IX超聲波馬達(dá)測量機(jī)器人在智慧礦山中新應(yīng)用

更新時間：2022-09-13

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近期國家在大力組織智慧礦山的關(guān)鍵科技攻關(guān)，建設(shè)智慧礦山示范工程，推廣智慧礦山的理念和技術(shù)，制定智慧礦山標(biāo)準(zhǔn)，推動礦山設(shè)備制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)礦山的本質(zhì)安全、高產(chǎn)、綠色環(huán)保。

智慧礦山建設(shè)主要包括：智慧生產(chǎn)系統(tǒng)、智慧職業(yè)健康與安全系統(tǒng)、智慧技術(shù)支持與后勤保障系統(tǒng)建設(shè)。

其中智慧生產(chǎn)系統(tǒng)是，包括智慧主要生產(chǎn)系統(tǒng)和智慧輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，智慧主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括采煤工作面的智慧化和掘進(jìn)工作面的智慧化，對于煤礦來講，就是以無人值守采煤掘進(jìn)技術(shù)為代表的智慧綜采工作面和無人掘進(jìn)工作面。對于非煤礦山來講，可能是以智慧爆破采礦為代表或者以自動機(jī)械采礦技術(shù)為代表的無人采礦工作面和無人掘進(jìn)工作面系統(tǒng)。

智慧綜采工作面和無人掘進(jìn)工作面直觀的體現(xiàn)在工作面少人、減人、無人化。首先我們要考慮的是井下封閉空間的特殊性，由于工作面粉塵濃度較高、照明不足、電磁信號干擾大以及潮濕環(huán)境中，機(jī)械裝備在高頻率強(qiáng)震動沖擊的工作模式下，現(xiàn)有的智能測控系統(tǒng)設(shè)備以及技術(shù)方案，無法滿足掘進(jìn)裝備在井下全工況環(huán)境中，長航時無偏差姿態(tài)控制和實時精準(zhǔn)定位的技術(shù)需求。國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊實際應(yīng)用測試中，都存在掘進(jìn)裝備在長航時工作狀態(tài)下定位精度偏差大，安全穩(wěn)定性不高等問題。

國內(nèi)外已有報道現(xiàn)有技術(shù)方案

壹

/ 激光測距儀+傾角儀

此方案優(yōu)點是成本低，但是不能給出掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)頭相對于地理坐標(biāo)系的絕對坐標(biāo)，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)實際航向與目標(biāo)航向有偏差的時，只能給出相對變化量;

貳

/ 激光靶標(biāo)+視覺定位

（1）此方案優(yōu)點是成本低，只能靜態(tài)測量工作低，受巷道實際工況環(huán)境變化影響，長時航向和定位精度容易產(chǎn)生偏差。

（2）激光雷達(dá)+傾角儀方案此方案成本較高，激光雷達(dá)能夠給出較好的三維點云圖，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)偏離地測部門所給的掘進(jìn)中線時，此方案只能給出相對變化量，沒有絕對變化。

叁

/ 慣導(dǎo)+里程計方案

由于里程計安裝在輪式皮帶軸上，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)履帶有打滑時，就會導(dǎo)致定位不準(zhǔn) 進(jìn)而導(dǎo)致定位坐標(biāo)不準(zhǔn)。

新方案：掘進(jìn)機(jī)航位推算系統(tǒng)

現(xiàn)在SOKKIA的合作伙伴沈陽金圖公司與中行天佑公司合作開發(fā)出光纖慣性導(dǎo)航+全站儀組合定位系統(tǒng)。創(chuàng)新性地提出了一種基于多傳感器的掘進(jìn)機(jī)航位推算系統(tǒng)。掘進(jìn)機(jī)航位推算系統(tǒng)通過對掘進(jìn)機(jī)位置、姿態(tài)信息進(jìn)行狀態(tài)感知，為后續(xù)的的直線度控制系統(tǒng)、電液控系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（掘進(jìn)機(jī)位姿態(tài)參數(shù)）。

依據(jù)工藝要求，將掘進(jìn)機(jī)的偏移量作為幾何約束條件，形成基于掘進(jìn)機(jī)位姿態(tài)參數(shù)、幾何約束條件的卡爾曼濾波技術(shù)，進(jìn)而生成直線度控制模型，為電液控系統(tǒng)提供偏移行程量。該直線度控制系統(tǒng)可以完成綜掘工作面的高精度自動準(zhǔn)直。

IX作為SOKKIA主打的超聲波馬達(dá)全站儀，以其*的性能在各種工作環(huán)境中都游刃有余，在監(jiān)測、單人測量、BIM放樣等等領(lǐng)域。

掘進(jìn)機(jī)航位推算系統(tǒng)需要全站儀快速準(zhǔn)確的獲取掘進(jìn)機(jī)的里程、姿態(tài)信息。IX憑借其出色的棱鏡追蹤能力。能夠快實現(xiàn)10HZ/秒的數(shù)據(jù)更新。可以給掘進(jìn)機(jī)行位推算系統(tǒng)提供高精度即時的三維空間坐標(biāo)。

本套方案通過IX全站儀提供高精度即時三維空間坐標(biāo)與慣性導(dǎo)航東北天軸系坐標(biāo)相融合，疊加測量數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)推算，自動進(jìn)行實時誤差修正，提高了控制端對掘進(jìn)裝備的位姿測控能力以及井下掘進(jìn)裝備姿態(tài)實時感知能力，解決了掘進(jìn)裝備井下定位精度低，姿態(tài)實時感知控制能力差等系統(tǒng)性技術(shù)難點問題。

1、技術(shù)可行性

針對掘進(jìn)裝備導(dǎo)航定位關(guān)鍵技術(shù)：掘進(jìn)機(jī)慣性導(dǎo)航定位、慣導(dǎo)多源融合定位算法理論、掘進(jìn)智能控制系統(tǒng)等進(jìn)行了大量的調(diào)研和研究工作，開展了慣性導(dǎo)航位姿解算、掘進(jìn)智能控制系統(tǒng)等研究，已開展了掘進(jìn)機(jī)截割路徑規(guī)劃策略、掘進(jìn)機(jī)慣性導(dǎo)航定位等相關(guān)技術(shù)實際應(yīng)用并取得良好應(yīng)用效果。

2、技術(shù)先進(jìn)性

（1）掘進(jìn)全工況下，導(dǎo)航定位系統(tǒng)的空間位置測量精度：同類產(chǎn)品測量精度在±5～10cm 范圍，本組合方案空間位置動態(tài)測量精度達(dá)到±3cm；

（2）航向角和姿態(tài)角測量精度：現(xiàn)階段國內(nèi)系統(tǒng)航向角和姿態(tài)角測量精度 0.1°，本方案航向角和姿態(tài)角測量精度 0.03°；

（3）考慮到巷道復(fù)雜環(huán)境、掘進(jìn)工藝和掘進(jìn)機(jī)振動特性，提出慣性導(dǎo)航、全站儀、動態(tài)修正、UWB 雷達(dá)等多源信息緊耦合的掘進(jìn)機(jī)導(dǎo)航算法，實現(xiàn)無 GPS/北斗條件下的掘進(jìn)機(jī)精確定位定姿。

監(jiān)控平臺界面

基于光纖慣導(dǎo)的掘進(jìn)裝備位姿解算及其標(biāo)定方法。利用數(shù)字全站儀測量棱鏡位置信息，建立掘錨機(jī)全站儀位姿測量模型，進(jìn)而實現(xiàn)位姿求解。光纖慣導(dǎo)利用其位姿信息實現(xiàn)組合定位。

此系統(tǒng)已在國內(nèi)多個礦山企業(yè)應(yīng)用：皖北煤電、汾西、陜煤。

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