掘进机智能导航系统——装备智能化核心技术之一

导语

随着智能矿山建设的日益推进，矿山掘进工作面智能掘进系统需求日益明显，本期能源科技成果转化服务平台推荐的《掘进机智能导航系统》，具有无源导航和有源监控相结合、自主识别系统自身的运行状态、能接收多种传感器的信号并进行分析和使用等特点，技术优势明显，推广应用前景广阔！

项目背景

智能矿山中很重要的一部分就是装备的智能化，而其中掘进工作面的掘进机和综采工作面的采煤机与液压支架的拉架实现智能化是矿山智慧化的重要基础之一，只有实现了单机设备的智能化，进而实现智能化的管理和协同，才能最终实现智慧矿山。

可以预见，掘进机最后的发展方向是掘进机器人。为此需要分三步实现这个目标：第一步是实现远程遥控；第二步是实现自动截割加远程监控；第三步是实现智能截割加远程监控。

远程遥控的实现说明了数据通讯链路的畅通和掘进机动作可控性的实现。自动截割的实现说明了掘进机位姿检测的可信度和控制精度的达标性。智能截割的实现意味着随着自动截割可靠运行和开采效率的提升空间出现，在掘进工艺的适应性改进前提下，掘进机器人可以根据实际地质与环境状况，调整掘进速度兼顾安全与效率，并且正常情况下无需人为干涉。

智能导航系统特点

掘进机的智能导航系统具备以下特点：

1.无源导航和有源监控相结合。

掘进工作面常规使用的导航方式为激光指引装置。该指引装置发出一束激光代表巷道的前进方向，随着巷道的延伸，指引装置不断前移。掘进机司机一般都是根据经验，以掘进面上的激光斑点在截割面所处的位置，大概估计截割头在截割时的外周边界。这种导航方式，无法实现掘进机的自动截割。掘进工作面还有粉尘大，掘进机振动大，环境光线差等环境特点，因此视觉导航的环境依赖性高，导航精度不易保证。而雷达导航和视觉导航一样，属于有源导航，并且当环境湿度大时，精度下降也大。传统的全站仪的方式，由于设备很难实现无人操作，同时有测量基准不易统一的问题，所以也不是首选的自动化截割导航方案。

而惯性导航技术，不需要依赖外界任何信号源，只需要对自身已有的陀螺仪和加速度进行数学计算，就可以得到被测设备的航向、姿态、速度、位置等信息。这些信息连续对外输出，整个测量过程不要人的参与。而且使用合适的纠偏方法后，其测量精度可以长时间满足开采的需要。因此，惯性导航技术是目前掘进机自动导航的最优方案，对于实现掘进机的自动化截割起关键重要的作用。

有源监控主要是利用摄像头对掘进工作面进行一个视频的监控，方便地面控制室的管理员对工作面情况有一个直观的了解，可以及时发现偶发问题以便采取相应的人工干预。能够实时确定截割头在空间的位置。

2.自主识别系统自身的运行状态，确保系统正常工作。

掘进机上的测量系统，需要具备一定的方法，定期进行自我检测，以判断自身的测量精度状态，并上传诊断结果，给出是否需要维护的信息。这样能够有效的保证使用的是正常精度输出的导航系统，以避免出现大的偏差导致掘进面超差的情况。

3.能接受多种传感器的信号并进行分析和使用。

掘进机智能导航系统不仅使用无源导航系统作为导航的主要技术方案，为了配合更复杂工况下的可靠性和灵活性，需要对滚筒的高度或者截割臂的空间位置进行测量。智能导航系统可以融合多种传感器信息，综合应用，对掘进机进行全面的位姿测量，从而使得掘进工作可以有更多的灵活性。

由此，一个相对完备的掘进机智能导航系统，可以实现对掘进机航姿和速度的精确测量，以及截割头在确定空间坐标系下的空间位置。只有这样，才能完成自动截割并形成满足要求的截割面形状。

具备的技术优势

目前我们提供的智能导航系统使用测距加惯性导航系统的方案，实现截割头空间位置的检测功能，配合掘进机的远程遥控系统，可以实现对掘进机的远程数字化精确控制。同时公司可以根据每个掘进工作面的实际情况，进行适应性参数调整，以达到最优的截割方式，在满足开采安全性的同时，提高开采效率。

关于“掘进机智能导航系统”项目更详细的技术内容，请以参阅能源科技成果转化服务平台“转化果”微信公众号2019年7月29日发布的“矿用开采设备智能导航系统”内容。