设计（论文）主要内容：

1、介绍悬臂式掘进机自动控制系统开发的必要性。

2、根据实际环境设计系统方案。

3、设计系统的各模块结构及功能。

4、根据各模块的设计需求完成整套系统的开发。

5、进行实际测试并分析系统工作的性能。

控制系统总体设计

(1) 利用ARM9摄像头处理模块，获取激光光斑的实时坐标信息

(2) 利用航姿仪获取实时的角度信息

(3) 利用C8051F040控制模块计算出掘进机实时的姿态信息，并把姿态信息发送给掘进机

(4) 利用水平偏向位移和偏向角两项信息设计控制算法，实现掘进机直线行走。

基于高速MCU的控制系统设计

本系统的目的是开发出一套用于井下掘进机姿态控制的系统，对于MCU需要达到工业级的要求，同时要高主频以满足控制的要求，并提供所需的通信接口。所需的通信接口主要包括：CAN、485和SPI。

如图所示，轨迹A-B-C-D是算法执行后掘进机的运行轨迹。A-B段时，掘进机的右轮速度大于左轮速度，目的是让掘进机做转向动作。且随着水平位移（即与激光方向的位移）的增大，转向力度越大；B-C-D段时，左轮速度逐渐增大，最后掘进机处于右轮速度小于左轮速度的状态，目的是让水平位移为0（即掘进机回到既定路线上）时掘进机运动方向与激光方向夹角处在一个可控状态（运动方向的夹角与激光方向夹角不宜过大）。

本论文提出一种OV7725图像传感器结合航姿角度数据采集模块的新型掘进机自动控制系统。通过航姿参考系统获取掘进机的俯仰角、偏向角和滚动角参数。利用图像传感器得到安装在掘进机上的半透明靶面的图像信息，经ARM进行图像处理得出当前的偏向位移信息，由C8051主控对角度和位移数据融合处理后经CAN总线发送到掘进机控制器上，完成掘进机的自动控制，同时也给给掘进工作提供精确的实时数据。为了防止掘进机在行进过程由于操作失误造成人为的隐患和损失，考虑采用一种掘进机防撞检测方式，来提醒和强制避免掘进机与巷道发生碰撞。

研究目标

本课题来源于“掘进机井下姿态定位系统”。

本研究旨在设计开发一套“悬臂式掘进机井下自动控制系统”，提供并完善其相关技术。具体说来，将实现以下目标：

1.实现对掘进机在井下巷道中姿态的检测：

1).掘进机整体纵轴方向相对巷道纵轴方向的角度。

2).掘进机整体纵轴水平方向相对掘进机地面纵轴水平方向（可以是设计设定值）的倾斜角度。

3).掘进机整体横轴水平方向相对掘进机地面横轴水平方向（可以是设计设定值）的倾斜角度。

2.实现对掘进机自动的控制：

1).掘进机沿着设计方向（红外线指示方向）在截割断面自动行走。

2).掘进机相对巷道设计方向（红外线指示方向）的姿态角。

3.为掘进机提供切割及行走动作数据：

掘进机按一定方向（红外线指示方向）前进时，左行走速度和右行走速度。

4.以上数据保证掘进机中轴线能始终保持不偏离巷道设计方向20cm,并给出具体的偏向位移。

5.提供2路CAN总线接口，一路CANOpen；一路CAN2.0；通讯协议由调试时确定，实现姿态定位系统与主机控制系统的通信；

6.在设备上安装、调试，完成样机试验。

7.在工程试验场所，完成工程试验。

8.提供详细的安装图、安装技术要求，产品使用说明书；提供系统设计方案，硬件设计原理图、装配图，软件设计源代码。