專利名稱：具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置及鏟運(yùn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種井下導(dǎo)航裝置，尤其涉及一種具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置及鏟
運(yùn)機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)面臨的形勢(shì)日益嚴(yán)峻，現(xiàn)有礦產(chǎn) 資源逐漸全面轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采，并向深部和難開(kāi)采資源延伸，地下開(kāi)采不可避免的給各種采 礦作業(yè)帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)和難度。鏟運(yùn)機(jī)作為地下采礦的主要運(yùn)輸設(shè)備，其主要工作方式 一般由人為駕駛到高危的礦井下進(jìn)行出礦作業(yè)。但隨著開(kāi)采深度的不斷提高，井下的工作 環(huán)境越來(lái)越惡劣，同時(shí)還伴有不確定的冒頂?shù)任ｋU(xiǎn)因素，鏟運(yùn)機(jī)駕駛員的人生安全得不到 保障。 現(xiàn)有技術(shù)中，采用的措施是通過(guò)遠(yuǎn)程遙控鏟運(yùn)機(jī)。
上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn) —方面由于巷道工作條件的惡劣，數(shù)據(jù)的傳輸容易受到干擾，可靠性下降；另一方 面遙控系統(tǒng)需要大量的視頻設(shè)備相配合，增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度，很難實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo) 航。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠順利的進(jìn)行自主導(dǎo)航的具有定位功能的井下導(dǎo)航 裝置及鏟運(yùn)機(jī)。 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置，包括環(huán)境信息檢測(cè)裝置模塊、位置信息 檢測(cè)裝置模塊、速度信息檢測(cè)裝置模塊、航向信息檢測(cè)裝置模塊、轉(zhuǎn)向夾角信息檢測(cè)裝置模 塊、導(dǎo)航算法模塊、地圖信息顯示模塊和控制處理器單元模塊； 所述控制處理器單元模塊接收所述環(huán)境信息檢測(cè)裝置模塊、位置信息檢測(cè)裝置模 塊、速度信息檢測(cè)裝置模塊、航向信息檢測(cè)裝置模塊和轉(zhuǎn)向夾角信息檢測(cè)裝置模塊傳來(lái)的 原始采集信息，并將接收的原始采集信息輸入給導(dǎo)航算法模塊； 所述導(dǎo)航算法模塊對(duì)原始采集信息進(jìn)行處理，得出導(dǎo)航信息，并將該導(dǎo)航信息輸 入給所述控制處理器單元模塊，所述控制處理器單元模塊根據(jù)該導(dǎo)航信息向被導(dǎo)航設(shè)備發(fā) 出控制信號(hào)； 所述被導(dǎo)航設(shè)備根據(jù)接收的控制信號(hào)決定行走方法和路徑； 所述地圖信息顯示模塊實(shí)時(shí)顯示所述被導(dǎo)航設(shè)備在井下的位置坐標(biāo)及導(dǎo)航信息 參數(shù)。 本發(fā)明的鏟運(yùn)機(jī)，該鏟運(yùn)機(jī)裝有上述的具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置。 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的具有定位功能的井下導(dǎo)航
裝置及鏟運(yùn)機(jī)，由于包括環(huán)境信息檢測(cè)裝置模塊、位置信息檢測(cè)裝置模塊、速度信息檢測(cè)裝置模塊、航向信息檢測(cè)裝置模塊、轉(zhuǎn)向夾角信息檢測(cè)裝置模塊、導(dǎo)航算法模塊、地圖信息顯 示模塊和控制處理器單元模塊。可以方便的進(jìn)行鏟運(yùn)機(jī)周圍環(huán)境及巷道信息的采集，結(jié)合 鏟運(yùn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，規(guī)劃出適合鏟運(yùn)機(jī)行走的路線，保證鏟運(yùn)機(jī)能夠順利的進(jìn)行自 主導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)在井下巷道環(huán)境的無(wú)人控制行駛。


圖1為本發(fā)明的具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置的系統(tǒng)框圖；
圖2為本發(fā)明的鏟運(yùn)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置的導(dǎo)航過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置，其較佳的具體實(shí)施方式
如圖l所示，包 括環(huán)境信息檢測(cè)裝置模塊、位置信息檢測(cè)裝置模塊、速度信息檢測(cè)裝置模塊、航向信息檢測(cè) 裝置模塊、轉(zhuǎn)向夾角信息檢測(cè)裝置模塊、導(dǎo)航算法模塊、地圖信息顯示模塊和控制處理器單 元模塊； 所述控制處理器單元模塊接收所述環(huán)境信息檢測(cè)裝置模塊、位置信息檢測(cè)裝置模 塊、速度信息檢測(cè)裝置模塊、航向信息檢測(cè)裝置模塊和轉(zhuǎn)向夾角信息檢測(cè)裝置模塊傳來(lái)的 原始采集信息，并將接收的原始采集信息輸入給導(dǎo)航算法模塊； 所述導(dǎo)航算法模塊對(duì)原始采集信息進(jìn)行處理，得出導(dǎo)航信息，并將該導(dǎo)航信息輸 入給所述控制處理器單元模塊，所述控制處理器單元模塊根據(jù)該導(dǎo)航信息向被導(dǎo)航設(shè)備發(fā) 出控制信號(hào)； 所述被導(dǎo)航設(shè)備根據(jù)接收的控制信號(hào)決定行走方法和路徑； 所述地圖信息顯示模塊實(shí)時(shí)顯示所述被導(dǎo)航設(shè)備在井下的位置坐標(biāo)及導(dǎo)航信息 參數(shù)。 所述被導(dǎo)航設(shè)備可以包括在井下巷道中行走的鏟運(yùn)機(jī)，也可以是其它的進(jìn)行行走 設(shè)備。 所述環(huán)境信息檢測(cè)裝置模塊主要是完成鏟運(yùn)機(jī)周圍環(huán)境信息的采集，包括鏟運(yùn)機(jī)
行駛方向前方一定距離內(nèi)巷道的結(jié)構(gòu)信息、鏟運(yùn)機(jī)在巷道內(nèi)的縱向位置信息。 位置信息檢測(cè)裝置模塊主要完成鏟運(yùn)機(jī)的實(shí)時(shí)位置處理，保證在自主導(dǎo)航過(guò)程
中，鏟運(yùn)機(jī)位置信息在地圖顯示模塊上的實(shí)時(shí)顯示。 速度信息檢測(cè)裝置模塊主要完成鏟運(yùn)機(jī)實(shí)時(shí)速度的檢測(cè)。 航向信息檢測(cè)裝置模塊主要完成鏟運(yùn)機(jī)在巷道內(nèi)的實(shí)時(shí)相對(duì)航向信息的測(cè)量，作 為鏟運(yùn)機(jī)的自主導(dǎo)航中最基本的參數(shù)，航向測(cè)量裝置模塊的精度直接影響導(dǎo)航效果。
轉(zhuǎn)向夾角信息檢測(cè)裝置模塊主要完成鏟運(yùn)機(jī)前后車體轉(zhuǎn)向夾角的測(cè)量，前后車體 轉(zhuǎn)向角作為鏟運(yùn)機(jī)行駛過(guò)程中最重要的參數(shù)之一，其精度也直接影響導(dǎo)航效果的好壞。
導(dǎo)航算法模塊是整個(gè)裝置的核心，其通過(guò)處理一系列檢測(cè)裝置的信息，對(duì)信息進(jìn) 行融合處理后，引導(dǎo)控制處理器單元發(fā)出控制信號(hào)，決定鏟運(yùn)機(jī)的行走方法和路徑。
地圖信息顯示模塊主要是實(shí)時(shí)顯示鏟運(yùn)機(jī)在整體巷道中的位置坐標(biāo)等導(dǎo)航過(guò)程 中的各種參數(shù)。
本發(fā)明的鏟運(yùn)機(jī)，其較佳的具體實(shí)施方式
如圖2所示，該鏟運(yùn)機(jī)2裝有上述的具有 定位功能的井下導(dǎo)航裝置3，該鏟運(yùn)機(jī)2用于在井下巷道1中行走。 本發(fā)明可以方便的進(jìn)行鏟運(yùn)機(jī)周圍環(huán)境及巷道信息的采集，結(jié)合鏟運(yùn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué) 和動(dòng)力學(xué)，規(guī)劃出適合鏟運(yùn)機(jī)行走的路線，保證鏟運(yùn)機(jī)能夠順利的進(jìn)行自主導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)在井 下巷道環(huán)境的無(wú)人控制行駛。 下面結(jié)合附圖及實(shí)施方法，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明 如圖1、圖2所示，在巷道內(nèi)行走的鏟運(yùn)機(jī)上裝載有一系列檢測(cè)裝置模塊和相關(guān) 信息處理模塊，包括環(huán)境信息檢測(cè)裝置模塊、位置信息檢測(cè)裝置模塊、速度信息檢測(cè)裝置模 塊、航向信息檢測(cè)裝置模塊、轉(zhuǎn)向夾角信息檢測(cè)裝置模塊、導(dǎo)航算法模塊、地圖信息顯示模 塊和控制處理器單元模塊等。 其中速度信息檢測(cè)可以給位置信息檢測(cè)提供基礎(chǔ)，環(huán)境信息檢測(cè)主要是利用一系 列傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)鏟運(yùn)機(jī)前方和側(cè)面的巷道信息的檢測(cè)和處理，進(jìn)而構(gòu)建鏟運(yùn)機(jī)相對(duì)于巷道 的數(shù)字模型圖。航向信息檢測(cè)裝置模塊和速度信息檢測(cè)裝置模塊既為位置信息檢測(cè)裝置提 供一定的基礎(chǔ)信息，也為鏟運(yùn)機(jī)的導(dǎo)航提供足夠的信息支持。 如圖3所示，是鏟運(yùn)機(jī)自主導(dǎo)航算法流程圖，鏟運(yùn)機(jī)的自主導(dǎo)航方法和工作流程 主要如下 首先要確定鏟運(yùn)機(jī)的起始點(diǎn)和終點(diǎn)，起始點(diǎn)一旦確定，利用相關(guān)檢測(cè)裝置單元進(jìn) 行鏟運(yùn)機(jī)的位置、航向和轉(zhuǎn)向角信息檢測(cè)，包括起始點(diǎn)位置坐標(biāo)、起始點(diǎn)航向角、起始點(diǎn)前 后車體夾角，將這些信息存儲(chǔ)到控制單元處理器模塊并經(jīng)過(guò)變換后送入地圖顯示單元，在 地圖上實(shí)時(shí)顯示鏟運(yùn)機(jī)的初始各個(gè)姿態(tài)和位置信息。隨后裝載在鏟運(yùn)機(jī)車身上的環(huán)境信息 檢測(cè)裝置模塊對(duì)鏟運(yùn)機(jī)周圍環(huán)境信息進(jìn)行檢測(cè)，該檢測(cè)模塊可以是圖像視頻檢測(cè)，也可以 是激光掃描檢測(cè)，主要目的是通過(guò)一系列檢測(cè)單元進(jìn)行環(huán)境信息檢測(cè)，構(gòu)建巷道的結(jié)構(gòu)圖， 根據(jù)巷道和鏟運(yùn)機(jī)相對(duì)位置關(guān)系，判斷鏟運(yùn)機(jī)下一步行動(dòng)的轉(zhuǎn)向信息、速度信息等，指導(dǎo)鏟 運(yùn)機(jī)進(jìn)行自主導(dǎo)航，此項(xiàng)工作主要由導(dǎo)航算法模塊完成。在進(jìn)行導(dǎo)航算法的計(jì)算中，同樣需 要轉(zhuǎn)角、航向、位置等鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)動(dòng)特性參數(shù)的支持。經(jīng)過(guò)導(dǎo)航算法模塊的計(jì)算后，由鏟運(yùn)機(jī) 控制處理器單元給出鏟運(yùn)機(jī)的下一步運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，在一個(gè)信息更新周期內(nèi)，利用檢測(cè)裝置進(jìn) 行信息更新，并在地圖顯示信息模塊中進(jìn)行相關(guān)信息的更新。在一個(gè)信息更新周期時(shí)間截 止時(shí)，利用終點(diǎn)判斷模塊判斷鏟運(yùn)機(jī)是否到達(dá)終點(diǎn)，如果沒(méi)有達(dá)到終點(diǎn)，則繼續(xù)跳轉(zhuǎn)到環(huán)境 信息檢測(cè)裝置模塊處繼續(xù)順序執(zhí)行。如果判斷已經(jīng)到達(dá)終點(diǎn)，則利用結(jié)束模塊完成此次導(dǎo) 航任務(wù)。 本發(fā)明可以應(yīng)用在井下巷道環(huán)境的鏟運(yùn)機(jī)上，特別應(yīng)用于自主式無(wú)人駕駛鏟運(yùn)機(jī) 的自主導(dǎo)航。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置，其特征在于，包括環(huán)境信息檢測(cè)裝置模塊、位置信息檢測(cè)裝置模塊、速度信息檢測(cè)裝置模塊、航向信息檢測(cè)裝置模塊、轉(zhuǎn)向夾角信息檢測(cè)裝置模塊、導(dǎo)航算法模塊、地圖信息顯示模塊和控制處理器單元模塊；所述控制處理器單元模塊接收所述環(huán)境信息檢測(cè)裝置模塊、位置信息檢測(cè)裝置模塊、速度信息檢測(cè)裝置模塊、航向信息檢測(cè)裝置模塊和轉(zhuǎn)向夾角信息檢測(cè)裝置模塊傳來(lái)的原始采集信息，并將接收的原始采集信息輸入給導(dǎo)航算法模塊；所述導(dǎo)航算法模塊對(duì)原始采集信息進(jìn)行處理，得出導(dǎo)航信息，并將該導(dǎo)航信息輸入給所述控制處理器單元模塊，所述控制處理器單元模塊根據(jù)該導(dǎo)航信息向被導(dǎo)航設(shè)備發(fā)出控制信號(hào)；所述被導(dǎo)航設(shè)備根據(jù)接收的控制信號(hào)決定行走方法和路徑；所述地圖信息顯示模塊實(shí)時(shí)顯示所述被導(dǎo)航設(shè)備在井下的位置坐標(biāo)及導(dǎo)航信息參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述被導(dǎo)航設(shè) 備包括在井下巷道中行走的鏟運(yùn)機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述的環(huán)境信 息檢測(cè)裝置模塊用于完成鏟運(yùn)機(jī)周圍環(huán)境信息的采集，包括鏟運(yùn)機(jī)行駛方向前方巷道的結(jié) 構(gòu)信息、鏟運(yùn)機(jī)在巷道內(nèi)的縱向位置信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述的位置信 息檢測(cè)裝置模塊用于完成鏟運(yùn)機(jī)的實(shí)時(shí)位置的采集和處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述的速度信 息檢測(cè)裝置模塊用于完成鏟運(yùn)機(jī)實(shí)時(shí)速度的檢測(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述的航向信 息檢測(cè)裝置模塊用于完成鏟運(yùn)機(jī)在巷道內(nèi)的實(shí)時(shí)相對(duì)航向信息的測(cè)量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)向夾 角信息檢測(cè)裝置模塊用于完成鏟運(yùn)機(jī)前后車體轉(zhuǎn)向夾角的測(cè)量。
8. —種鏟運(yùn)機(jī)，其特征在于，該鏟運(yùn)機(jī)裝有權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的具有定位功能 的井下導(dǎo)航裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的鏟運(yùn)機(jī)，其特征在于，該鏟運(yùn)機(jī)在井下巷道中行走。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有定位功能的井下導(dǎo)航裝置及鏟運(yùn)機(jī)，包括鏟運(yùn)機(jī)環(huán)境信息檢測(cè)裝置模塊、速度檢測(cè)裝置模塊、位置信息檢測(cè)裝置模塊、航向信息檢測(cè)裝置模塊、轉(zhuǎn)向夾角信息檢測(cè)裝置模塊和地圖顯示信息模塊、控制單元處理器模塊等。利用環(huán)境信息檢測(cè)裝置結(jié)合鏟運(yùn)機(jī)的速度，及實(shí)時(shí)測(cè)量得到的位置、航向、轉(zhuǎn)向角信息，利用導(dǎo)航算法模塊進(jìn)行導(dǎo)航。在導(dǎo)航過(guò)程中，還可以通過(guò)地圖信息顯示模塊實(shí)時(shí)顯示鏟運(yùn)機(jī)的位置、速度、航向、轉(zhuǎn)向角等參數(shù)信息?？梢詰?yīng)用在井下巷道環(huán)境的鏟運(yùn)機(jī)上，特別應(yīng)用于自主式無(wú)人駕駛鏟運(yùn)機(jī)的自主導(dǎo)航。
文檔編號(hào)G01C21/00GK101701821SQ20091023692
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者周俊武, 徐寧, 戰(zhàn)凱, 李建國(guó), 遲洪鵬 申請(qǐng)人:北京礦冶研究總院