一种基于激光雷达与IMU的煤机支架找直方法与流程

一种基于激光雷达与imu的煤机支架找直方法
技术领域
1.本发明涉及矿山智能化开采技术领域，具体为一种基于激光雷达与imu的煤机支架找直方法。


背景技术：

2.目前，我国的煤矿综采自动化程度方面已有了长足进步，正向智能化和无人化方面探索推进；综采工作面的采煤机、液压支架、刮板输送机所谓“三机”态势感知和工作面推进度过程的控制是实现工作面智能化无人化开采的关键技术环节，而“三机”的态势决定了采煤机的运行轨迹及工作面的推进直线度；由于在煤矿井下没有gps定位信号，所以目前一般采用惯性导行技术作为获取煤机位姿信息的关键技术手段，自动化系统在获取煤机位姿信息后，由电液控支架的推溜功能对工作面推进度进行线性控制实现自动找直；目前的煤机位姿惯导技术采用高精度光纤陀螺仪配合高精度加速度计组成惯性导航装置，来获取煤机运动三维轨迹坐标数据，由于惯导装置是依靠先后时序相对位姿变化来获取运动轨迹，因此需要对起始位姿进行校准，而且这种相对位姿数据误差随时间的累积而不断累积，所以惯导装置需要和煤机自带的里程计之间进行定期校准；这种方法采集煤机位姿数据流程繁杂，轨迹精度误差比较大，开机时间长，而且高精度光纤陀螺仪和加计价格昂贵，另外惯导装置的启动需要一段时间，不能和设备同步作业，这些都不利于对煤机进行快速精准的找直和定位。
3.针对上述问题，急需在原有煤机支架找直方法的基础上进行创新设计。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于激光雷达与imu的煤机支架找直方法，以解决上述背景技术提出现有的煤机支架找直方法，不利于对煤机进行快速精准的找直和定位的问题，本发明技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于激光雷达与imu的煤机支架找直方法，该找直方法包括以下步骤:s1:在煤机上安装激光雷达、imu传感器和专用解算服务器，煤机运行时，由激光雷达扫描所得的数据与imu传感器测量的状态数据分别传给专用解算服务器；s2：在专用解算服务器上运行slam算法与卡尔曼滤波多传感融合算法，激光雷达的得到的三维数据在专用解算服务器上先反解算出煤机运动轨迹，再把imu传感器得到的位姿数据进行算法融合，获得煤机运行过程中的实时姿态与移动轨迹；s3：煤机一个割煤过程结束后，专用解算服务器把解算获得的煤机一个割煤过程的移动轨迹发送给上位机服务器，上位服务器机根据煤机的移动轨计算出煤机下一次的运行轨迹目标值，并根据下一次的运行轨迹目标值计算出各支架推进的行程值；s4：上位机服务器把各支架推进的行程值通过有线或无线网络发给各支架的控制
器，各支架控制器按照上位机服务器计算的行程值通过支架执行器控制推溜校直；s5：煤机在修正过的支架上运行，循环执行以上步骤s1-s4，在每一次的割煤过程结束后，对支架的位置进行推溜校直。
6.优选的，所述激光雷达和imu传感器在采煤机中间上方安装，所述激光雷达和imu传感器水平放置。
7.优选的，所述专用解算服务器通过有线或无线网络与上位机服务器相连。
8.优选的，所述煤机下一次的运行轨迹目标值的计算方式为：上位服务器根据上一次煤机运行轨迹曲线中的最小偏移值与最小偏移值所在支架号的最大推进行程相加得出下一次煤机运行轨迹的目标值。
9.优选的，所述煤机运行轨迹曲线中的最小偏移值所在支架的推进值为最大推进距离，且其他支架根据煤机下一次运行轨迹的目标值减去各支架上一次的轨迹值，得出其他各个支架的推进值。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明，通过专用解算服务器利用slam算法与卡尔曼滤波多传感融合算法对激光雷达扫描所得的数据与imu传感器测量的状态数据进行算法分析，计算出煤机一次运行后的运动轨迹曲线，从煤机运行后的轨迹曲线中得出煤机向岩层方向偏移的最小值，并得出该最小值所对应的支架，在找直计算上，将煤机偏移最小值与支架推进最大值相加得出下一次煤机运行轨迹的目标值，而后根据计算得出的煤机下一次运行轨迹的目标值减去各个支架上一次的轨迹值，即可得出其他支架的推进行程值，而与煤机偏移最小值所对应的支架则推进最大行程，实现各个支架的推进找直，本发明针对支架行程值的计算，采用煤机轨迹最小值与对应支架最大行程值相加计算，可以保证其他支架均可以具有合理的推进值，避免其他支架偏移量过大难以找直的问题；2.本发明，利用激光雷达和imu传感器配合算法计算，获取煤机实时姿态和运动轨迹，通过实时姿态中煤机运动每一时刻的位置坐标及三维姿态角，可以完整描述煤机运动状态信息，通过这个信息和激光雷达数据配合算法融合得出煤机运动轨迹，特别当激光雷达数据因为受不可预见因素干扰失真时，通过煤机的实时姿态数据由算法为煤机轨迹的得出做重要支撑，整体成本较低，在煤机运行一次后即可进行校直操作，无需等待较长时间，极大提高了定位效率和采煤效率。
附图说明
11.图1为本发明工作流程示意图。
具体实施方式
12.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
13.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于激光雷达与imu的煤机支架找直方法；
实施例1
14.请参阅图1，该找直方法包括以下步骤:s1:在煤机上安装激光雷达、imu传感器和专用解算服务器，煤机运行时，由激光雷达扫描所得的数据与imu传感器测量的状态数据分别传给专用解算服务器，激光雷达和imu传感器在采煤机中间上方安装，所述激光雷达和imu传感器水平放置；s2：在专用解算服务器上运行slam算法与卡尔曼滤波多传感融合算法，激光雷达的得到的三维数据在专用解算服务器上先反解算出煤机运动轨迹，再把imu传感器得到的位姿数据进行算法融合，获得煤机运行过程中的实时姿态与移动轨迹；s3：煤机一个割煤过程结束后，专用解算服务器把解算获得的煤机一个割煤过程的移动轨迹发送给上位机服务器，上位服务器机根据煤机的移动轨计算出煤机下一次的运行轨迹目标值，并根据下一次的运行轨迹目标值计算出各支架推进的行程值，专用解算服务器通过有线或无线网络与上位机服务器相连；s4：上位机服务器把各支架推进的行程值通过有线或无线网络发给各支架的控制器，各支架控制器按照上位机服务器计算的行程值通过支架执行器控制推溜校直；s5：煤机在修正过的支架上运行，循环执行以上步骤s1-s4，在每一次的割煤过程结束后，对支架的位置进行推溜校直。
实施例2
15.请参阅图1，煤机下一次的运行轨迹目标值的计算方式为：上位服务器根据上一次煤机运行轨迹曲线中的最小偏移值与最小偏移值所在支架号的最大推进行程相加得出下一次煤机运行轨迹的目标值；煤机运行轨迹曲线中的最小偏移值所在支架的推进值为最大推进距离，且其他支架根据煤机下一次运行轨迹的目标值减去各支架上一次的轨迹值，得出其他各个支架的推进值。
16.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
17.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于激光雷达与imu的煤机支架找直方法，其特征在于：该找直方法包括以下步骤:s1:在煤机上安装激光雷达、imu传感器和专用解算服务器，煤机运行时，由激光雷达扫描所得的数据与imu传感器测量的状态数据分别传给专用解算服务器；s2：在专用解算服务器上运行slam算法与卡尔曼滤波多传感融合算法，激光雷达的得到的三维数据在专用解算服务器上先反解算出煤机运动轨迹，再把imu传感器得到的位姿数据进行算法融合，获得煤机运行过程中的实时姿态与移动轨迹；s3：煤机一个割煤过程结束后，专用解算服务器把解算获得的煤机一个割煤过程的移动轨迹发送给上位机服务器，上位服务器机根据煤机的移动轨计算出煤机下一次的运行轨迹目标值，并根据下一次的运行轨迹目标值计算出各支架推进的行程值；s4：上位机服务器把各支架推进的行程值通过有线或无线网络发给各支架的控制器，各支架控制器按照上位机服务器计算的行程值通过支架执行器控制推溜校直；s5：煤机在修正过的支架上运行，循环执行以上步骤s1-s4，在每一次的割煤过程结束后，对支架的位置进行推溜校直。2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达与imu的煤机支架找直方法，其特征在于：所述激光雷达和imu传感器在采煤机中间上方安装，所述激光雷达和imu传感器水平放置。3.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达与imu的煤机支架找直方法，其特征在于：所述专用解算服务器通过有线或无线网络与上位机服务器相连。4.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达与imu的煤机支架找直方法，其特征在于：所述煤机下一次的运行轨迹目标值的计算方式为：上位服务器根据上一次煤机运行轨迹曲线中的最小偏移值与最小偏移值所在支架号的最大推进行程相加得出下一次煤机运行轨迹的目标值。5.根据权利要求4所述的一种基于激光雷达与imu的煤机支架找直方法，其特征在于：所述煤机运行轨迹曲线中的最小偏移值所在支架的推进值为最大推进距离，且其他支架根据煤机下一次运行轨迹的目标值减去各支架上一次的轨迹值，得出其他各个支架的推进值。

技术总结
本发明公开了一种基于激光雷达与IMU的煤机支架找直方法，该找直方法包括以下步骤:S1:由激光雷达扫描所得的数据与IMU传感器测量的状态数据分别传给专用解算服务器；S2：获得煤机运行过程中的实时姿态与移动轨迹；S3：上位服务器机根据煤机的移动轨计算出煤机下一次的运行轨迹目标值，并根据下一次的运行轨迹目标值计算出各支架推进的行程值；S4：各支架控制器按照上位机服务器计算的行程值通过支架执行器控制推溜校直；S5：煤机在修正过的支架上运行，循环执行以上步骤S1-S4。该基于激光雷达与IMU的煤机支架找直方法，通过对煤机轨迹的计算，计算出煤机下一次的目标值，根据目标值计算处各支架推进行程，实现找直。实现找直。实现找直。


技术研发人员：胡斌杰
受保护的技术使用者：凡尔智能科技集团有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/12