專利名稱：具有定位功能的井下導航裝置及鏟運機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種井下導航裝置，尤其涉及一種具有定位功能的井下導航裝置及鏟
運機。
背景技術：
近年來，隨著世界經濟的飛速發展，礦產資源開發面臨的形勢日益嚴峻，現有礦產 資源逐漸全面轉入地下開采，并向深部和難開采資源延伸，地下開采不可避免的給各種采 礦作業帶來了一定的風險和難度。鏟運機作為地下采礦的主要運輸設備，其主要工作方式 一般由人為駕駛到高危的礦井下進行出礦作業。但隨著開采深度的不斷提高，井下的工作 環境越來越惡劣，同時還伴有不確定的冒頂等危險因素，鏟運機駕駛員的人生安全得不到 保障。 現有技術中，采用的措施是通過遠程遙控鏟運機。
上述現有技術至少存在以下缺點 —方面由于巷道工作條件的惡劣，數據的傳輸容易受到干擾，可靠性下降；另一方 面遙控系統需要大量的視頻設備相配合，增加了系統的成本和復雜程度，很難實現自主導 航。
發明內容
本發明的目的是提供一種能夠順利的進行自主導航的具有定位功能的井下導航 裝置及鏟運機。 本發明的目的是通過以下技術方案實現的 本發明的具有定位功能的井下導航裝置，包括環境信息檢測裝置模塊、位置信息 檢測裝置模塊、速度信息檢測裝置模塊、航向信息檢測裝置模塊、轉向夾角信息檢測裝置模 塊、導航算法模塊、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境信息檢測裝置模塊、位置信息檢測裝置模 塊、速度信息檢測裝置模塊、航向信息檢測裝置模塊和轉向夾角信息檢測裝置模塊傳來的 原始采集信息，并將接收的原始采集信息輸入給導航算法模塊； 所述導航算法模塊對原始采集信息進行處理，得出導航信息，并將該導航信息輸 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該導航信息向被導航設備發 出控制信號； 所述被導航設備根據接收的控制信號決定行走方法和路徑； 所述地圖信息顯示模塊實時顯示所述被導航設備在井下的位置坐標及導航信息 參數。 本發明的鏟運機，該鏟運機裝有上述的具有定位功能的井下導航裝置。 由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明所述的具有定位功能的井下導航
裝置及鏟運機，由于包括環境信息檢測裝置模塊、位置信息檢測裝置模塊、速度信息檢測裝置模塊、航向信息檢測裝置模塊、轉向夾角信息檢測裝置模塊、導航算法模塊、地圖信息顯 示模塊和控制處理器單元模塊。可以方便的進行鏟運機周圍環境及巷道信息的采集，結合 鏟運機的運動學和動力學，規劃出適合鏟運機行走的路線，保證鏟運機能夠順利的進行自 主導航，實現在井下巷道環境的無人控制行駛。
圖1為本發明的具有定位功能的井下導航裝置的系統框圖；
圖2為本發明的鏟運機的結構示意圖； 圖3為本發明的具有定位功能的井下導航裝置的導航過程示意圖。
具體實施例方式
本發明的具有定位功能的井下導航裝置，其較佳的具體實施方式
如圖l所示，包 括環境信息檢測裝置模塊、位置信息檢測裝置模塊、速度信息檢測裝置模塊、航向信息檢測 裝置模塊、轉向夾角信息檢測裝置模塊、導航算法模塊、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境信息檢測裝置模塊、位置信息檢測裝置模 塊、速度信息檢測裝置模塊、航向信息檢測裝置模塊和轉向夾角信息檢測裝置模塊傳來的 原始采集信息，并將接收的原始采集信息輸入給導航算法模塊； 所述導航算法模塊對原始采集信息進行處理，得出導航信息，并將該導航信息輸 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該導航信息向被導航設備發 出控制信號； 所述被導航設備根據接收的控制信號決定行走方法和路徑； 所述地圖信息顯示模塊實時顯示所述被導航設備在井下的位置坐標及導航信息 參數。 所述被導航設備可以包括在井下巷道中行走的鏟運機，也可以是其它的進行行走 設備。 所述環境信息檢測裝置模塊主要是完成鏟運機周圍環境信息的采集，包括鏟運機
行駛方向前方一定距離內巷道的結構信息、鏟運機在巷道內的縱向位置信息。 位置信息檢測裝置模塊主要完成鏟運機的實時位置處理，保證在自主導航過程
中，鏟運機位置信息在地圖顯示模塊上的實時顯示。 速度信息檢測裝置模塊主要完成鏟運機實時速度的檢測。 航向信息檢測裝置模塊主要完成鏟運機在巷道內的實時相對航向信息的測量，作 為鏟運機的自主導航中最基本的參數，航向測量裝置模塊的精度直接影響導航效果。
轉向夾角信息檢測裝置模塊主要完成鏟運機前后車體轉向夾角的測量，前后車體 轉向角作為鏟運機行駛過程中最重要的參數之一，其精度也直接影響導航效果的好壞。
導航算法模塊是整個裝置的核心，其通過處理一系列檢測裝置的信息，對信息進 行融合處理后，引導控制處理器單元發出控制信號，決定鏟運機的行走方法和路徑。
地圖信息顯示模塊主要是實時顯示鏟運機在整體巷道中的位置坐標等導航過程 中的各種參數。
本發明的鏟運機，其較佳的具體實施方式
如圖2所示，該鏟運機2裝有上述的具有 定位功能的井下導航裝置3，該鏟運機2用于在井下巷道1中行走。 本發明可以方便的進行鏟運機周圍環境及巷道信息的采集，結合鏟運機的運動學 和動力學，規劃出適合鏟運機行走的路線，保證鏟運機能夠順利的進行自主導航，實現在井 下巷道環境的無人控制行駛。 下面結合附圖及實施方法，對本發明進一步詳細說明 如圖1、圖2所示，在巷道內行走的鏟運機上裝載有一系列檢測裝置模塊和相關 信息處理模塊，包括環境信息檢測裝置模塊、位置信息檢測裝置模塊、速度信息檢測裝置模 塊、航向信息檢測裝置模塊、轉向夾角信息檢測裝置模塊、導航算法模塊、地圖信息顯示模 塊和控制處理器單元模塊等。 其中速度信息檢測可以給位置信息檢測提供基礎，環境信息檢測主要是利用一系 列傳感器實現對鏟運機前方和側面的巷道信息的檢測和處理，進而構建鏟運機相對于巷道 的數字模型圖。航向信息檢測裝置模塊和速度信息檢測裝置模塊既為位置信息檢測裝置提 供一定的基礎信息，也為鏟運機的導航提供足夠的信息支持。 如圖3所示，是鏟運機自主導航算法流程圖，鏟運機的自主導航方法和工作流程 主要如下 首先要確定鏟運機的起始點和終點，起始點一旦確定，利用相關檢測裝置單元進 行鏟運機的位置、航向和轉向角信息檢測，包括起始點位置坐標、起始點航向角、起始點前 后車體夾角，將這些信息存儲到控制單元處理器模塊并經過變換后送入地圖顯示單元，在 地圖上實時顯示鏟運機的初始各個姿態和位置信息。隨后裝載在鏟運機車身上的環境信息 檢測裝置模塊對鏟運機周圍環境信息進行檢測，該檢測模塊可以是圖像視頻檢測，也可以 是激光掃描檢測，主要目的是通過一系列檢測單元進行環境信息檢測，構建巷道的結構圖， 根據巷道和鏟運機相對位置關系，判斷鏟運機下一步行動的轉向信息、速度信息等，指導鏟 運機進行自主導航，此項工作主要由導航算法模塊完成。在進行導航算法的計算中，同樣需 要轉角、航向、位置等鏟運機運動特性參數的支持。經過導航算法模塊的計算后，由鏟運機 控制處理器單元給出鏟運機的下一步運動規劃，在一個信息更新周期內，利用檢測裝置進 行信息更新，并在地圖顯示信息模塊中進行相關信息的更新。在一個信息更新周期時間截 止時，利用終點判斷模塊判斷鏟運機是否到達終點，如果沒有達到終點，則繼續跳轉到環境 信息檢測裝置模塊處繼續順序執行。如果判斷已經到達終點，則利用結束模塊完成此次導 航任務。 本發明可以應用在井下巷道環境的鏟運機上，特別應用于自主式無人駕駛鏟運機 的自主導航。 以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種具有定位功能的井下導航裝置，其特征在于，包括環境信息檢測裝置模塊、位置信息檢測裝置模塊、速度信息檢測裝置模塊、航向信息檢測裝置模塊、轉向夾角信息檢測裝置模塊、導航算法模塊、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境信息檢測裝置模塊、位置信息檢測裝置模塊、速度信息檢測裝置模塊、航向信息檢測裝置模塊和轉向夾角信息檢測裝置模塊傳來的原始采集信息，并將接收的原始采集信息輸入給導航算法模塊；所述導航算法模塊對原始采集信息進行處理，得出導航信息，并將該導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該導航信息向被導航設備發出控制信號；所述被導航設備根據接收的控制信號決定行走方法和路徑；所述地圖信息顯示模塊實時顯示所述被導航設備在井下的位置坐標及導航信息參數。
2. 根據權利要求1所述的具有定位功能的井下導航裝置，其特征在于，所述被導航設 備包括在井下巷道中行走的鏟運機。
3. 根據權利要求2所述的具有定位功能的井下導航裝置，其特征在于，所述的環境信 息檢測裝置模塊用于完成鏟運機周圍環境信息的采集，包括鏟運機行駛方向前方巷道的結 構信息、鏟運機在巷道內的縱向位置信息。
4. 根據權利要求2所述的具有定位功能的井下導航裝置，其特征在于，所述的位置信 息檢測裝置模塊用于完成鏟運機的實時位置的采集和處理。
5. 根據權利要求2所述的具有定位功能的井下導航裝置，其特征在于，所述的速度信 息檢測裝置模塊用于完成鏟運機實時速度的檢測。
6. 根據權利要求2所述的具有定位功能的井下導航裝置，其特征在于，所述的航向信 息檢測裝置模塊用于完成鏟運機在巷道內的實時相對航向信息的測量。
7. 根據權利要求2所述的具有定位功能的井下導航裝置，其特征在于，所述的轉向夾 角信息檢測裝置模塊用于完成鏟運機前后車體轉向夾角的測量。
8. —種鏟運機，其特征在于，該鏟運機裝有權利要求1至7任一項所述的具有定位功能 的井下導航裝置。
9. 根據權利要求8所述的鏟運機，其特征在于，該鏟運機在井下巷道中行走。
全文摘要
本發明公開了一種具有定位功能的井下導航裝置及鏟運機，包括鏟運機環境信息檢測裝置模塊、速度檢測裝置模塊、位置信息檢測裝置模塊、航向信息檢測裝置模塊、轉向夾角信息檢測裝置模塊和地圖顯示信息模塊、控制單元處理器模塊等。利用環境信息檢測裝置結合鏟運機的速度，及實時測量得到的位置、航向、轉向角信息，利用導航算法模塊進行導航。在導航過程中，還可以通過地圖信息顯示模塊實時顯示鏟運機的位置、速度、航向、轉向角等參數信息。可以應用在井下巷道環境的鏟運機上，特別應用于自主式無人駕駛鏟運機的自主導航。
文檔編號G01C21/00GK101701821SQ20091023692
公開日2010年5月5日 申請日期2009年10月27日 優先權日2009年10月27日
發明者周俊武, 徐寧, 戰凱, 李建國, 遲洪鵬 申請人:北京礦冶研究總院