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2021年第11期
2021-11-22
23

基于多感知方式组合测量的采煤机位姿检测系统研究

  • 作者:

    张子悦
    符世琛
    刘超
    李永泽
    兰玉
    吴淼
  • 关键词:

    采煤机
    组合测量
    位姿检测
    全站仪
    UWB系统
    倾角传感器
    寻北仪
  • 作者单位:

    中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院

摘要

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摘要:

近年来我国煤矿井下瓦斯爆炸、透水等安全事故频发,严重威胁矿工生命安全。为实现煤矿井下综采工作面采煤机位姿无人化、高精度检测,改善矿工的工作环境,提高煤矿机械化、自动化程度,对比了现有的检测综采工作面上采煤机实时位姿的技术方法,提出了一种基于多感知方式组合测量的采煤机位姿检测系统,该系统采用全站仪和UWB(Ultra Wide-band)定位系统组合测量采煤机的空间位置坐标,采用倾角传感器和寻北仪组合测量采煤机的姿态角(航向角、横滚角、俯仰角);建立了系统的三维模型,将全站仪安装在区段运输平巷与运输上山的交点处,将UWB固定基站群安装至综采工作面与区段运输平巷交点的转载机处。为实现UWB移动基站移站时的自主标定,液压支架顶端和底端分别安装UWB模块,将UWB定位节点安装至采煤机机身,将倾角传感器和寻北仪安装至采煤机机身。推导了全站仪与UWB固定基站群的坐标的测量方法,UWB定位系统基于TOA(Time of Arrival)定位模型的CT(Caffery-Taylor)算法以及全站仪坐标系与UWB固定基站群坐标系间的坐标变换矩阵。详细介绍了采煤机倾角传感器和寻北仪的系统结构和工作原理,分析了该系统在实际应用中的受限因素,并简要提出了相应的改善方案。该系统理论上可实现采煤机在综采工作面中的实时位姿检测,为系统仿真分析和实验平台搭建提供了理论参考。

  • 寻北仪及其测角示意
  • “固体摆”式倾角传感器原理
  • 坐标系变换
  • UWB模块及基站布置示意
  • 全站仪及坐标测量
  • 采煤机位姿检测系统原理
  • 采煤机位姿检测系统结构
  • 采煤机位姿检测系统布置
张子悦,符世琛,刘超,等.基于多感知方式组合测量的采煤机位姿检测系统研究[J].煤炭科学技术,2021,49(11):218-224. ZHANG Ziyue,FU Shichen,LIU Chao,et al.Position detection system of shearer based on combined measurement of multiple sensing modes[J].Coal Science and Technology,2021,49(11):218-224.

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