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IX超聲波馬達(dá)測(cè)量機(jī)器人在智慧礦山中新應(yīng)用
近期國(guó)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(dòng)礦山設(shè)備制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)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(duì)于煤礦來(lái)講，就是以無(wú)人值守采煤掘進(jìn)技術(shù)為代表的智慧綜采工作面和無(wú)人掘進(jìn)工作面。對(duì)于非煤礦山來(lái)講，可能是以智慧爆破采礦為代表或者以自動(dòng)機(jī)械采礦技術(shù)為代表的無(wú)人采礦工作面和無(wú)人掘進(jìn)工作面系統(tǒng)。
智慧綜采工作面和無(wú)人掘進(jìn)工作面直觀的體現(xiàn)在工作面少人、減人、無(wú)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(hào)干擾大以及潮濕環(huán)境中，機(jī)械裝備在高頻率強(qiáng)震動(dòng)沖擊的工作模式下，現(xiàn)有的智能測(cè)控系統(tǒng)設(shè)備以及技術(shù)方案，無(wú)法滿足掘進(jìn)裝備在井下全工況環(huán)境中，長(zhǎng)航時(shí)無(wú)偏差姿態(tài)控制和實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位的技術(shù)需求。國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試中，都存在掘進(jìn)裝備在長(zhǎng)航時(shí)工作狀態(tài)下定位精度偏差大，安全穩(wěn)定性不高等問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)外已有報(bào)道現(xiàn)有技術(shù)方案
/ 激光測(cè)距儀+傾角儀
此方案優(yōu)點(diǎn)是成本低，但是不能給出掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)頭相對(duì)于地理坐標(biāo)系的絕對(duì)坐標(biāo)，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)實(shí)際航向與目標(biāo)航向有偏差的時(shí)，只能給出相對(duì)變化量;
/ 激光靶標(biāo)+視覺(jué)定位
（1）此方案優(yōu)點(diǎn)是成本低，只能靜態(tài)測(cè)量工作低，受巷道實(shí)際工況環(huán)境變化影響，長(zhǎng)時(shí)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(diǎn)云圖，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)偏離地測(cè)部門(mén)所給的掘進(jìn)中線時(shí)， 此方案只能給出相對(duì)變化量，沒(méi)有絕對(duì)變化。
/ 慣導(dǎo)+里程計(jì)方案
由于里程計(jì)安裝在輪式皮帶軸上，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)履帶有打滑時(shí)，就會(huì)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(yáng)金圖公司與中行天佑公司合作開(kāi)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(guò)對(duì)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(dòng)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(cè)、單人測(cè)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(shí)現(xiàn)10HZ/秒的數(shù)據(jù)更新?？梢越o掘進(jìn)機(jī)行位推算系統(tǒng)提供高精度即時(shí)的三維空間坐標(biāo)。
本套方案通過(guò)IX全站儀提供高精度即時(shí)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(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)推算，自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)誤差修正，提高了控制端對(duì)掘進(jìn)裝備的位姿測(cè)控能力以及井下掘進(jìn)裝備姿態(tài)實(shí)時(shí)感知能力，解決了掘進(jìn)裝備井下定位精度低，姿態(tài)實(shí)時(shí)感知控制能力差等系統(tǒng)性技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題。
1、技術(shù)可行性
針對(duì)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(kāi)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(kāi)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(shí)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(cè)量精度：同類(lèi)產(chǎn)品測(cè)量精度在±5～10cm 范圍，本組合方案空間位置動(dòng)態(tài)測(cè)量精度達(dá)到±3cm；
（2）航向角和姿態(tài)角測(cè)量精度：現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)系統(tǒng)航向角和姿態(tài)角測(cè)量精度 0.1°，本方案航向角和姿態(tài)角測(cè)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(dòng)特性，提出慣性導(dǎo)航、全站儀、動(dòng)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(shí)現(xiàn)無(wú) GPS/北斗條件下的掘進(jìn)機(jī)精確定位定姿。
監(jiān)控平臺(tái)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(cè)量棱鏡位置信息，建立掘錨機(jī)全站儀位姿測(cè)量模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)位姿求解。光纖慣導(dǎo)利用其位姿信息實(shí)現(xiàn)組合定位。
此系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)多個(gè)礦山企業(yè)應(yīng)用：皖北煤電、汾西、陜煤。
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