專利名稱：位姿自動測量裝置和工程機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量領(lǐng)域，具體而言，涉及一種位姿自動測量裝置和工程機(jī)械。
背景技術(shù)：
在煤礦采煤過程中，煤礦煤層的厚度、寬度及走向在開采前，已經(jīng)基本勘測完成，在煤礦中采煤的過程中，基本都是通過人工測量來確認(rèn)機(jī)械當(dāng)前的采煤位置，然后制定下一步采煤計劃。目前，通常采用激光定位方法來測量機(jī)械位姿，利用激光發(fā)射器、線激光發(fā)射器機(jī)架、激光標(biāo)靶及傾角傳感器的融合實現(xiàn)位姿測量，在復(fù)雜煤層工況的情況下則顯得較為麻煩，具體表現(xiàn)為

I)激光發(fā)射器安裝時存在誤差，并且伴隨連采機(jī)遠(yuǎn)離激光發(fā)射器的距離越大，其 引起的誤差也越大；2)復(fù)雜煤層開采時，連采機(jī)需要頻繁的轉(zhuǎn)彎及上下開采，此時由于頻繁挪動激光發(fā)射器，造成較大誤差；3)機(jī)械的實際工作路徑仍需要操作者進(jìn)行人工的測量計算。因此，需要一種新的位姿測量方案，需要能夠解決以下至少一個問題I)解決由于人為安裝造成的誤差，將人為誤差因素降為最小；2)在煤層工況復(fù)雜的環(huán)境下，不需要頻繁的讓操作者進(jìn)行安裝測量等；3)連采機(jī)在長時間工作的情況下，基本上可以定位連采機(jī)的當(dāng)前工作位置；4)取代操作者人為測量連采機(jī)的工作路徑，完成自動計算工作路徑，并且精度較聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是基于上述問題，提出了一種位姿自動測量裝置，能夠減小測量誤差，并自動測量目標(biāo)的位姿信息。有鑒于此，本發(fā)明提出了一種位姿自動測量裝置，包括單軸陀螺儀和/或多軸陀螺儀，實時檢測工程機(jī)械的水平角度信息；所述多軸陀螺儀和/或本體傾角傳感器，實時檢測所述工程機(jī)械的垂直角度信息；控制器，獲取所述工程機(jī)械的行走電機(jī)的線速度和角速度，根據(jù)所述行走電機(jī)的線速度和角速度，得到所述工程機(jī)械的位移，并結(jié)合所述水平角度信息、所述垂直角度信息以及所述位移，確定所述工程機(jī)械的位姿信息。在該技術(shù)方案中，可以自動獲取工程機(jī)械的位姿信息，而且采用單軸陀螺儀和/或多軸陀螺儀、多軸陀螺儀和/或本體傾角傳感器的組合，可以實時測量工程機(jī)械的位姿信息，而不必因工況調(diào)整測量設(shè)備，提高了檢測的效率，也進(jìn)一步地提高了測量的準(zhǔn)確度。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，還包括增量編碼器，設(shè)置在所述工程機(jī)械的減速機(jī)構(gòu)上，實時檢測所述行走電機(jī)的線速度和角速度，以提供給所述控制器。在該技術(shù)方案中，增量編碼器采集工程機(jī)械左右行走電機(jī)的線速度和角速度，控制器對線速度和角速度進(jìn)行分析處理后，可以得到工程機(jī)械的轉(zhuǎn)動角度及行走部行進(jìn)的位移。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述增量編碼器通過軟連接的方式，連接至所述減速機(jī)構(gòu)上。在該技術(shù)方案中，軟連接方式可以是通過彈性元件連接，由于增量編碼器連接至行走電機(jī)的減速機(jī)構(gòu)，在工作時會發(fā)生振動，容易造成增量式編碼器發(fā)生移動，甚至與其他部件相撞導(dǎo)致增量式編碼器損壞，而通過彈性元件連接至減速機(jī)構(gòu)，可以在增量式編碼器的位置發(fā)生變化時自動調(diào)節(jié)，而不會與其他部件相撞，提高了增量式編碼器的使用壽命。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述控制器從所述工程機(jī)械的變頻器中，讀取所述行走電機(jī)的線速度和角速度，其中，所述變頻器采用V/F開環(huán)變頻模式或無速度傳感器模式。

在該技術(shù)方案中，當(dāng)變頻器采用V/F開環(huán)變頻模式或無速度傳感器變頻模式時，控制器可以直接從變頻器中讀取行走電機(jī)的實時角速度和線速度。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述控制器以總線方式連接至所述變頻器。在該技術(shù)方案中，控制器可以通過總線直接從變頻器中讀取行走電機(jī)的實時角速度和線速度。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述控制器還根據(jù)所述行走電機(jī)的線速度和角速度，得到所述工程機(jī)械的轉(zhuǎn)動角度，并對所述轉(zhuǎn)動角度和所述水平角度信息進(jìn)行對比，按對比結(jié)果控制所述行走電機(jī)，以糾正所述工程機(jī)械的軸向和/或橫向滑動誤差。在該技術(shù)方案中，控制器可以根據(jù)轉(zhuǎn)動角度和水平角度的對比結(jié)果，對工程機(jī)械的軸向和/或橫向滑動進(jìn)行糾正運算處理，并且可以彌補機(jī)械誤差造成的影響。在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述控制器根據(jù)所述工程機(jī)械的位姿信息，繪制所述工程機(jī)械的工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，控制器可以定時運算并記錄工程機(jī)械的位移及位姿，得到工程機(jī)械的實際工作路徑圖，工作路徑圖可以存儲至控制器中的閃存中，可以通過界面等人機(jī)接口，提供給用戶一個較為準(zhǔn)確的采煤工作路徑圖。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，還包括時間設(shè)置模塊，設(shè)置時間信息，所述控制器按所述時間信息，定時獲取所述工程機(jī)械的位置信息，來繪制所述工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置定時的時間，時間越長其精度越差，時間越短其控制器資源占用越多，但是精度較高。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，還包括展現(xiàn)模塊，展現(xiàn)所述工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，通過將工作路徑圖展現(xiàn)，可以使用戶直觀地、方便地觀察到工程機(jī)械的工作路徑圖。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提出了一種工程機(jī)械，包括上述任一項所述的位姿自
動測量裝置。通過以上技術(shù)方案，可以實現(xiàn)一種位姿自動測量裝置和一種工程機(jī)械，能夠解決由于人為安裝造成的誤差，將人為誤差因素降為最小；在煤層工況復(fù)雜的環(huán)境下，不需要頻繁的讓操作者進(jìn)行安裝測量等；連采機(jī)在長時間工作的情況下，基本上可以定位連采機(jī)的當(dāng)前工作位置；取代操作者人為測量連采機(jī)的工作路徑，完成自動計算工作路徑，并且精度較聞。


圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量裝置的框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量方法的流程圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可 以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量裝置的框圖。如圖I所示，位姿自動測量裝置100包括單軸陀螺儀102和/或多軸陀螺儀104，實時檢測工程機(jī)械的水平角度信息；多軸陀螺儀104和/或本體傾角傳感器106，實時檢測工程機(jī)械的垂直角度信息；或采用多軸陀螺儀104同時檢測工程機(jī)械的水平角度信息及垂直角度信息；控制器108，獲取工程機(jī)械的行走電機(jī)的線速度和角速度，根據(jù)行走電機(jī)的線速度和角速度，得到工程機(jī)械的位移，并結(jié)合水平角度信息、垂直角度信息以及位移，確定工程機(jī)械的位姿信息。在該技術(shù)方案中，可以自動獲取工程機(jī)械的位姿信息，而且采用單軸陀螺儀102和/或多軸陀螺儀104、多軸陀螺儀104和/或本體傾角傳感器106的組合，可以實時測量工程機(jī)械的位姿信息，而不必因工況調(diào)整測量設(shè)備，提高了檢測的效率，也進(jìn)一步地提高了測量的準(zhǔn)確度。在上述技術(shù)方案中，還包括增量編碼器112，設(shè)置在工程機(jī)械的減速機(jī)構(gòu)上，實時檢測行走電機(jī)的線速度和角速度，以提供給控制器108。在該技術(shù)方案中，增量編碼器112采集工程機(jī)械左右行走電機(jī)的線速度和角速度，控制器108對線速度和角速度進(jìn)行分析處理后，可以得到工程機(jī)械的轉(zhuǎn)動角度及行走部行進(jìn)的位移。在上述技術(shù)方案中，增量編碼器112通過軟連接的方式，連接至所述減速機(jī)構(gòu)上。在該技術(shù)方案中，軟連接方式可以是通過彈性元件連接，由于增量編碼器112連接至行走電機(jī)的減速機(jī)構(gòu)，在工作時會發(fā)生振動，容易造成增量式編碼器112發(fā)生移動，甚至與其他部件相撞導(dǎo)致增量式編碼器112損壞，而通過彈性元件連接至減速機(jī)構(gòu)，可以在增量式編碼器112的位置發(fā)生變化時自動調(diào)節(jié)，而不會與其他部件相撞，提高了增量式編碼器112的使用壽命。在上述技術(shù)方案中，控制器108從工程機(jī)械的變頻器中，讀取行走電機(jī)114的線速度和角速度，其中，變頻器采用V/F開環(huán)變頻模式或無速度傳感器模式。在該技術(shù)方案中，當(dāng)變頻器采用V/F開環(huán)變頻模式或無速度傳感器變頻模式時，控制器108可以直接從變頻器中讀取行走電機(jī)的實時角速度和線速度。
在上述技術(shù)方案中，控制器108以總線方式連接至變頻器。在該技術(shù)方案中，控制器108可以通過總線直接從變頻器中讀取行走電機(jī)的實時角速度和線速度。在上述技術(shù)方案中，控制器108還根據(jù)行走電機(jī)的線速度和角速度，得到工程機(jī)械的轉(zhuǎn)動角度，并對轉(zhuǎn)動角度和水平角度信息進(jìn)行對比，按對比結(jié)果控制行走電機(jī)，以糾正工程機(jī)械的軸向和/或橫向滑動誤差。在該技術(shù)方案中，控制器108可以根據(jù)轉(zhuǎn)動角度和水平角度的對比結(jié)果，對工程機(jī)械的軸向和/或橫向滑動進(jìn)行糾正運算處理，并且可以彌補機(jī)械誤差造成的影響。在上述任一技術(shù)方案中，控制器108根據(jù)工程機(jī)械的位姿信息，繪制工程機(jī)械的 工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，控制器108能夠得到工程機(jī)械的實際工作路徑圖，工作路徑圖可以存儲至控制器108中的閃存中。在上述技術(shù)方案中，還包括時間設(shè)置模塊，設(shè)置時間信息，控制器108按時間信息，定時獲取工程機(jī)械的位置信息，來繪制工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，控制器108可以定時運算并記錄工程機(jī)械的位移及位姿，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置定時的時間，時間越長其精度越差，時間越短其控制器資源占用越多，但是精度較高。在上述技術(shù)方案中，還包括展現(xiàn)模塊，展現(xiàn)工作路徑圖。在該技術(shù)方案中，可以通過界面等人機(jī)接口，提供給用戶一個較為準(zhǔn)確的采煤工作路徑圖，通過將工作路徑圖展現(xiàn)，可以使用戶直觀地、方便地觀察到工程機(jī)械的工作路徑圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，單軸陀螺儀102提供當(dāng)前位姿水平角度信息；本體傾角傳感器106提供垂直角度信息；變頻器110帶動行走電機(jī)114,經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)116,實現(xiàn)對履帶的行走部118的實時控制，增量式編碼器112安裝在減速機(jī)構(gòu)上，但可以測量行走電機(jī)114的實際轉(zhuǎn)速；利用單軸陀螺儀102、增量式編碼器112、本體傾角傳感器104反饋工況信息及控制器108處理,實現(xiàn)位姿的自動測量。單軸陀螺儀102實時采集連采機(jī)的水平角度信息Θ ;增量式編碼器112實時采集左右行走電機(jī)114的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過控制器108換算后得到工程機(jī)械的行走線速度V，行走角速度ω，可以設(shè)定逆時針為正；本體傾角傳感器104實時采集連采機(jī)的垂直角度信息α。在兩側(cè)行走電機(jī)114的減速機(jī)構(gòu)116安裝增量式編碼器112，增量式編碼器112可以采用軟連接方式連接至減速機(jī)構(gòu)116，最大程度地保護(hù)增量式編碼器112的使用壽命。增量式編碼器112通過減速機(jī)構(gòu)116采集行走電機(jī)114的實際速度實時反饋至控制器108，控制器108將線速度V和角速度ω運算處理后，得出連采機(jī)的位移P及轉(zhuǎn)動角度β，根據(jù)轉(zhuǎn)動角度β和水平角度信息Θ的對比分析，可以對連采機(jī)軸向及橫向滑動誤差進(jìn)行糾正運算處理，并且可以彌補機(jī)械誤差造成的影響?？刂破?08可以采取定時運算記錄連采機(jī)位移及位姿的方式，記錄工程機(jī)械的實際工作路徑曲線圖，定時的時間需要綜合考慮，時間越長其精度越差，時間越短其控制器資源占用越多，但是精度較高。
控制器108對垂直角度信息、水平角度信息、位移信息進(jìn)行運算處理后，獲得工程機(jī)械的實際工作路徑曲線圖，并存儲到控制器中的閃存中，可以通過界面等人機(jī)接口，提供給用戶一個較為準(zhǔn)確的采煤工作路徑曲線圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量方法的流程圖。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的位姿自動測量方法包括步驟202，單軸陀螺儀測量當(dāng)前連采機(jī)的水平角度，增量式編碼器實時采集左右行走電機(jī)的轉(zhuǎn)速，本體傾角傳感器測量連采機(jī)的垂直角度；編碼器實時采集左右行走電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過計算轉(zhuǎn)換成履帶行走位移和轉(zhuǎn)動角度；步驟204，控制器分析換算后得出的轉(zhuǎn)動角度和單軸陀螺儀的測量角度對比分析 后，消除由于連采機(jī)橫向及軸向滑動引起的慣性誤差，并且實時更新連采機(jī)的當(dāng)前位姿。步驟206，垂直角度、水平角度、位移換算后整合，獲得連采機(jī)的實際工作路徑曲線圖。在步驟206之后，繼續(xù)返回步驟204測量工程機(jī)械的實時位姿信息。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提出了一種工程機(jī)械，包括上述任一項所述的位姿自
動測量裝置。以上結(jié)合附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明的技術(shù)方案，考慮到相關(guān)技術(shù)中，工程機(jī)械的位姿信息由人工測量和激光測量的測量結(jié)果誤差較大。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，可以實現(xiàn)一種位姿自動測量裝置和一種工程機(jī)械，能夠解決由于人為安裝造成的誤差，將人為誤差因素降為最??；在煤層工況復(fù)雜的環(huán)境下，不需要頻繁的讓操作者進(jìn)行安裝測量等；連采機(jī)在長時間工作的情況下，基本上可以定位連采機(jī)的當(dāng)前工作位置；取代操作者人為測量連采機(jī)的工作路徑，完成自動計算工作路徑，并且精度較高。。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種位姿自動測量裝置，其特征在于，包括 單軸陀螺儀和/或多軸陀螺儀，實時檢測工程機(jī)械的水平角度信息； 所述多軸陀螺儀和/或本體傾角傳感器，實時檢測所述工程機(jī)械的垂直角度信息；控制器，獲取所述工程機(jī)械的行走電機(jī)的線速度和角速度，根據(jù)所述行走電機(jī)的線速度和角速度，得到所述工程機(jī)械的位移，并結(jié)合所述水平角度信息、所述垂直角度信息以及所述位移，確定所述工程機(jī)械的位姿信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，還包括 增量編碼器，設(shè)置在所述工程機(jī)械的減速機(jī)構(gòu)上，實時檢測所述行走電機(jī)的線速度和角速度，以提供給所述控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，所述增量編碼器通過軟連接的方式，連接至所述減速機(jī)構(gòu)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，所述控制器從所述工程機(jī)械的變頻器中，讀取所述行走電機(jī)的線速度和角速度，其中，所述變頻器采用V/F開環(huán)變頻模式或無速度傳感器模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，所述控制器以總線方式連接至所述變頻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，所述控制器還根據(jù)所述行走電機(jī)的線速度和角速度，得到所述工程機(jī)械的轉(zhuǎn)動角度，并對所述轉(zhuǎn)動角度和所述水平角度信息進(jìn)行對比，按對比結(jié)果控制所述行走電機(jī)，以糾正所述工程機(jī)械的軸向和/或橫向滑動誤差。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，所述控制器根據(jù)所述工程機(jī)械的位姿信息，繪制所述工程機(jī)械的工作路徑圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，還包括 時間設(shè)置模塊，設(shè)置時間信息，所述控制器按所述時間信息，定時獲取所述工程機(jī)械的位置信息，來繪制所述工作路徑圖。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的位姿自動測量裝置，其特征在于，還包括 展現(xiàn)模塊，展現(xiàn)所述工作路徑圖。
10.一種工程機(jī)械，其特征在于，包括權(quán)利要求I至9中任一項所述的位姿自動測量裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種位姿自動測量裝置，包括單軸陀螺儀和/或多軸陀螺儀，實時檢測工程機(jī)械的水平角度信息；所述多軸陀螺儀和/或本體傾角傳感器，實時檢測所述工程機(jī)械的垂直角度信息；控制器，獲取所述工程機(jī)械的行走電機(jī)的線速度和角速度，根據(jù)所述行走電機(jī)的線速度和角速度，得到所述工程機(jī)械的位移，并結(jié)合所述水平角度信息、所述垂直角度信息以及所述位移，確定所述工程機(jī)械的位姿信息。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提出了一種工程機(jī)械。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠減小測量誤差，并自動測量目標(biāo)的位姿信息。
文檔編號G01B21/02GK102818557SQ20121027968
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者易定忠, 徐鵬, 李鵬 申請人:三一重型裝備有限公司