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              • 论文
              主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

              矿大(北京)吴淼教授团队提出一种悬臂式掘进机行走轨迹及偏差感知方法

              2021-06-11

                近日,中国矿业大学(北京)吴淼教授团队提出一种能够适用于量大面广的悬臂式掘进机的行走轨迹及偏差感知技术,可以实时、自主、准确、直接地获取掘进机行走轨迹,同时给出掘进机纵向轴线与巷道设计中线的偏差角、掘进机质心与巷道中线的偏差距离等位姿偏差信息。根据行走轨迹动态调整掘进机位姿并对位姿残余偏差进行反向截割补偿,保证巷道定向掘进精度。

                

                掘进机姿态和位置信息的实时精准感知是掘进机自主行走控制和截割断面误差补偿的基础,是巷道定向掘进的先决条件。

                

                当前研究对于掘进机位姿感知水平有了大幅提升,为巷道的精准定向掘进做出了很大贡献,但由于综掘工作面环境恶劣,灾害频发,装备繁多,空间狭小、工艺离散,目前还不能够在综掘流程中实现实时、自主、精准感知掘进机姿态和位置,生成行走轨迹为掘进机的动态调整提供参考的实用方法。

                

                研究人员在以往研究的基础上,搭建了基于激光偏距感知、捷联惯导、二维里程计的掘进机行走轨迹及偏差感知系统,分析了掘进机机身方位偏差与巷道定向掘进的关系,制定了基于此系统的掘进机自主定向掘进策略;基于捷联式惯性导航系统在综掘工作面的适用改进推导了其初始粗对准和姿态更新算法,确立了掘进机航向角与偏角的联系;研制的二维里程计可同时测量掘进机横向和纵向里程增量,推导了基于二维里程和偏角的航位推算算法,得到了掘进机实时位置坐标。研发了掘进机位姿参数可视化交互式远程显示系统,搭建了包括掘进机井下、井上可视化远程控制平台、全站仪在内的掘进机行走轨迹及偏差感知精度验证实验系统。


                图4 系统组成图(a).jpg

              图4 系统组成图(b).jpg

                系统组成

                

              图8 系统原理系图.jpg

                系统原理

                

                系统的流程如下:掘进机行走前,捷联惯导进行3min的初始对准,自主感知掘进机的初始航向角;激光偏距感知系统提供初始偏距信息,作为掘进机初始位置的横坐标,其初始纵坐标记为0。掘进机开始向前行走后,捷联惯导、二维里程计将测得的原始数据实时传输到机载控制器进行位姿参数计算,得到掘进机实时位置坐标,横坐标为实时偏距,纵坐标为竖直掘进距离,同时可得掘进机的偏角、航向角和姿态角等信息。掘进机行驶至巷道断面开始掏槽前,通过偏角和偏距等信息判断掘进机位姿偏差程度,若偏差较大,对掘进机位置、方向进行粗调整后,再进行掏槽;掏槽完成后,根据此时的偏角和偏距调整截割参数以反向补偿掘进机位姿偏差,保证巷道精准掘进。

                

                工业性实验结果表明本文所提方法实现了掘进机机身偏角、偏距(横坐标)、纵坐标的精准感知,验证了所提方法的可行性及优越性,满足巷道掘进对于掘进机机身定位定向要求。


              这项研究得到了国家自然科学基金、2019 山西省科技重大专项资助项目的资金支持,成果以《悬臂式掘进机行走轨迹及偏差感知方法研究》为题于2021年6月7日在《煤炭学报》进行了网络首发。


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                责任编辑:宫在芹
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