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產品介紹
采煤機作為綜采工作面的重要設備,其位姿檢測是實現自動割煤的關鍵技術。在綜采工作面,實現"三機"聯動、記憶截割等技術的前提是采煤機位置和運行姿態的確定。目前研究和使用的齒輪計數、紅外對射等檢測采煤機位姿方法無法實時的在三維方向上進行采煤機位姿的確定。本文選用慧聯科技光纖組合慣導系統檢測采煤機位置和運行姿態,對慧聯科技光纖組合慣導系統在采煤機上應用的進行講解。 通過對采煤機截割工藝和位姿影響因素進行分析,確定采煤機位姿為三維定位,在分析慧聯科技光纖組合慣導系統基本原理的基礎上,說明了慧聯科技光纖組合慣導系統在采煤機位姿檢測中的應用原理。針對如何應用慣性元件采集到的數據進行采煤機位姿解算做了研究,在定義坐標系的基礎上,仿真比較了姿態矩陣的更新算法,確定四階龍格庫塔法適合解算采煤機動態姿態角,給出采煤機位姿解算的基本方程和慧聯科技光纖組合慣導系統在采煤機上進行初始對準的方法；對采煤機動態姿態角、速度和位置進行解算,用matlab模擬采煤機運動軌跡,解算出慣性元件的輸出作為位姿算法仿真的輸入,進行采煤機位姿解算算法仿真；搭建簡易模擬試驗臺進行實驗驗證,利用小車模擬采煤機在可彎曲軌道上運動,采集慣性元件測量數據進行位姿解算,測量小車在關鍵節點實際的運動軌跡和姿態角數據擬合曲線,與解算數據得到的曲線進行對比。 仿真和實驗結果表明慧聯科技光纖組合慣導系統可以用于解算采煤機位置和運行姿態。
采煤機位姿應用
在采煤工作面，必須清楚井下工作面的詳細布置以及采煤機割煤時的運動全過程才能分析采煤機的位置和運行姿態。滾筒采煤機、液壓支架和可彎曲刮板輸送機是礦井下工作面的主要工作設備。采煤機、液壓支架和刮板輸送機在平行于煤壁方向上，三者間相互制約。在液壓支架保護下，采煤機依靠滑靴騎在刮板輸送機上進行運動來完成割煤動作，垂直于工作面的方向，它依靠刮板輸送機的推動來完成向前移動的動作，綜采工作面三機工作的示意圖如下所示：
圖1 采煤機工作面三機工作示意圖
采煤機是采煤工作面割煤和裝煤的主要裝備，在綜合機械化的采煤過程中，要解決采煤機自動割煤和液壓支架自動移架等問題主要的技術就是要對采煤機的工作姿態和采煤機在工作面的位置進行監測，實現采煤機精確、高速定位導航。當采煤機割煤位置和姿態能夠確定時，液壓支架才能及時根據采煤機此時的位置信息進行及時的推溜支護，實現三機協同自動化。如圖1 所示，在采煤機在刮板輸送機上進行割煤工作時，液壓支架對煤壁和頂板進行支護，當采煤機自左向右割煤時，在距離采煤機尾部 D 處，液壓支架開始推移中部槽，但 D 的值需根據采煤機此時的位置來確定。所以支架的跟機自動化由采煤機定位情況決定，而刮板機推中部槽又和液壓支架直接聯系，所以采煤工作面三機協同自動化控制的關鍵技術是采煤機定位。
采煤機的自動化控制是實現采煤工作面自動化的重點和難點，而采煤機自動化的關鍵則是滾筒的自動調高。國內外采煤機自動化水平在滾筒調高技術上有很大的差距，主要表現在對采煤機運行姿態和位置的檢測技術上。
在綜采工作面，采煤機位姿的檢測是在采煤機記憶截割和自適應截割的前提和基
礎，采煤機上安裝了位置傳感器、油缸行程傳感器等傳感器，由司機根據煤層高低起伏操作采煤機先割一刀，各傳感器記錄相應的運動信息，然后存入計算機中，采煤機即可根據記憶控制采煤機進行調高。采煤機位置和姿態參數是自適應截割的重要信息，直接影響到采煤機的控制效果。
光纖組合慣導系統應用于采煤機
將光纖組合慣導系統應用在采煤機上，對其位置和姿態進行檢測，實際上是應用慣性元件（三軸陀螺儀和加速度計）檢測出采煤機相對于慣性空間旋轉的角速度和采煤機三個軸向的比力，通過計算得出采煤機的位姿信息。
將三軸陀螺儀和三軸加速度計組成的慣導系統直接安裝在采煤機上，因為采煤機的位置和運行姿態是三維的，所以要將它們的敏感軸互相垂直放置，這樣就可以形成三維坐標系。采煤機的三個軸的角速度可以用三軸陀螺儀敏感出來，并將這些信息傳輸至計算機計算出光纖組合慣導系統的姿態矩陣。然后把三軸加速度計測量的采煤機沿機體坐標系軸向的加速度信息（比力）利用姿態矩陣變換到系統的導航坐標系，再進行導航計算。同時，在姿態矩陣中提取出姿態角和采煤機的航向信息。由上述可知，在光纖組合慣導系統中，光纖組合慣導系統*代替了平臺系統中平臺的作用，使用的是“數學平臺"，大大降低了成本。
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