~在未来几十年内煤炭依然是我国的主要能源，近年来综采工作面自动化程度得到显著发展，但是掘进机机身定位问题依然是一个难题，掘进机定位不准确严重影响着掘进效率，容易发生超挖欠挖等情况。掘进机的精确定位是实现快速掘进以及自动断面成形的基础，以全站仪为核心的定位系统需要频繁的建站移站，本文以基于全站仪的悬臂式掘进机位姿测量系统作为研究对象，针对该定位系统的快速建站移站问题展开研究，为了提高掘进机位姿定位系统的定位精度，本文提出了一种快速建站移站的方法；在定位系统进行测量时，为了有良好激光通道，全站仪一般悬挂在巷道顶部或者安装在侧帮合适位置，加之井下光线较差且环境复杂，导致手动调平效率低且存在安全隐患，已经成为井下定位系统快速移站中的瓶颈技术难题。因此，本文研发了一种自动调平装置实现快速建站移站，对实现井下巷道定位系统的自动化和智能化具有重要意义。
针对基于全站仪的煤矿定位系统移站速度慢、效率低的问题，提出一种快速移站的方法；针对全站仪移站中调平困难的问题，设计出一种适合全站仪调平的调平机构，根据调平平台结构建立了调平过程的运动模型，确定了调平策略，并用SOLIDWORKS软件的SIMULATION模块对调平平台的机械结构进行有限元分析。
针对调平过程中出现的调节时间较长以及超调问题，构建了全站仪调平装置控制系统数学模型，并借助MATLAB/Simulink模块实现控制系统的模拟，分析了加入PID校正和模糊PID控制的系统控制性能，仿真结果显示，模糊PID控制具有比PID控制更好的稳定性和响应特性。
根据全站仪调平装置控制系统方案，完成系统硬件选型，实现各部分之间通信，设计控制软件和人机交互界面，在PLC上完成模糊PID控制，实现调平装置的自动控制，为建站移站自动化奠定了技术基础。
最后，搭建了全站仪自动调平装置测试平台以及全站仪快速移站平台，对论文中各部分研究内容进行验证。实验结果表明，论文中所设计的调平装置能够达到预期的控制要求，可准确、稳定实现全站仪安装平台的自动调平，结合文中提到的煤矿井下全站仪的快速建站移站策略进行功能测试，结果表明该移站方法的精度符合实际应用，为煤矿巷道施工定位提供了一种有效路径。
 

~Coal is still the main energy source in China in the next few decades, and the degree of automation of fully mechanized mining face has been significantly developed in recent years. However, the positioning of roadheader body is still a difficult problem. The inaccurate positioning of roadheader seriously affects the tunneling efficiency and is prone to overbreak and underbreak. The accurate positioning of the roadheader is the basis of realizing rapid tunneling and automatic section forming. The positioning system with total station as the core needs frequent station building and moving. This paper takes the position and attitude measurement system of cantilever roadheader based on total station as the research object, and studies the problem of rapid station building and moving of the positioning system. In order to improve the positioning accuracy of the position and attitude positioning system of the roadheader, this paper proposes a method of rapid station building and moving. In the measurement of the positioning system, in order to have a good laser channel, the total station is generally suspended at the top of the roadway or installed at the appropriate position of the sidewall. In addition, the underground light is poor and the environment is complex, resulting in low manual leveling efficiency and potential safety hazard, which has become a bottleneck technical problem in the rapid station transfer of the underground positioning system. Therefore, this paper develops an automatic leveling device to realize rapid station building and station shifting, which is of great significance to realize the automation and intelligence of underground roadway positioning system.
Aiming at the problems of slow speed and low efficiency of station shifting in coal mine positioning system based on total station, a fast station shifting method is proposed. Aiming at the problem of leveling difficulty in total station moving station, a leveling mechanism suitable for total station leveling is designed. According to the structure of leveling platform, the motion model of leveling process is established, and the leveling strategy is determined. The finite element analysis of the mechanical structure of the leveling platform is carried out by SIMULATION module of SOLIDWORKS software.
Aiming at the problem of long adjustment time and overshoot in the leveling process, the mathematical model of the control system of the total station leveling device is constructed, and the simulation of the control system is realized by MATLAB / Simulink module. The system control performance of PID correction and fuzzy PID control is analyzed. The simulation results show that the fuzzy PID control has better stability and response characteristics than PID control.
According to the control system scheme of the total station leveling device, the hardware selection of the system is completed, the communication between the various parts is realized, the control software and the human-computer interaction interface are designed, the fuzzy PID control is completed on the PLC, and the automatic control of the leveling device is realized, which lays a technical foundation for the automation of station transfer.
Finally, the test platform for automatic leveling device of total station and the rapid transfer platform of total station are built to verify the research contents of each part of the paper. The experimental results show that the leveling device designed in this paper can meet the expected control requirements, and can accurately and stably realize the automatic leveling of the total station installation platform. The functional test is carried out combined with the fast station-building and station-shifting strategy of the total station in the coal mine mentioned in this paper. The results show that the accuracy of the station-shifting method is in line with the actual application, which provides an effective path for the construction positioning of coal mine roadway.
 

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