CN114111759A - 矿井定位机器人及定位方法 - Google Patents

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CN114111759A CN202111301813.0A CN202111301813A CN114111759A CN 114111759 A CN114111759 A CN 114111759A CN 202111301813 A CN202111301813 A CN 202111301813A CN 114111759 A CN114111759 A CN 114111759A
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田原
陈宁
贾曲
索艳春
董孟阳
李涛
郭皇煌
李小燕
马亚丽
邢晨
马育华
刘继全
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Abstract

本申请提出了一种矿井定位机器人及定位方法，其中，矿井定位机器人包括：第一车体和设置在第一车体上的全站仪，第一车体可在巷道内自由移动，全站仪用于：根据全站仪的位置确定被测目标的位置。本申请能够在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。

Description

矿井定位机器人及定位方法
技术领域
本申请涉及矿井定位技术领域，尤其涉及一种矿井定位机器人及定位方法。
背景技术
目前，煤矿智能化建设是煤矿长期发展的趋势和目标，实现煤矿生产的自动操作、远程控制、智能开采离不开多种技术手段的融合和支撑。矿井定位技术，作为一项基础共性技术，对煤矿智能化建设至关重要。有精确的位置信息作为基础，才能对井下装备、车辆和人员等进行定位和控制，实现井下位置信息的整合，实现地理信息的数字化。
因此，在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位成为煤矿智能化建设亟待解决的问题。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种矿井定位机器人，在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。
本申请的第二个目的在于提出一种定位方法。
为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种矿井定位机器人，包括：第一车体和设置在所述第一车体上的全站仪，所述第一车体可在巷道内自由移动；所述全站仪用于：根据所述全站仪的位置确定被测目标的位置。
本申请实施例提出的矿井定位机器人，包括：第一车体和设置在第一车体上的全站仪，第一车体可在巷道内自由移动，全站仪用于：根据全站仪的位置确定被测目标的位置。本申请能够在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。
根据本申请的一个实施例，所述矿井定位机器人还包括：第二车体、第三车体、设置在所述第二车体上的第一360度棱镜和设置在所述第三车体上的第二360度棱镜，所述第二车体和所述第一车体可在所述巷道内自由移动；所述全站仪具体用于：在所述全站仪照准所述第一360度棱镜和所述第二360度棱镜的情况下，测量所述第一360度棱镜与所述全站仪之间的第一距离、所述第二360度棱镜与所述全站仪之间的第二距离，以及所述第一360度棱镜与所述全站仪之间连线与所述第二360度棱镜与所述全站仪之间连线的夹角；根据所述第一360度棱镜的位置、所述第二360度棱镜的位置、所述第一距离、所述第二距离和所述夹角，确定所述全站仪的位置。
根据本申请的一个实施例，所述被测目标上设置有多个目标圆棱镜；所述全站仪具体用于：在所述目标圆棱镜与所述全站仪保持通视的情况下，测量所述目标圆棱镜与所述全站仪之间的第三距离；根据所述全站仪的位置和多个所述第三距离确定所述被测目标的位置。
根据本申请的一个实施例，所述矿井定位机器人还包括：设置在所述第一车体上的惯性导航单元；所述惯性导航单元用于：检测所述全站仪的姿态，并判断所述全站仪各时刻的状态。
根据本申请的一个实施例，所述矿井定位机器人还包括：设置在所述第一车体上的紧急制动装置；所述紧急制动装置用于：控制所述第一车体紧急制动。
根据本申请的一个实施例，还包括：设置在所述第一车体上的激光雷达；所述激光雷达用于：检测前方障碍物信息，当预设距离内有障碍物靠近时，输出预警信息和/或触发紧急制动装置动作。
根据本申请的一个实施例，还包括：设置在所述第一车体上的防爆摄像仪；所述防爆摄像仪用于：采集所述第一车体周围的环境信息，并输出所述第一车体周围的环境视频图像。
根据本申请的一个实施例，还包括：设置在所述第一车体上且位于所述全站仪下方的底座，以及设置在所述第一车体上且位于所述底座下方的折板。
为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种定位方法，包括：获取矿井定位机器人中全站仪的位置，其中，所述矿井定位机器人包括第一车体和设置在所述第一车体上的所述全站仪，所述第一车体可在巷道内自由移动；根据所述全站仪的位置确定被测目标的位置。
本申请实施例提出的定位方法，获取矿井定位机器人中全站仪的位置，其中，矿井定位机器人包括第一车体和设置在第一车体上的全站仪，第一车体可在巷道内自由移动，根据全站仪的位置确定被测目标的位置。本申请能够在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。
根据本申请的一个实施例，所述矿井定位机器人还包括：第二车体、第三车体、设置在所述第二车体上的第一360度棱镜和设置在所述第三车体上的第二360度棱镜，所述第二车体和所述第三车体可在所述巷道内自由移动；所述获取矿井定位机器人中全站仪的位置，包括：在所述全站仪照准所述第一360度棱镜和所述第二360度棱镜的情况下，测量所述第一360度棱镜与所述全站仪之间的第一距离、所述第二360度棱镜与所述全站仪之间的第二距离，以及所述第一360度棱镜与所述全站仪之间连线与所述第二360度棱镜与所述全站仪之间连线的夹角；根据所述第一360度棱镜的位置、所述第二360度棱镜的位置、所述第一距离、所述第二距离和所述夹角，确定所述全站仪的位置。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请一个实施例的矿井定位机器人在巷道的布置示意图；
图2是本申请一个实施例的矿井定位机器人中第一车体的总体结构示意图；
图3是本申请一个实施例的矿井定位机器人中第一车体的俯视图；
图4是本申请一个实施例的矿井定位机器人中第一车体的后视图；
图5是本申请一个实施例的矿井定位机器人中第一车体的侧视图；
图6是本申请一个实施例的矿井定位机器人中第二车体的结构示意图；
图7是本申请一个实施例的矿井定位机器人中第三车体的结构示意图；
图8是本申请一个实施例的矿井定位机器人中全站仪定位原理图；
图9是根据本申请一个实施例的定位方法的流程示意图；
图10是根据本申请另一个实施例的定位方法的流程示意图。
附图标记：
10-矿井定位机器人，101-第一车体，1011-全站仪，1012-惯性导航单元，1013-紧急制动装置，1014-激光雷达，1015-防爆摄像仪，1016-底座，1017-折板，1018-工控机，102-第二车体，1021-第一360度棱镜，1022-底板，1023-立柱，103-第三车体，1031-第二360度棱镜，1032-底板，1033-立柱，20-被测目标，201-目标圆棱镜。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面结合附图来描述本申请实施例的矿井定位机器人及定位方法。
如图1-图5所示，本申请实施例的矿井定位机器人10具体可包括：第一车体101和设置在第一车体101上的全站仪1011。
本申请实施例中，如图1所示，第一车体101可以在巷道内自由移动，使得矿井定位机器人10可步进式地实现不同范围的定位，进而在全矿井范围内实现对被测目标20的精确定位。在一些实施例中为了减少矿井定位机器人10对采掘装备、辅运车辆等矿井内作业设备正常工作的影响，矿井定位机器人10不测量时在支巷上停留，需要测量时再进入主巷。其中，被测目标20可以为采掘装备、辅助运输车辆或其他重点检测设备等。
其中，全站仪1011可以安装在第一车体101的车身平整平面上，与车身固连，可以根据全站仪1011的位置确定被测目标20的位置。本申请实施例中，全站仪1011不受煤矿粉尘、能见度、煤壁吸收等恶劣环境影响，可满足高精度定位，可靠性、适应性强。
进一步的，在上述实施例的基础上，本申请实施例中矿井定位机器人10还可以包括：第二车体102、第三车体103、设置在第二车体102上的第一360度棱镜1021和设置在第三车体上的第二360度棱镜1031。
在一些实施例中，如图6所示，可以在第二车体102的底板1022上设置立柱1023，将第一360度棱镜1021安装在立柱1023的顶端；如图7所示，在第三车体103的底板1032上设置立柱1033，将第二360度棱镜1031安装在立柱1033的顶端，以便于全站仪1011照准第一360度棱镜1021和第二360度棱镜1031，通过后方交会的方式确定全站仪1011的位置。
作为一种可行的实施方式，在全站仪1011照准第一360度棱镜1021和第二360度棱镜1031的情况下，测量第一360度棱镜1021与全站仪1011之间的第一距离和第二360度棱镜1031与全站仪1011之间的第二距离，以及第一360度棱镜1021与全站仪1011之间连线与第二360度棱镜1031与全站仪1011之间连线的夹角α。
根据第一360度棱镜1021的位置、第二360度棱镜1031的位置、第一距离、第二距离和夹角α，确定全站仪1011的位置，从而可以确定全站仪此时的定位基准，进而可以基于此定位基准，测量全站仪可视范围内被测目标的位置。
其中，第二车体102和第三车体103可在巷道内自由移动以便于在全站仪1011换站后仍然能够通过第一360度棱镜1021和第二360度棱镜1031确定换站后的全站仪1011的位置，可在360度范围内确定全站仪1011准确的位置坐标。
在本申请实施例中，在矿井定位机器人10进行定位作业之前，在矿井上测量井口精确的定位坐标，通过该坐标将矿井上已知的坐标位置对应至井下，从而建立两个已知点A、B作为第二车体20(即第一360度棱镜1021)和第三车体30(即第二360度棱镜1031)的起始坐标点。根据第一360度棱镜1021的位置、第二360度棱镜1031的位置以及上述测量到的第一距离、第二距离和夹角α确定全站仪1011的位置。
图8为全站仪1011的定位原理图，如图8所示，第二车体20(即第一360度棱镜1021)放置在已知点A(XA，YA)，第三车体30(即第二360度棱镜1031)放置在已知点B(XB，YB)，第一车体10(即全站仪1011)设置在未知点T(XT，YT)。全站仪通过自动搜索和照准第一360度棱镜1021和第二360度棱镜1031，测量得到全站仪1011设站点T与已知点A之间的第一距离LA，以及设站点T与已知点B之间的第二距离LB，以及TA与TB两直线之间的夹角αT。根据已知点A和已知点B的坐标可得到两点间的距离LAB、AT和AB的夹角αA和BT和BA的夹角αB。
基于上述位置信息，可建立平面坐标系XOY，则有：
向量一：
Figure BDA0003338700280000051
向量二：
Figure BDA0003338700280000052
向量三：
Figure BDA0003338700280000053
向量四：
Figure BDA0003338700280000054
基于向量一和向量二可得：
表达式一：
Figure BDA0003338700280000055
基于向量三和向量四可得：
表达式二：
Figure BDA0003338700280000056
通过表达式一和表达式二可以得到全站仪1011的设站点T的坐标T(XT，YT)。
在一些实施例中，当被测目标20超出全站仪1011可视范围或者全站仪1011视线被遮挡时，需要第一车体101携带全站仪1011移动至新的位置(换站)完成后续定位。在全站仪1011移动换站前，将第二车体102移动至位置A′处固定，将第三车体103移动至位置B′处固定，全站仪通过照准第二车体102上的第一360度棱镜1021和第三车体103上的第二360度棱镜1031确定第一360度棱镜1021和第二360度棱镜1031的位置坐标，全站仪1011记录第一360度棱镜1021和第二360度棱镜1031当前的位置坐标(即位置A′和位置B′的坐标)，将位置A′和位置B′作为新的后方交会点，全站仪1011移动换站后，基于图8所示的全站仪定位原理，通过位置A′处的第一360度棱镜1021和位置B′处第二360度棱镜1031进行后方交会，确定全站仪1011移动换站后新的坐标位置，以此完成全站仪1011的一次换站。
由此，无需人工频繁换站操作，矿井定位机器人自动换站，循环使用可步进式扩大全站仪测量范围，实现矿井定位机器人对全矿井范围内的定位。
进一步的，如图1所示，本申请实施例中，被测目标20上可以设置有多个目标圆棱镜201。
在一些实现中，在多个目标圆棱镜201与全站仪1011保持通视的情况下，全站仪1011通过照准多个目标圆棱镜201，测量多个目标圆棱镜201与全站仪1011之间的多个第三距离，并根据全站仪1011的位置和多个目标圆棱镜201对应的多个第三距离确定被测目标20的位置。
进一步的，在上述实施例的基础上，如图3所示，本申请实施例的矿井定位机器人10还可以包括：惯性导航单元1012；
其中，惯性导航单元1012设置在第一车体101上，安装在第一车体101的车身平整平面上，与车身固连。惯性导航单元1012可用于检测全站仪1011的姿态，例如：航向角、俯仰角和横滚角等，并判断全站仪1011各时刻的状态。
进一步的，在上述实施例的基础上，如图2或图3所示，本申请实施例的矿井定位机器人10还可以包括：紧急制动装置1013；
其中，紧急制动装置1013设置在第一车体101上，用于控制第一车体101紧急制动。
进一步的，在上述实施例的基础上，如图2或图3所示，本申请实施例的矿井定位机器人10还可以包括：激光雷达1014；
其中，激光雷达1014设置在第一车体101上，可用于检测第一车体101前方障碍物信息，当预设距离内有障碍物靠近时，输出预警信息和/或触发紧急制动装置1013动作。此处需要说明的是，预设距离可根据需要设定，本申请不做限定。
作为一种可行的实施方式，可以在第一车体101上安装工控机1018，当激光雷达1014检测到第一车体101的前方预设距离内有人员或其他设备靠近时，将预警信息发送至工控机1018，可通过工控机1018向紧急制动装置1013发送指令，触发紧急制动装置1013控制第一车体101紧急制动以有效避免人员受伤或机器受损。
作为另一种可行的实施方式，当激光雷达1014检测到第一车体101的前方预设距离内有人员或其他设备靠近时以触发语音播报的方式输出预警信息，必要时触发紧急制动装置1013控制第一车体101紧急制动。
进一步的，在上述实施例的基础上，如图2-图4所示，本申请实施例的矿井定位机器人10还可以包括：防爆摄像仪1015；
其中，防爆摄像仪1015设置在第一车体101上，可用于采集第一车体101周围的环境信息，并输出第一车体101周围的环境视频图像，例如上传至远程交互端以便对矿井定位机器人10进行安全监测。
进一步的，在上述实施例的基础上，如图4所示，本申请实施例的矿井定位机器人10还可以包括：设置在第一车体101上且位于全站仪1011下方的底座1016，以及设置在第一车体101上且位于底座1016下方的折板1017。将底座1016安装在垫高的折板1017上，以保证全站仪1011最大范围内的通视能力。
本申请实施例提出的矿井定位机器人，包括：第一车体和设置在第一车体上的全站仪，第一车体可在巷道内自由移动，全站仪用于：根据全站仪的位置确定被测目标的位置。本申请能够在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。
为了实现上述实施例，本申请实施例还提出一种定位方法，该定位方法可应用于上述矿井定位机器人10中，以实现对被测目标20的灵活、精准定位。如图9所示，本申请实施例提出的定位方法具体可包括以下步骤：
S901，获取矿井定位机器人中全站仪的位置，其中，矿井定位机器人包括第一车体和设置在第一车体上的全站仪，第一车体可在巷道内自由移动。
S902，根据全站仪的位置确定被测目标的位置。
需要说明的是，前述对矿井定位机器人实施例的解释说明也适用于该实施例的定位方法，此处不再赘述。
进一步的，在上述实施例的基础上，本申请实施例中矿井定位机器人还可以包括第二车体、第三车体、设置在第二车体上的第一360度棱镜和设置在第三车体上的第二360度棱镜，第一车体和第二车体可在巷道内自由移动，如图10所示，步骤S901中“获取矿井定位机器人中全站仪的位置”，具体可包括以下步骤：
S1001，在全站仪照准第一360度棱镜和第二360度棱镜的情况下，测量第一360度棱镜与全站仪之间的第一距离、第二360度棱镜与全站仪之间的第二距离，以及第一360度棱镜与全站仪之间连线与第二360度棱镜与全站仪之间连线的夹角。
S1002，根据第一360度棱镜的位置、第二360度棱镜的位置、第一距离、第二距离和夹角，确定全站仪的位置。
需要说明的是，前述对矿井定位机器人实施例的解释说明也适用于该实施例的定位方法，此处不再赘述。获取矿井定位机器人中全站仪的位置，其中，矿井定位机器人包括第一车体和设置在第一车体上的全站仪，第一车体可在巷道内自由移动，根据全站仪的位置确定被测目标的位置。本申请能够在满足井下特殊的工作环境要求的基础上，实现灵活、精准定位。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种矿井定位机器人，其特征在于，包括：第一车体和设置在所述第一车体上的全站仪，所述第一车体可在巷道内自由移动；
所述全站仪用于：根据所述全站仪的位置确定被测目标的位置。
2.根据权利要求1所述的矿井定位机器人，其特征在于，还包括：第二车体、第三车体、设置在所述第二车体上的第一360度棱镜和设置在所述第三车体上的第二360度棱镜，所述第二车体和所述第三车体可在所述巷道内自由移动；所述全站仪具体用于：
在所述全站仪照准所述第一360度棱镜和所述第二360度棱镜的情况下，测量所述第一360度棱镜与所述全站仪之间的第一距离、所述第二360度棱镜与所述全站仪之间的第二距离，以及所述第一360度棱镜与所述全站仪之间连线与所述第二360度棱镜与所述全站仪之间连线的夹角；
根据所述第一360度棱镜的位置、所述第二360度棱镜的位置、所述第一距离、所述第二距离和所述夹角，确定所述全站仪的位置。
3.根据权利要求1所述的矿井定位机器人，其特征在于，所述被测目标上设置有多个目标圆棱镜；所述全站仪具体用于：
在所述目标圆棱镜与所述全站仪保持通视的情况下，测量所述目标圆棱镜与所述全站仪之间的第三距离；
根据所述全站仪的位置和多个所述第三距离确定所述被测目标的位置。
4.根据权利要求1所述的矿井定位机器人，其特征在于，还包括：设置在所述第一车体上的惯性导航单元；
所述惯性导航单元用于：检测所述全站仪的姿态，并判断所述全站仪各时刻的状态。
5.根据权利要求1所述的矿井定位机器人，其特征在于，还包括：设置在所述第一车体上的紧急制动装置；
所述紧急制动装置用于：控制所述第一车体紧急制动。
6.根据权利要求5所述的矿井定位机器人，其特征在于，还包括：设置在所述第一车体上的激光雷达；
所述激光雷达用于：检测前方障碍物信息，当预设距离内有障碍物靠近时，输出预警信息和/或触发紧急制动装置动作。
7.根据权利要求1所述的矿井定位机器人，其特征在于，还包括：设置在所述第一车体上的防爆摄像仪；
所述防爆摄像仪用于：采集所述第一车体周围的环境信息，并输出所述第一车体周围的环境视频图像。
8.根据权利要求4所述的矿井定位机器人，其特征在于，还包括：设置在所述第一车体上且位于所述全站仪下方的底座，以及设置在所述第一车体上且位于所述底座下方的折板。
9.一种定位方法，其特征在于，包括：
获取矿井定位机器人中全站仪的位置，其中，所述矿井定位机器人包括第一车体和设置在所述第一车体上的所述全站仪，所述第一车体可在巷道内自由移动；
根据所述全站仪的位置确定被测目标的位置。
10.根据权利要求9所述的定位方法，其特征在于，所述矿井定位机器人还包括：第二车体、第三车体、设置在所述第二车体上的第一360度棱镜和设置在所述第三车体上的第二360度棱镜，所述第二车体和所述第三车体可在所述巷道内自由移动；所述获取矿井定位机器人中全站仪的位置，包括：
在所述全站仪照准所述第一360度棱镜和所述第二360度棱镜的情况下，测量所述第一360度棱镜与所述全站仪之间的第一距离、所述第二360度棱镜与所述全站仪之间的第二距离，以及所述第一360度棱镜与所述全站仪之间连线与所述第二360度棱镜与所述全站仪之间连线的夹角；
根据所述第一360度棱镜的位置、所述第二360度棱镜的位置、所述第一距离、所述第二距离和所述夹角，确定所述全站仪的位置。
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