掘進機智能導航系統——裝備智能化核心技術之一

導語

隨著智能礦山建設的日益推進，礦山掘進工作面智能掘進系統需求日益明顯，本期能源科技成果轉化服務平臺推薦的《掘進機智能導航系統》，具有無源導航和有源監控相結合、自主識別系統自身的運行狀態、能接收多種傳感器的信號并進行分析和使用等特點，技術優勢明顯，推廣應用前景廣闊！

項目背景

智能礦山中很重要的一部分就是裝備的智能化，而其中掘進工作面的掘進機和綜采工作面的采煤機與液壓支架的拉架實現智能化是礦山智慧化的重要基礎之一，只有實現了單機設備的智能化，進而實現智能化的管理和協同，才能最終實現智慧礦山。

可以預見，掘進機最后的發展方向是掘進機器人。為此需要分三步實現這個目標：第一步是實現遠程遙控；第二步是實現自動截割加遠程監控；第三步是實現智能截割加遠程監控。

遠程遙控的實現說明了數據通訊鏈路的暢通和掘進機動作可控性的實現。自動截割的實現說明了掘進機位姿檢測的可信度和控制精度的達標性。智能截割的實現意味著隨著自動截割可靠運行和開采效率的提升空間出現，在掘進工藝的適應性改進前提下，掘進機器人可以根據實際地質與環境狀況，調整掘進速度兼顧安全與效率，并且正常情況下無需人為干涉。

智能導航系統特點

掘進機的智能導航系統具備以下特點：

1.無源導航和有源監控相結合。

掘進工作面常規使用的導航方式為激光指引裝置。該指引裝置發出一束激光代表巷道的前進方向，隨著巷道的延伸，指引裝置不斷前移。掘進機司機一般都是根據經驗，以掘進面上的激光斑點在截割面所處的位置，大概估計截割頭在截割時的外周邊界。這種導航方式，無法實現掘進機的自動截割。掘進工作面還有粉塵大，掘進機振動大，環境光線差等環境特點，因此視覺導航的環境依賴性高，導航精度不易保證。而雷達導航和視覺導航一樣，屬于有源導航，并且當環境濕度大時，精度下降也大。傳統的全站儀的方式，由于設備很難實現無人操作，同時有測量基準不易統一的問題，所以也不是首選的自動化截割導航方案。

而慣性導航技術，不需要依賴外界任何信號源，只需要對自身已有的陀螺儀和加速度進行數學計算，就可以得到被測設備的航向、姿態、速度、位置等信息。這些信息連續對外輸出，整個測量過程不要人的參與。而且使用合適的糾偏方法后，其測量精度可以長時間滿足開采的需要。因此，慣性導航技術是目前掘進機自動導航的最優方案，對于實現掘進機的自動化截割起關鍵重要的作用。

有源監控主要是利用攝像頭對掘進工作面進行一個視頻的監控，方便地面控制室的管理員對工作面情況有一個直觀的了解，可以及時發現偶發問題以便采取相應的人工干預。能夠實時確定截割頭在空間的位置。

2.自主識別系統自身的運行狀態，確保系統正常工作。

掘進機上的測量系統，需要具備一定的方法，定期進行自我檢測，以判斷自身的測量精度狀態，并上傳診斷結果，給出是否需要維護的信息。這樣能夠有效的保證使用的是正常精度輸出的導航系統，以避免出現大的偏差導致掘進面超差的情況。

3.能接受多種傳感器的信號并進行分析和使用。

掘進機智能導航系統不僅使用無源導航系統作為導航的主要技術方案，為了配合更復雜工況下的可靠性和靈活性，需要對滾筒的高度或者截割臂的空間位置進行測量。智能導航系統可以融合多種傳感器信息，綜合應用，對掘進機進行全面的位姿測量，從而使得掘進工作可以有更多的靈活性。

由此，一個相對完備的掘進機智能導航系統，可以實現對掘進機航姿和速度的精確測量，以及截割頭在確定空間坐標系下的空間位置。只有這樣，才能完成自動截割并形成滿足要求的截割面形狀。

具備的技術優勢

目前我們提供的智能導航系統使用測距加慣性導航系統的方案，實現截割頭空間位置的檢測功能，配合掘進機的遠程遙控系統，可以實現對掘進機的遠程數字化精確控制。同時公司可以根據每個掘進工作面的實際情況，進行適應性參數調整，以達到最優的截割方式，在滿足開采安全性的同時，提高開采效率。

關于“掘進機智能導航系統”項目更詳細的技術內容，請以參閱能源科技成果轉化服務平臺“轉化果”微信公眾號2019年7月29日發布的“礦用開采設備智能導航系統”內容。