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        • 論文
        主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

        礦大(北京)吳淼教授團隊提出一種懸臂式掘進機行走軌跡及偏差感知方法

        2021-06-11

          近日,中國礦業大學(北京)吳淼教授團隊提出一種能夠適用于量大面廣的懸臂式掘進機的行走軌跡及偏差感知技術,可以實時、自主、準確、直接地獲取掘進機行走軌跡,同時給出掘進機縱向軸線與巷道設計中線的偏差角、掘進機質心與巷道中線的偏差距離等位姿偏差信息。根據行走軌跡動態調整掘進機位姿并對位姿殘余偏差進行反向截割補償,保證巷道定向掘進精度。

          

          掘進機姿態和位置信息的實時精準感知是掘進機自主行走控制和截割斷面誤差補償的基礎,是巷道定向掘進的先決條件。

          

          當前研究對于掘進機位姿感知水平有了大幅提升,為巷道的精準定向掘進做出了很大貢獻,但由于綜掘工作面環境惡劣,災害頻發,裝備繁多,空間狹小、工藝離散,目前還不能夠在綜掘流程中實現實時、自主、精準感知掘進機姿態和位置,生成行走軌跡為掘進機的動態調整提供參考的實用方法。

          

          研究人員在以往研究的基礎上,搭建了基于激光偏距感知、捷聯慣導、二維里程計的掘進機行走軌跡及偏差感知系統,分析了掘進機機身方位偏差與巷道定向掘進的關系,制定了基于此系統的掘進機自主定向掘進策略;基于捷聯式慣性導航系統在綜掘工作面的適用改進推導了其初始粗對準和姿態更新算法,確立了掘進機航向角與偏角的聯系;研制的二維里程計可同時測量掘進機橫向和縱向里程增量,推導了基于二維里程和偏角的航位推算算法,得到了掘進機實時位置坐標。研發了掘進機位姿參數可視化交互式遠程顯示系統,搭建了包括掘進機井下、井上可視化遠程控制平臺、全站儀在內的掘進機行走軌跡及偏差感知精度驗證實驗系統。


          圖4 系統組成圖(a).jpg

        圖4 系統組成圖(b).jpg

          系統組成

          

        圖8 系統原理系圖.jpg

          系統原理

          

          系統的流程如下:掘進機行走前,捷聯慣導進行3min的初始對準,自主感知掘進機的初始航向角;激光偏距感知系統提供初始偏距信息,作為掘進機初始位置的橫坐標,其初始縱坐標記為0。掘進機開始向前行走后,捷聯慣導、二維里程計將測得的原始數據實時傳輸到機載控制器進行位姿參數計算,得到掘進機實時位置坐標,橫坐標為實時偏距,縱坐標為豎直掘進距離,同時可得掘進機的偏角、航向角和姿態角等信息。掘進機行駛至巷道斷面開始掏槽前,通過偏角和偏距等信息判斷掘進機位姿偏差程度,若偏差較大,對掘進機位置、方向進行粗調整后,再進行掏槽;掏槽完成后,根據此時的偏角和偏距調整截割參數以反向補償掘進機位姿偏差,保證巷道精準掘進。

          

          工業性實驗結果表明本文所提方法實現了掘進機機身偏角、偏距(橫坐標)、縱坐標的精準感知,驗證了所提方法的可行性及優越性,滿足巷道掘進對于掘進機機身定位定向要求。


        這項研究得到了國家自然科學基金、2019 山西省科技重大專項資助項目的資金支持,成果以《懸臂式掘進機行走軌跡及偏差感知方法研究》為題于2021年6月7日在《煤炭學報》進行了網絡首發。


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          責任編輯:宮在芹
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