专利名称：位姿自动测量装置和工程机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量领域，具体而言，涉及一种位姿自动测量装置和工程机械。
背景技术：
在煤矿采煤过程中，煤矿煤层的厚度、宽度及走向在开采前，已经基本勘测完成，在煤矿中采煤的过程中，基本都是通过人工测量来确认机械当前的采煤位置，然后制定下一步采煤计划。目前，通常采用激光定位方法来测量机械位姿，利用激光发射器、线激光发射器机架、激光标靶及倾角传感器的融合实现位姿测量，在复杂煤层工况的情况下则显得较为麻烦，具体表现为

I)激光发射器安装时存在误差，并且伴随连采机远离激光发射器的距离越大，其 引起的误差也越大；2)复杂煤层开采时，连采机需要频繁的转弯及上下开采，此时由于频繁挪动激光发射器，造成较大误差；3)机械的实际工作路径仍需要操作者进行人工的测量计算。因此，需要一种新的位姿测量方案，需要能够解决以下至少一个问题I)解决由于人为安装造成的误差，将人为误差因素降为最小；2)在煤层工况复杂的环境下，不需要频繁的让操作者进行安装测量等；3)连采机在长时间工作的情况下，基本上可以定位连采机的当前工作位置；4)取代操作者人为测量连采机的工作路径，完成自动计算工作路径，并且精度较闻。

发明内容
本发明正是基于上述问题，提出了一种位姿自动测量装置，能够减小测量误差，并自动测量目标的位姿信息。有鉴于此，本发明提出了一种位姿自动测量装置，包括单轴陀螺仪和/或多轴陀螺仪，实时检测工程机械的水平角度信息；所述多轴陀螺仪和/或本体倾角传感器，实时检测所述工程机械的垂直角度信息；控制器，获取所述工程机械的行走电机的线速度和角速度，根据所述行走电机的线速度和角速度，得到所述工程机械的位移，并结合所述水平角度信息、所述垂直角度信息以及所述位移，确定所述工程机械的位姿信息。在该技术方案中，可以自动获取工程机械的位姿信息，而且采用单轴陀螺仪和/或多轴陀螺仪、多轴陀螺仪和/或本体倾角传感器的组合，可以实时测量工程机械的位姿信息，而不必因工况调整测量设备，提高了检测的效率，也进一步地提高了测量的准确度。在上述技术方案中，优选地，还包括增量编码器，设置在所述工程机械的减速机构上，实时检测所述行走电机的线速度和角速度，以提供给所述控制器。在该技术方案中，增量编码器采集工程机械左右行走电机的线速度和角速度，控制器对线速度和角速度进行分析处理后，可以得到工程机械的转动角度及行走部行进的位移。在上述技术方案中，优选地，所述增量编码器通过软连接的方式，连接至所述减速机构上。在该技术方案中，软连接方式可以是通过弹性元件连接，由于增量编码器连接至行走电机的减速机构，在工作时会发生振动，容易造成增量式编码器发生移动，甚至与其他部件相撞导致增量式编码器损坏，而通过弹性元件连接至减速机构，可以在增量式编码器的位置发生变化时自动调节，而不会与其他部件相撞，提高了增量式编码器的使用寿命。在上述技术方案中，优选地，所述控制器从所述工程机械的变频器中，读取所述行走电机的线速度和角速度，其中，所述变频器采用V/F开环变频模式或无速度传感器模式。

在该技术方案中，当变频器采用V/F开环变频模式或无速度传感器变频模式时，控制器可以直接从变频器中读取行走电机的实时角速度和线速度。 在上述技术方案中，优选地，所述控制器以总线方式连接至所述变频器。在该技术方案中，控制器可以通过总线直接从变频器中读取行走电机的实时角速度和线速度。在上述技术方案中，优选地，所述控制器还根据所述行走电机的线速度和角速度，得到所述工程机械的转动角度，并对所述转动角度和所述水平角度信息进行对比，按对比结果控制所述行走电机，以纠正所述工程机械的轴向和/或横向滑动误差。在该技术方案中，控制器可以根据转动角度和水平角度的对比结果，对工程机械的轴向和/或横向滑动进行纠正运算处理，并且可以弥补机械误差造成的影响。在上述任一技术方案中，优选地，所述控制器根据所述工程机械的位姿信息，绘制所述工程机械的工作路径图。在该技术方案中，控制器可以定时运算并记录工程机械的位移及位姿，得到工程机械的实际工作路径图，工作路径图可以存储至控制器中的闪存中，可以通过界面等人机接口，提供给用户一个较为准确的采煤工作路径图。在上述技术方案中，优选地，还包括时间设置模块，设置时间信息，所述控制器按所述时间信息，定时获取所述工程机械的位置信息，来绘制所述工作路径图。在该技术方案中，用户可以根据需要设置定时的时间，时间越长其精度越差，时间越短其控制器资源占用越多，但是精度较高。在上述技术方案中，优选地，还包括展现模块，展现所述工作路径图。在该技术方案中，通过将工作路径图展现，可以使用户直观地、方便地观察到工程机械的工作路径图。根据本发明的又一方面，还提出了一种工程机械，包括上述任一项所述的位姿自
动测量装置。通过以上技术方案，可以实现一种位姿自动测量装置和一种工程机械，能够解决由于人为安装造成的误差，将人为误差因素降为最小；在煤层工况复杂的环境下，不需要频繁的让操作者进行安装测量等；连采机在长时间工作的情况下，基本上可以定位连采机的当前工作位置；取代操作者人为测量连采机的工作路径，完成自动计算工作路径，并且精度较闻。


图I示出了根据本发明的实施例的位姿自动测量装置的框图；图2示出了根据本发明的实施例的位姿自动测量装置的结构示意图；图3示出了根据本发明的实施例的位姿自动测量方法的流程图。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可 以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。图I示出了根据本发明的实施例的位姿自动测量装置的框图。如图I所示，位姿自动测量装置100包括单轴陀螺仪102和/或多轴陀螺仪104，实时检测工程机械的水平角度信息；多轴陀螺仪104和/或本体倾角传感器106，实时检测工程机械的垂直角度信息；或采用多轴陀螺仪104同时检测工程机械的水平角度信息及垂直角度信息；控制器108，获取工程机械的行走电机的线速度和角速度，根据行走电机的线速度和角速度，得到工程机械的位移，并结合水平角度信息、垂直角度信息以及位移，确定工程机械的位姿信息。在该技术方案中，可以自动获取工程机械的位姿信息，而且采用单轴陀螺仪102和/或多轴陀螺仪104、多轴陀螺仪104和/或本体倾角传感器106的组合，可以实时测量工程机械的位姿信息，而不必因工况调整测量设备，提高了检测的效率，也进一步地提高了测量的准确度。在上述技术方案中，还包括增量编码器112，设置在工程机械的减速机构上，实时检测行走电机的线速度和角速度，以提供给控制器108。在该技术方案中，增量编码器112采集工程机械左右行走电机的线速度和角速度，控制器108对线速度和角速度进行分析处理后，可以得到工程机械的转动角度及行走部行进的位移。在上述技术方案中，增量编码器112通过软连接的方式，连接至所述减速机构上。在该技术方案中，软连接方式可以是通过弹性元件连接，由于增量编码器112连接至行走电机的减速机构，在工作时会发生振动，容易造成增量式编码器112发生移动，甚至与其他部件相撞导致增量式编码器112损坏，而通过弹性元件连接至减速机构，可以在增量式编码器112的位置发生变化时自动调节，而不会与其他部件相撞，提高了增量式编码器112的使用寿命。在上述技术方案中，控制器108从工程机械的变频器中，读取行走电机114的线速度和角速度，其中，变频器采用V/F开环变频模式或无速度传感器模式。在该技术方案中，当变频器采用V/F开环变频模式或无速度传感器变频模式时，控制器108可以直接从变频器中读取行走电机的实时角速度和线速度。
在上述技术方案中，控制器108以总线方式连接至变频器。在该技术方案中，控制器108可以通过总线直接从变频器中读取行走电机的实时角速度和线速度。在上述技术方案中，控制器108还根据行走电机的线速度和角速度，得到工程机械的转动角度，并对转动角度和水平角度信息进行对比，按对比结果控制行走电机，以纠正工程机械的轴向和/或横向滑动误差。在该技术方案中，控制器108可以根据转动角度和水平角度的对比结果，对工程机械的轴向和/或横向滑动进行纠正运算处理，并且可以弥补机械误差造成的影响。在上述任一技术方案中，控制器108根据工程机械的位姿信息，绘制工程机械的 工作路径图。在该技术方案中，控制器108能够得到工程机械的实际工作路径图，工作路径图可以存储至控制器108中的闪存中。在上述技术方案中，还包括时间设置模块，设置时间信息，控制器108按时间信息，定时获取工程机械的位置信息，来绘制工作路径图。在该技术方案中，控制器108可以定时运算并记录工程机械的位移及位姿，用户可以根据需要设置定时的时间，时间越长其精度越差，时间越短其控制器资源占用越多，但是精度较高。在上述技术方案中，还包括展现模块，展现工作路径图。在该技术方案中，可以通过界面等人机接口，提供给用户一个较为准确的采煤工作路径图，通过将工作路径图展现，可以使用户直观地、方便地观察到工程机械的工作路径图。图2示出了根据本发明的实施例的位姿自动测量装置的结构示意图。如图2所示，单轴陀螺仪102提供当前位姿水平角度信息；本体倾角传感器106提供垂直角度信息；变频器110带动行走电机114,经过减速机构116,实现对履带的行走部118的实时控制，增量式编码器112安装在减速机构上，但可以测量行走电机114的实际转速；利用单轴陀螺仪102、增量式编码器112、本体倾角传感器104反馈工况信息及控制器108处理,实现位姿的自动测量。单轴陀螺仪102实时采集连采机的水平角度信息Θ ;增量式编码器112实时采集左右行走电机114的转速，经过控制器108换算后得到工程机械的行走线速度V，行走角速度ω，可以设定逆时针为正；本体倾角传感器104实时采集连采机的垂直角度信息α。在两侧行走电机114的减速机构116安装增量式编码器112，增量式编码器112可以采用软连接方式连接至减速机构116，最大程度地保护增量式编码器112的使用寿命。增量式编码器112通过减速机构116采集行走电机114的实际速度实时反馈至控制器108，控制器108将线速度V和角速度ω运算处理后，得出连采机的位移P及转动角度β，根据转动角度β和水平角度信息Θ的对比分析，可以对连采机轴向及横向滑动误差进行纠正运算处理，并且可以弥补机械误差造成的影响。控制器108可以采取定时运算记录连采机位移及位姿的方式，记录工程机械的实际工作路径曲线图，定时的时间需要综合考虑，时间越长其精度越差，时间越短其控制器资源占用越多，但是精度较高。
控制器108对垂直角度信息、水平角度信息、位移信息进行运算处理后，获得工程机械的实际工作路径曲线图，并存储到控制器中的闪存中，可以通过界面等人机接口，提供给用户一个较为准确的采煤工作路径曲线图。图3示出了根据本发明的实施例的位姿自动测量方法的流程图。如图3所示，根据本发明的实施例的位姿自动测量方法包括步骤202，单轴陀螺仪测量当前连采机的水平角度，增量式编码器实时采集左右行走电机的转速，本体倾角传感器测量连采机的垂直角度；编码器实时采集左右行走电机的转速，通过计算转换成履带行走位移和转动角度；步骤204，控制器分析换算后得出的转动角度和单轴陀螺仪的测量角度对比分析 后，消除由于连采机横向及轴向滑动引起的惯性误差，并且实时更新连采机的当前位姿。步骤206，垂直角度、水平角度、位移换算后整合，获得连采机的实际工作路径曲线图。在步骤206之后，继续返回步骤204测量工程机械的实时位姿信息。根据本发明的又一方面，还提出了一种工程机械，包括上述任一项所述的位姿自
动测量装置。以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中，工程机械的位姿信息由人工测量和激光测量的测量结果误差较大。通过本发明的技术方案，可以实现一种位姿自动测量装置和一种工程机械，能够解决由于人为安装造成的误差，将人为误差因素降为最小；在煤层工况复杂的环境下，不需要频繁的让操作者进行安装测量等；连采机在长时间工作的情况下，基本上可以定位连采机的当前工作位置；取代操作者人为测量连采机的工作路径，完成自动计算工作路径，并且精度较高。。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
权利要求
1.一种位姿自动测量装置，其特征在于，包括 单轴陀螺仪和/或多轴陀螺仪，实时检测工程机械的水平角度信息； 所述多轴陀螺仪和/或本体倾角传感器，实时检测所述工程机械的垂直角度信息；控制器，获取所述工程机械的行走电机的线速度和角速度，根据所述行走电机的线速度和角速度，得到所述工程机械的位移，并结合所述水平角度信息、所述垂直角度信息以及所述位移，确定所述工程机械的位姿信息。
2.根据权利要求I所述的位姿自动测量装置，其特征在于，还包括 增量编码器，设置在所述工程机械的减速机构上，实时检测所述行走电机的线速度和角速度，以提供给所述控制器。
3.根据权利要求2所述的位姿自动测量装置，其特征在于，所述增量编码器通过软连接的方式，连接至所述减速机构上。
4.根据权利要求I所述的位姿自动测量装置，其特征在于，所述控制器从所述工程机械的变频器中，读取所述行走电机的线速度和角速度，其中，所述变频器采用V/F开环变频模式或无速度传感器模式。
5.根据权利要求4所述的位姿自动测量装置，其特征在于，所述控制器以总线方式连接至所述变频器。
6.根据权利要求I所述的位姿自动测量装置，其特征在于，所述控制器还根据所述行走电机的线速度和角速度，得到所述工程机械的转动角度，并对所述转动角度和所述水平角度信息进行对比，按对比结果控制所述行走电机，以纠正所述工程机械的轴向和/或横向滑动误差。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的位姿自动测量装置，其特征在于，所述控制器根据所述工程机械的位姿信息，绘制所述工程机械的工作路径图。
8.根据权利要求7所述的位姿自动测量装置，其特征在于，还包括 时间设置模块，设置时间信息，所述控制器按所述时间信息，定时获取所述工程机械的位置信息，来绘制所述工作路径图。
9.根据权利要求7所述的位姿自动测量装置，其特征在于，还包括 展现模块，展现所述工作路径图。
10.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求I至9中任一项所述的位姿自动测量装置。
全文摘要
本发明提供了一种位姿自动测量装置，包括单轴陀螺仪和/或多轴陀螺仪，实时检测工程机械的水平角度信息；所述多轴陀螺仪和/或本体倾角传感器，实时检测所述工程机械的垂直角度信息；控制器，获取所述工程机械的行走电机的线速度和角速度，根据所述行走电机的线速度和角速度，得到所述工程机械的位移，并结合所述水平角度信息、所述垂直角度信息以及所述位移，确定所述工程机械的位姿信息。根据本发明的又一方面，还提出了一种工程机械。通过本发明的技术方案，能够减小测量误差，并自动测量目标的位姿信息。
文档编号G01B21/02GK102818557SQ20121027968
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月7日 优先权日2012年8月7日
发明者易定忠, 徐鹏, 李鹏 申请人:三一重型装备有限公司