基于激光靶向跟蹤的懸臂式掘進機位姿測量系統(tǒng)研究

薛光輝， 李圓， 張云飛，3

（1. 中國礦業(yè)大學（北京） 機電與信息工程學院，北京 100083；2. 煤礦智能化與機器人創(chuàng)新應用應急管理部重點實驗室，北京 100083；3. 青島鼎信通訊消防安全有限公司，山東 青島 266111）

0 引言

煤炭是我國國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，在當前和未來相當長時期內(nèi)，煤炭作為我國主體能源的地位不會改變，一次能源占比在50%以上，90%以上的煤炭以井工方式開采。“采掘并重，掘進先行”是煤炭開采的原則，綜掘智能化落后于綜采智能化，采掘失衡矛盾突出。據(jù)統(tǒng)計，我國年煤巷掘進量約為12 000 km，絕大多數(shù)采用懸臂式掘進機完成。我國煤礦掘進工作面存在智能化程度不高、用人多、環(huán)境差、事故多發(fā)等突出問題，智能掘進已成為國家和行業(yè)關(guān)注的熱點和痛點，掘進關(guān)鍵裝備的智能化是當前卡脖子的問題[1-2]。懸臂式掘進機絕對位姿的快速準確測量是實現(xiàn)煤礦巷道智能掘進的前提和基礎(chǔ)。

懸臂式掘進機位姿測量方法主要有2類：一類是通過機載高精度傳感器如捷聯(lián)慣導[3]、加速度和超聲波傳感器的融合測量[4]等實現(xiàn)自主測量的方法，使用方便，但屬于相對測量，測量精度較低或成本較高；另一類是利用外置式測量裝置，如激光跟蹤儀、全站儀[5]、激光導向儀、機器視覺、iGPS[6]、UWB[7]等，測量精度高，受雜波干擾小，但布置繁瑣，測量范圍有限，受環(huán)境影響大。目前，利用激光的懸臂式掘進機位姿測量方法因可靠性高、成本低、無誤差累計等優(yōu)點深受業(yè)內(nèi)專家學者的關(guān)注。周玲玲等[8]利用2對激光指向儀和激光標靶構(gòu)建了懸臂式掘進機位姿實時檢測系統(tǒng)。……