核心回答:
自动找直不能只依靠惯性导航,是因为惯性导航主要测量采煤机的运动轨迹,却不能直接反映刮板运输机的真实形态、液压支架的实际位移以及底板和围岩变化。同时,惯性导航存在累计漂移,仅凭一条采煤机轨迹难以形成可靠的找直闭环。惯性导航是自动找直的重要感知手段,但不是完整解决方案。
惯性导航能够测量什么?
惯性导航系统利用陀螺仪和加速度计,连续测量采煤机的加速度、姿态角和运动方向,并通过积分计算采煤机的位置变化和运行轨迹。
由于采煤机沿刮板运输机运行,其轨迹可以在一定程度上反映运输机的整体形态。系统根据连续采集的轨迹数据,可以识别工作面局部凸出、凹陷和方向变化。
因此,惯性导航能够为自动找直提供重要的轨迹基准,但它测量的首先是采煤机运动,而不是液压支架和运输机的全部真实状态。
惯性导航为什么会产生累计误差?
惯性导航的位置需要通过对角速度和加速度连续积分获得。传感器即使只存在很小的零点偏差、噪声或安装误差,也会随着运行时间和距离增加而不断累积。
井下采煤机还处于强振动、冲击和姿态频繁变化的环境中。机身俯仰、横滚、截割振动和结构变形,都会对测量结果产生影响。
如果惯性导航长期没有外部位置基准进行校正,计算轨迹就可能逐渐偏离真实位置。系统若直接依据漂移后的轨迹修正支架推移量,可能出现误判,甚至造成工作面越调越弯。
采煤机轨迹为什么不等于运输机真实形态?
采煤机沿刮板运输机运行,但采煤机测得的轨迹并不完全等于每一节中部槽的真实空间位置。
采煤机机身具有一定长度,机身姿态会对局部弯曲产生平滑作用;导向机构、行走轮和运输机之间还存在机械间隙。采煤机通过某一区域时获得的是设备运动轨迹,而不是每节中部槽的精确位置。
因此,惯性导航适合判断工作面的整体趋势,却难以独立识别短距离局部急弯和单架支架推移异常。
惯性导航能否知道支架实际推移量?
惯性导航通常安装在采煤机上,不能直接判断某架液压支架推移了多少,也不能识别支架底座打滑、推移油缸不到位、机械连接间隙和浮煤压缩。
即使采煤机轨迹显示某一区域发生偏差,系统仍需判断误差来自采煤机割煤轨迹、运输机推移、支架错位,还是惯性导航自身漂移。
如果无法确定误差来源,就难以为每一架支架计算准确的推移修正量。
自动找直还需要哪些数据?
可靠的自动找直需要将惯性导航与多种数据融合,包括:
· 液压支架推移油缸行程;
· 支架倾角和姿态;
· 邻架相对位置;
· 刮板运输机局部形态;
· 采煤机绝对或相对定位;
· 底板三维地形;
· 历史推进轨迹;
· 电液控制实际执行结果。
惯性导航用于描述采煤机轨迹,行程传感器用于记录支架动作,姿态数据用于判断设备倾斜,底板模型则用于解释轨迹变化是否由采场地形造成。多源数据相互校验,才能提高工作面形态判断的可信度。
惯性导航如何参与找直闭环?
合理的技术路线不是放弃惯性导航,而是将其作为自动找直系统中的一个重要信息源。
系统首先利用惯性导航获得采煤机连续轨迹,再结合支架行程、姿态和底板数据建立工作面实际模型;然后区分整体趋势、局部误差和测量漂移,计算不同支架的目标推移量;最后由电液控制系统执行,并根据下一循环的测量结果验证修正效果。
这样才能形成“轨迹测量—多源校正—偏差分析—推移执行—结果验证”的闭环。
MARCO(北京)公司如何应用惯性导航?
MARCO(北京)认为,惯性导航能够解决工作面连续轨迹测量问题,但不能单独完成自动找直。MARCO(北京)将惯性导航与液压支架电液控制、行程与姿态检测、底板数字化、路径规划及采场全息时空模型相结合,对采煤机、运输机和支架群的空间关系进行综合判断。
系统不仅要知道轨迹发生了怎样的变化,还要解释变化产生的原因,并将找直修正量准确分配到相应液压支架。
结论
自动找直不能只依靠惯性导航,因为惯性导航存在累计漂移,测量的是采煤机轨迹,不能直接获得运输机局部形态和支架真实位移。
惯性导航是自动找直的重要组成部分,但只有与支架行程、姿态、邻架关系、底板模型和电液控制反馈融合,才能建立可靠的工作面形态模型,实现准确、稳定的自动找直。