，根據(jù)該姿態(tài)變化角度得到姿態(tài)變化矩陣；
6、步驟s4、根據(jù)當(dāng)前的截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心的三維位置坐標(biāo)和當(dāng)前的姿態(tài)變化矩陣計(jì)算得到截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心修正姿態(tài)后的三維位置坐標(biāo)；再根據(jù)截割頭相對(duì)于機(jī)身的三維位
7、優(yōu)選地，截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心的三維位置坐標(biāo)的計(jì)算方法為：
8、定義截割臂的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在機(jī)身中軸線，伸縮臂處于水平時(shí)為掘煤機(jī)截割臂初始狀態(tài)，此時(shí)回轉(zhuǎn)角與升降角為0，由回轉(zhuǎn)軸中心o到回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)盤與回轉(zhuǎn)缸連接點(diǎn)a臂長(zhǎng)lhz1、回轉(zhuǎn)軸中心o到掘煤機(jī)機(jī)身與回轉(zhuǎn)缸連接點(diǎn)b臂長(zhǎng)lhz2與回轉(zhuǎn)缸缸長(zhǎng)lhzg三個(gè)結(jié)構(gòu)計(jì)算得到回轉(zhuǎn)角度θhz：
9、
10、升降角由俯仰缸與截割臂連接點(diǎn)c到升降架與截割臂連接點(diǎn)e長(zhǎng)lsj1、升降缸與升降架連接點(diǎn)d到升降架與截割臂連接點(diǎn)e長(zhǎng)lsj2與升降缸缸長(zhǎng)lsjg三個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)計(jì)算得到升降角度θsj：
11、
12、依據(jù)機(jī)械臂長(zhǎng)計(jì)算出截割頭相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心的三維位置，定義水平向?yàn)閤，豎直向?yàn)閥，前向?yàn)閦，即：
13、px1＝(loe+lss*cos(θsj))*sin(θhz)；
14、py1＝lss*sin(θsj)；
15、pz1＝(loe+lss*cos(θsj))*cos(θhz)；
16、其中，px1、py1、pz1為截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心的三維位置坐標(biāo)。
17、優(yōu)選地，姿態(tài)變化矩陣cbb為3x3矩陣，該姿態(tài)變化矩陣中各元素的取值為：
18、
19、其中，cbb(n,m)為姿態(tài)變化矩陣在(n,m)位置的元素值，n＝1、2、3，m＝1、2、3；δα、δβ、δλ分別為方位角、俯仰角和滾動(dòng)角的變化角度。
20、優(yōu)選地，根據(jù)當(dāng)前的截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心的三維位置坐標(biāo)和當(dāng)前的姿態(tài)變化矩陣計(jì)算得到截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心修正姿態(tài)后的三維位置坐標(biāo)的計(jì)算公式為：
21、
22、其中，px2、py2、pz2為截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心修正了因姿態(tài)變化出現(xiàn)誤差后的三維位置坐標(biāo)。
23、優(yōu)選地，根據(jù)截割頭相對(duì)于機(jī)身的三維位置坐標(biāo)與礦道坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到截割頭在礦道坐標(biāo)中的實(shí)時(shí)位置的計(jì)算公式包括：
24、
25、其中，pjgtx0、pjgty0、pjgtz0為截割頭在初始點(diǎn)相對(duì)于機(jī)身的三維位置坐標(biāo)，pxkd0、pykd0、pzkd0為截割頭在初始點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的礦道坐標(biāo)；pxkd、pykd、pzkd為截割頭在礦道坐標(biāo)中實(shí)時(shí)的三維坐標(biāo)。
26、優(yōu)選地，本實(shí)施例方法還包括：根據(jù)截割頭在礦道坐標(biāo)系下的實(shí)時(shí)位置計(jì)算截割頭與礦道之間的左邊距、右邊距、上邊距和下邊距。
27、可選地，本專利技術(shù)礦道的類型為等腰梯形礦道、斜頂梯形礦道、圓弧頂?shù)V道或平頂圓弧礦道，礦道坐標(biāo)系以礦道中心與礦道底部的交點(diǎn)為xy坐標(biāo)的原點(diǎn)，并將截割頭調(diào)至礦道底邊時(shí)的位置作為z的原點(diǎn)，用于確定截割頭相對(duì)于機(jī)身的三維位置坐標(biāo)與礦道坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的初始點(diǎn)為礦道左上角、右上角的頂點(diǎn)或圓弧最高點(diǎn)。
28、為達(dá)上述目的，本專利技術(shù)還公開(kāi)一種懸臂式掘煤機(jī)截割頭定位系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法。
29、本專利技術(shù)具有以下有益效果：
30、通過(guò)懸臂式掘煤機(jī)截割臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的位姿信息計(jì)算模型，并與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，獲取掘煤機(jī)實(shí)時(shí)的方位角、俯仰角與滾動(dòng)角三個(gè)姿態(tài)角參數(shù)，將這三個(gè)姿態(tài)角的參數(shù)補(bǔ)償?shù)侥Ｐ椭校瑥亩_(dá)到掘煤機(jī)對(duì)工作地形地貌的自適應(yīng)，最后將模型計(jì)算得到定位參數(shù)根據(jù)需要的挖掘的礦道形狀轉(zhuǎn)換到以礦道為坐標(biāo)的位置參數(shù)與截割頭距離礦道邊緣的距離等，最終實(shí)現(xiàn)懸臂式掘煤機(jī)截割頭在挖掘區(qū)的定位。藉此，能夠可以根據(jù)不同的掘煤機(jī)機(jī)型、不同的礦道來(lái)設(shè)定參數(shù)，并用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)參數(shù)補(bǔ)償因地面的凹凸不平帶來(lái)的定位誤差，能夠成熟的應(yīng)用到掘煤、隧道挖掘中，具有很高的商業(yè)價(jià)值。
31、下面將參照附圖，對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種懸臂式掘煤機(jī)截割頭定位方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心的三維位置坐標(biāo)的計(jì)算方法為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，姿態(tài)變化矩陣Cbb為3x3矩陣，該姿態(tài)變化矩陣中各元素的取值為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)當(dāng)前的截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心的三維位置坐標(biāo)和當(dāng)前的姿態(tài)變化矩陣計(jì)算得到截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心修正姿態(tài)后的三維位置坐標(biāo)的計(jì)算公式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)截割頭相對(duì)于機(jī)身的三維位置坐標(biāo)與礦道坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到截割頭在礦道坐標(biāo)中的實(shí)時(shí)位置的計(jì)算公式包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的方法，其特征在于，礦道的類型為等腰梯形礦道、斜頂梯形礦道、圓弧頂?shù)V道或平頂圓弧礦道，礦道坐標(biāo)系以礦道中心與礦道底部的交點(diǎn)為XY坐標(biāo)的原點(diǎn)，并將截割頭調(diào)至礦道底邊時(shí)的位置作為Z的原點(diǎn)，用于確定截割頭相對(duì)于機(jī)身的三維位置坐標(biāo)與礦道坐標(biāo)之
8.一種懸臂式掘煤機(jī)截割頭定位系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述權(quán)利要求1至7任一所述方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種懸臂式掘煤機(jī)截割頭定位方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心的三維位置坐標(biāo)的計(jì)算方法為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，姿態(tài)變化矩陣cbb為3x3矩陣，該姿態(tài)變化矩陣中各元素的取值為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)當(dāng)前的截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心的三維位置坐標(biāo)和當(dāng)前的姿態(tài)變化矩陣計(jì)算得到截割頭相對(duì)于掘煤機(jī)回轉(zhuǎn)中心修正姿態(tài)后的三維位置坐標(biāo)的計(jì)算公式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)截割頭相對(duì)于機(jī)身的三維位置坐標(biāo)與礦道坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到截割頭在礦道坐標(biāo)中...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李清華，張?zhí)礻?yáng)，李良君，梁仁仁，岑禮君，張識(shí)翼，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湖南航天機(jī)電設(shè)備與特種材料研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。