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摘要
掘进机是煤矿井下巷道掘进的主要设备,其控制方式的自动化、智能化,是实现巷道掘进无人化的关键,是未来的发展方向。为了真正将人从环境恶劣、危险性高的生产现场解放出来,打造智能安全高效的井下作业环境,首先要实现掘进机的机器人化。机器人必须准确地知道自己的坐标位置、姿态参数及目标模型才能准确地执行命令,因此掘进机机器人化的前提需要解决以下关键技术:在大地坐标系下,实时追踪掘进机车体的坐标,检测掘进机车体的航向和姿态,快速建立要掘进的巷道断面三维模型。基于这种认识,研究了一种基于自动全站仪和陀螺寻北仪设计的定位装置及方法,用于在大地坐标系下实时追踪掘进机车体的坐标;介绍了一种惯性导航系统的优化方法,用于在大地坐标系下实时检测掘进机车体的航向和姿态;提出了一种在大地坐标系下快速建立待掘进工作面巷道断面的三维模型方法。在山东能源新汶矿业集团翟镇煤矿六采四层西翼集中回风巷进行了为期8个月的测试,按照上述方法,建立好待掘进巷道断面的三维模型后,在距离掘进工作面200 m以外的操作台处,按照三维模型远程遥控操作掘进机截割断面。结果表明:定位装置在30 m可视范围内满足掘进机定位监测精度的要求,优化后的惯性导航系统解决了误差随时间发散、成本高、初始对准时间长等缺点,人工远程遥控操作掘进机截割后的断面满足《煤炭井巷工程质量验收规范》要求。
