申请/专利权人：太原理工大学

申请日：2021-12-10

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN114970073B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F17/16;G06F119/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2022.09.16#实质审查的生效;2022.08.30#公开

摘要：本发明提供了一种基于激光雷达的采煤机虚实融合定位方案，包括底层数据处理系统、数据修正系统和虚拟现实系统。利用采煤机上安装的两台二维激光雷达、倾角传感器和里程计采集支架和采煤机的姿态数据，经由数据修正系统修正后通过精定位系统和粗定位系统中内置的解算模块获得采煤机在工作面内的相对位置信息和绝对位置信息。在虚拟现实环境中实现截割推进过程的仿真运动，并通过人机交互获取采煤机位置信息同时给出定位结果置信度的判定。本发明为采煤机在复杂底板条件下的定位提供了一种基于激光雷达和虚拟现实技术的解决方案，解决了中小型煤矿由于无法负担昂贵的惯导仪器而导致的采煤机无法准确定位的问题，有利于降低采煤机定位的投入成本。同时避免了采煤机依靠惯导定位误差随时间累计导致长时间定位不准确的问题。

主权项：1.一种基于激光雷达的采煤机虚实融合定位系统，其特征在于：包括底层数据处理系统、数据修正系统和虚拟现实系统，底层数据处理系统包括精定位子系统与粗定位子系统；所述的数据修正系统对倾角传感器采集到的液压支架与采煤机姿态角信息的数据进行优化，优化后的数据通过数据库接入到精定位系统中作为已知变量使用；所述的精定位子系统对采煤机上的任意一点的相对位置进行定位；所述的粗定位子系统对采煤机在工作面上的整体位置进行定位；所述的虚拟现实系统包括虚拟仿真系统、人机交互界面和置信度判定系统，整体位置定位结果通过建立的动态链接库接入虚拟仿真系统中驱动虚拟场景运作，同时将场景中采集到的采煤机实时位置数据对定位结果的置信度进行判定，最终将定位结果、场景实时位置数据、判定置信度结果在人机交互界面中显示，依据判定结果对底层数据处理系统中的参数进行调整，再次将定位结果通过动态链接库与虚拟现实系统进行交互；所述的精定位子系统包括参数预处理模块、相对定位解算模块以及相对定位结果的获取，其中参数预处理模块获取相对定位所需的基本尺寸参数及根据液压支架和采煤机的相对姿态对定位解析过程中的部分公式进行修正；相对定位解算模块通过激光雷达扫描液压支架立柱获取距离及角度信息，通过在采煤机机身上安装的激光雷达处及对应液压支架上建立的数个空间直角坐标系进行三维空间坐标变换，确定采煤机上定位点在液压支架基准坐标系上的位置坐标，实现采煤机的相对定位结果的获取所述的参数预处理模块中，定位所需的基本尺寸参数由测试所选取的液压支架、采煤机、刮板输送机的装配图及三机配套图获得，精定位子系统中所使用的融合后的已知变量包括数据修正系统优化后的液压支架俯仰角、横滚角，采煤机机身的横滚角、俯仰角；所述的粗定位子系统中，整体定位解算模块通过对应支架判定及里程计数据解算判定采煤机精定位所选取的对应液压支架，判定完成后将精定位结果接入即可获得采煤机在工作面上的整体定位结果；其中对应支架判定的具体过程为：采煤机在工作时，其路径由铺设好的刮板输送机确定，依靠滑靴沿着每一节中部槽在整个工作面上往复运动，实现采煤作业，而刮板输送机的每一节中部槽则由对应的一台液压支架进行推溜来使其朝着煤壁方向运动，采煤机的运动路径可以与排布在整个工作面上的液压支架群对应起来，从而实现采煤机在整个工作面上的定位；里程计数据解算判定具体过程为：将获得的采煤机行程数据与对应型号的刮板输送机中部槽长度相除，借助雷达布置图与采煤机装配图计算出激光雷达所在的中部槽槽号，将与该节中部槽相连接的液压支架判定为雷达对应的液压支架；所述的数据修正系统中，将获取的历史数据与实时数据通过贝叶斯估计算法相融合，其中历史数据指的是前两刀截割过程中倾角传感器测得的采煤机机身姿态角及前一刀截割过程中倾角传感器测得的液压支架的姿态角；根据装备三机配套图可知一次截割过程中液压支架的俯仰角和横滚角大致可与前两刀采煤机机身的横滚角和俯仰角数值均值相同，而前一刀的液压支架姿态角可对均值结果进行修正，取修正后的数值作为贝叶斯估计算法的先验信息，贝叶斯估计算法中的样本信息由实时测量的液压支架及采煤机姿态角度获取，通过上述数据融合过程即可完成对倾角传感器采集到的液压支架与采煤机姿态角信息的优化。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 太原理工大学 一种基于激光雷达的采煤机虚实融合定位系统

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